Способ определения угла поворота электрического дипольного момента молекулы Советский патент 1991 года по МПК G01N21/21 

00

41

Изобретение относится к молекулярной спектроскопии и квантовой электронике и может быть использовано -для параметров синтезируемых соединений и получения данных, необходимых для расчета характеристик лазеров на красителях. Цель изобретения - повышение точности. При осуществлении способа возбуждают твердый исследуемьА раствор импульсом поляризованного лазерного излучения, длительность которого короче длительности затухания люминесценции. Ре- гистрируют кинетику анизотропии испускания твердого раствора. Определяют угол поворота электрического ди- польного момента молекулы по формуле oi arcos4( УЗ) где Rconst § значение анизотропии испускания, постоянное во времени. 3 ил. с:

ел

О) О1

Изобретение относится к молекулярной спектроскопии и квантовой электронике и может быть использовано в научных и прикладных исследова- ниях при расчетах параметров лазеров на красителях, а также для контроля параметров синтезируемых соединений.

Цель изобретения - повышение точ- нести.

Сущность изобретения поясняется чертежами: На фиг. 1 показана онза- геровская полость, с находящейся в ней дипольной молекулой; на фиг.2 - блок-схема установки для измерения кинетики анизотропии испускания; на фиг. 3 приведены импульс люминесценции (А) и кинетика анизотропии испускания (В) замороженного ( С) раствора 4-аминофталимида в глице-, рине.

Способ основан на явлении вынуж- денного (индуцированного лазерным излучением) поворота молекул в твердом растворе и является наиболее прямым методом определения угла по- ворота электрического дипольного момента молекулы. Сущность способа заключается в следующем. Пусть MOfieKy- лы обладает электрическим дипольным моментом в основном состоянии /ил , а в возбужденном - Де (см. фиг.1)

/ч.

Угол вЬ йд Ue является углом поворота электрического дипольно,гЬ момен та молекулы при переходе ее в другое электронное состояние и обусловлен п рерасщ)еделеиием электронной плотности молекулы в результате электронно- го перехода. Наличие угла oi у молекулы, т.е. изменение ориентации электрического дипольного момента молекулы, весьма сильно влияет на люминесцентные и генерационные характеристики растворов Так как в ос- новном состоянии молекула находится бесконечно долгоj то она ориентируется по направлец ию внутреннего электрического поля Е, осуществляющего в растворе внутри онзагеровской сферы (см. фиг.1). Возбуждение молекулы нарушает равновесие ее диполя Sfe. с полем полости Е, что вызывает появление возвращающей силы, которая действует на молекулы. В том случае, когда раствор твердый, -конфигурация молекулы растворителя на границе сферы Онзагера остается неизменной и, следовательно, направление поля

К остается такж е постоянным. Это вынуждает молекулу люминофора совершить быстрый поворот и восстановить прежнее направление электрического дипольного момента. Подобные повороты приводят к деполяризации люминесценции до определенного уров - ня, непосредственно связанного с величиной угла oi .

Величина анизотропии испускания (АИ) сразу после возбуждения Rnpe (предельное значение анизотропии) рассчитывается по формуле

Rni

ipe/i,

- 1

(1)

где об - угол между направлениями дипольных моментов осцилляторов переходов, отвечающих за поглощение и испускание света молекулой. Для боль- шинстэа молекул oi О и, таким.об разом, предельное значение анизотро.- пий Нпред 0.- Если молекула сразу . после возбуждения совершает быстрый вынужденный поворот, связанный, как рассмотрено выше, с ориентацией во внутреннем электрическом поле полости Е, то это приводит к уменьшению предельной анизотропии испускания. Угол вынужденного поворота, который в отсутствии заметных стерических эффектов, равен углу поворота электрического дипольного момента молекулы, можно определить из формулы (1), т.к. быстрый поворот молекулы на определенный угол тождественен той ситуации, когда дипольные моменты осцилляторов переходов образуют между собой такой же угол. Таким образом, угол поворота электрического дипольного момента молекулы равен

5Rcotist-1 6i arcos-d3

(2)

где Rconst - значение АИ после того, как завершился вынужденный поворот ; молекулы, которое в твердом растворе сохраняется постоянным во времени.

Для того чтобы обнаружить вынужденные повороты молекул в растворе, измерения анизотропии испускания необходимо проводить с достаточно высоким временным разрешением, которое определяется длительностью возбуждающего импульса и полосой пропускания регистрирующей аппаратуры.

