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Gas-phase two-dimensional rovibrational infrared spectroscopy of volatile organic compounds

Description du projet

Étendre la spectroscopie infrarouge 2D à la détection des composés organiques volatils

La spectroscopie infrarouge 2D est un outil puissant qui permet d’étudier les propriétés, les structures et la dynamique des molécules. Malgré son potentiel, cette méthode n’a pas encore été utilisée dans l’analyse des gaz traces en raison de sa trop faible sensibilité. Financé par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet GASIR a pour vocation de construire le premier spectromètre infrarouge 2D à cavité de haute finesse au monde, avec une sensibilité jusqu’à quatre ordres de grandeur supérieure aux techniques actuelles pour la détection de traces de composés organiques volatils. Les travaux du projet auront des répercussions considérables dans différents domaines, notamment l’analyse de l’air expiré et la détection des explosifs. Ils pourraient également permettre de sonder la dynamique ultrarapide d’échantillons optiquement dilués.

Objectif

The goal of the fellowship is to build an ultrasensitive two-dimensional infrared spectrometer and apply it to detection of complex mixtures of trace amounts of volatile organic compounds (VOCs). Third-order spectroscopies using ultrashort pulses, such as 2D IR spectroscopy, are powerful tools for studying both structure and dynamics. They probe the evolution of state-to-state coherences between quantum states and evolution of state populations on femtosecond to nanosecond timescales, in between excitation by ultrashort optical pulses. In terms of molecular properties, 2D IR spectroscopy probes correlations between molecular bonds, which strongly depend on the structure of the molecule as a whole. Compared to linear spectroscopy, which is more bond-specific, 2D IR spectroscopy provides much greater selectivity. Compared to mass spectrometry methods, it is applicable to both small inorganic molecules and to VOCs and easily lends itself to quantitative analysis. 2D IR spectroscopy has not been used for trace-gas analysis up to now because of insufficient sensitivity. This project overcomes this problem by building first of its kind cavity-enhanced 2D IR spectrometer, with up to four orders of magnitude better sensitivity than the previous state of the art, and applying it to vibrational spectroscopy of VOCs. The potential for exploitation of the project outcomes includes breath analysis diagnostics, detection of explosives, narcotics and other trace-gas analysis problems. There are also many potential applications of the outcomes in basic science, in the field of ultrafast dynamics of optically dilute samples (e.g. cold molecular jets or sub monolayer films). Two notable examples include the problem of intramolecular vibrational energy redistribution and the dynamics of hydrogen bond networks. The expertise and unique skills gained during the outgoing phase will be used to establish a new research program in the host institution.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

MSCA-IF - Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowships (IF)

Voir tous les projets financés dans le cadre de ce programme de financement

Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) H2020-MSCA-IF-2020

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Coordinateur

UNIWERSYTET MIKOLAJA KOPERNIKA
Contribution nette de l'UE
€ 192 762,24
Adresse
UL. JURIJA GAGARINA 11
87-100 TORUN
Pologne
Région
Makroregion północny Kujawsko-pomorskie Bydgosko-toruński
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 192 762,24

Partenaires (1)