Ultrafast transient absorption spectroscopy: principles and applications

The study of photophysical and photochemical processes crosses the interest of many fields of research in physics, chemistry and biology. In particular, the photophysical and photochemical reactions, after light absorption by a photosynthetic pigment-protein complex, are among the fastest events in biology, taking place on timescales ranging from tens of femtoseconds to a few nanoseconds. Among the experimental approaches developed for this purpose, the advent of ultrafast transient absorption spectroscopy has become a powerful and widely used technique.[1,2] Focusing on the process of photosynthesis, it relies upon the efficient absorption and conversion of the radiant energy from the Sun. Chlorophylls and carotenoids are the main players in the process. Photosynthetic pigments are typically arranged in a highly organized fashion to constitute antennas and reaction centers, supramolecular devices where light harvesting and charge separation take place. The very early steps in the photosynthetic process take place after the absorption of a photon by an antenna system, which harvests light and eventually delivers it to the reaction center. In order to compete with internal conversion, intersystem crossing, and fluorescence, which inevitably lead to energy loss, the energy and electron transfer processes that fix the excited-state energy in photosynthesis must be extremely fast. In order to investigate these events, ultrafast techniques down to a sub-100 fs resolution must be used. In this way, energy migration within the system as well as the formation of new chemical species such as charge-separated states can be tracked in real time. This can be achieved by making use of ultrafast transient absorption spectroscopy. The basic principles of this notable technique, instrumentation, and some recent applications to photosynthetic systems[3] will be described. Acknowledgements M. Moreno Oliva thanks the MINECO for a “Juan de la Cierva-Incorporación” research contract. References [1] U. Megerle, I. Pugliesi, C. Schriever, C.F. Sailer and E. Riedle, Appl. Phys. B, 96, 215 – 231 (2009). [2] R. Berera, R. van Grondelle and J.T.M. Kennis, Photosynth. Res., 101, 105 – 118 (2009). [3] T. Nikkonen, M. Moreno Oliva, A. Kahnt, M. Muuronen, J. Helaja and D.M. Guldi, Chem. Eur. J., 21, 590 – 600 (2015).

Methodenentwicklung zur Bestimmung des Chlorophyllgehalts in Ananassäften

Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit war es, eine Methode zu entwickeln um Chlorophyll in Ananassäften, -konzentraten und -marks nachzuweisen bzw. den Gehalt zu bestimmen. Dieser Nachweis ist in Bezug auf die Einhaltung der Europäischen Verordnungen zur Herstellung von Fruchtsaft von Interesse. Ananassaft wird in den Erzeugerländern (Costa Rica, Thailand,…) hauptsächlich als Nebenprodukt der Konservenherstellung gewonnen. Die Hersteller müssen bei der Herstellung auf eine hohe Saftausbeute und Einhaltung der Verordnungen achten. Die Schale der Ananas gehört zum nicht essbaren Anteil einer Frucht und darf aus diesem Grund nicht mitverarbeitet werden. Bestandteil der Schale ist das Photosynthesepigment Chlorophyll, welches in den Versuchen nur dort nachzuweisen war. Es eignet sich deshalb zum Nachweis der Verarbeitung von Schalenanteilen. Prinzip der Methode ist die Extraktion des Chlorophylls mittels Aceton und eine anschließende photometrische Messung. Die Auswertung erfolgt nach den von S. W. Jeffrey und G. F. Humphrey (1975) aufgestellten Gleichungen, die durch eine Basislinienkorrektur erweitert wurden. Die durchgeführten Versuche zeigen, dass auch das Abbauprodukt Phäophytin bei der Messung erfasst wird. Das Ergebnis dieser Methode kann lediglich den Nachweis erbringen, dass Schale mitverarbeitet wurde. Ein negatives Ergebnis ist dennoch kein Beweis dafür, dass keine Schale mitverarbeitet worden ist, da Chlorophyll durch Lichteinfluss abgebaut werden kann.