Длительность возбуждающего импульса должна быть короче времени затухания люминесценции, тогда можно на хвосте импульса люминесценции регист рировать деполяризацию излучения в чистом виде. Кинетика анизотропии испускания,т.е. зависимость R(t) твердого раствора, в котором происходят вынужденные повороты, имеет харак- терный быстрый участок деполяризации сразу после возбуждения, а затем R(t) со временем не изменяется и равно постоянному качению Rconst, которое таким образом, непосредственно измеряется из кинетики анизотропии i. испускания.

Пример. Исследовали спиртовые и глицериновые растворы органических соединений, в частности, раст вор 4-аминофталимида (4АФ) в глицерине. Указанный раствор помещали в оптический криостат и охлаждали до температз/ры ниже точки замерзания Т -76 С. Возбуждали твердый раст- вор импуль сом лазера на красителе Гном-2.с длительностью.&t1/2 1 не, на порядок меньшей длительности затухания люминесценции указанного раствора сГ 10 НС. Линейная поляриза- ция возбуждающего излучения обеспечивалась оптическим поляризатором, размещенным между лазером на красителях и криостатом. Компоненты люминесценции, поляризованные параллельно l и перпендикулярно l к вектору возбуждающего све та, выделяли анализатором, расположенным под прямым углом к направлению воз- буждающего излучения.

.Регистрацию кинетики анизотропии испускания осуществляли с помощью установки, блок-схема которой изображена на фиг.2.

Установка включает азотный лазер 1 (Р„„ 150 кВт, ut1/2 1 НС, f H,q, 50 Гц), лазер на краситель 2 (щи- рина линии излучения 1-2 А), поляризатор 3, криостат с исследуемым веществом 4 и анализатор 5. Регистри- рующая часть установки включает моно- хроматор 6 и стробоскопический осциллограф 7 (С7-8), исследуемый сигнал на который поступает с выхода 6, через фотоэлектронный умножитель 8 (18-ЭЛУ-ФМ). Синхронизацию осциллографа 7 осуществляли сигналом с фотоэлемента 9 (ФЭК-16), на который с помощью пластинок 10 ответвляется

с 5

0 5 О 0

5

5

часть излучения. Регистрируемые сигналы накапливаются в анализаторе импульсов 11 (АИ-256-6) и затем выводятся через блок 12 (Ф-253) на перфоратор 13 (ПЛ-150М). Синхронизацию разверток монохроматора 6, осциллографа. 7 и анализатора 1гмпуль- сов 11 осуществляли с помощью блока согласования 14. Ввод информации в микро-ЭВМ. 15 (Электронйка-60) осуществляется с помощью фотосчитывателя 16 (СП-3). Обработанные да1гные в графическом виде выводятся на самописец 17 (ГЩП4-002) и цифропечатаю- щее устройство 18 (СМбЗ12-01), а также дисплей 19. Монохромато ром 6 фиксируется определенная длина волны спектраЧх Стробоскопический осциллограф 7 работает в режиме автоматической развертки, регистрируя сигналы с фотоэлектронного умножителя 8. Подобным образом регистрируются кривые затухания люминесценции для компонент, поляризованных параллельно 1 и перпендикулярно l вектору возбуждадощего света. Затем с помощью ЭВМ 15 по зависимостям 1 (t) l (f) расс читывали зависимость ани- .зотропии спускания от времени R(t) . ; Из кинетики анизотропии испускантш , R(t) непосредственно определяли постоянное во времени значение Rconst, по которому из формулы (2) рассчитывали угол поворота электрического дипольного момента молекулы после возбуждения. Измеренный таким образом угол поворота электрического дипольного помента 4-аминофталим1ода , ot 35° . Из фиг. 3 следует, что сра- зу происходит быстрое уменьшение анизотропии испускания от предельного значения RnpeA 0,4 до постоянного значения 0,25, связанное с вынужденными поворотами молекул люминофора.

Формула изобретения

Способ определения угла поворота электрического дипольного момента молркулы, основанный на возбуждении исследуемого твердого раствора поляризованным светом и регистрации анизотропии испускания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, твердый раствор возбуждают импульсом излучения лазеpa, KOTopi короче длительности затухания люминесценции регистрируют временную зависимость анизотропии Испускания раствора,, а угол поворота е6 определяют с йомощью соотношения

Фи.1

фо.1

оС arcos

,.° - , где Re -/hocToянное во времени значение анизотропии испускания.

Я LNll)

0.1

Ю Фиг. 3

20

t,HC