Способ определения параметров ориентационной релаксации молекул красителей в возбужденном состоянии в растворах Советский патент 1990 года по МПК G01N21/64 

Изобретение относится к области спектроскопии растворов красителей, в частности к определению параметров ориентационной релаксации возбужденных молекул красителей в твердых и жидких растворах.

Ориентационная релаксация в твердых растворах вызвана безызлучательным переносом энергии (параметр - критический радиус переноса), в жидких растворах - вращением молекул (пара- , метр - время вращательной переориентации) .

Цель изобретения - повышение правильности определения констант ориентационной релаксации молекул красителей в растворах.

На чертеже приведена схема реализации способа.

На кювету 1 с раствором красителя подается интенсивный неполяризованный импульс 2 света, плотность потока фотонов в котором должна удовлетворять соотношению 3G0, fc I ц 1, где Iн - плотность потока Лотонов возбуждающего света, С - среднее время

спонтанной дезактивации возбуждения Возбуждающий импульс при выполнении данного условия создает насыщение возбужденных состояний. Первый зонди- рующий линейно-поляризованный импульс 3 света при прохождении кюветы с красителем выжигает провал в ориента- ционном распределении возбужденных молекул за счет преимущественного jg срыва инверсии населенности для молекул, дипольный момент перехода которых параллелен вектору поляризации пробного импульса.

Ориентационный провал затягива- 15 ется с течением времени за счет без- ызлучательного переноса энергии (твердый раствор) или броуновского вращения возбужденных молекул (жидкий раствор),, Поэтому, если на кювету 2Q с красителем через определенное время задержки t подается второй зондирующий импульс Ц с тем же состоянием .поляризации, что и первый, то коэффициент усиления такого импульса будет 25 зависеть от времени задержки t3. Измеряя интенсивности на входах 3 и k и на выходах 5 и б первого и второго пробных световых импульсов, например

|Ue - единичный вектор вдоль диполя испускания, е( - вектор поляризации первого

зондирующего импульса , ё углы Эйлера.

Коэффициент усиления при прохождении второго зондирующего импульса равен

.()

ку к° j n(2)(g,t,)()dR7(3)

(2)

где п - анизотропное распределение возбужденных молекул, созданное возбуждающим и первым зондирующим импульсом и релаксирующее за счет вращения молекул (жидкий раствор) или переноса энергии (твердый раствор); е - вектор поляризации второго

зондирующего импульса, t3 - время задержки. Для нахождения к| воспользуемся формальной связью между Км и анизотропией люминесценции с учетом эффектов ориентационной релаксации для совпадающих диполей поглощения и испускания

(2)

1 1 О1/-Ч Wt3V- I /DDl/. К JIM I IJf J I1-1V-.WD ) I 1U t l ril 1 О

с помощью ФЭУ и импульсного вольтмет- К,.(с5) -Ku n(t) |r(t}) + - (k)

пя Mowt-in nnne прпмти ПДПЯМРТПЫ ППМРН- aLJ

ра, можно определить параметры ориентационной релаксации молекул красителя в возбужденном состоянии для жидкой и твердой фаз.

Работоспособность и эффективность способа поясняется расчетом. При попадании возбуждающего импульса временная зависимость населенности возбужденного состояния будет иметь следующий вид40

35

где r(t) - анизотропия люминесценции.

Из формул (2) и (0 получаем зависимость отношения интенсивности двух пробных сигналов на выходе от времени задержки е

а) г ° Y -exp4-y 2r(t3)n(t3) + J 6) LJ

n,(t) n,(o)exp(-t/Ј);

(1)

|Ue - единичный вектор вдоль диполя испускания, е( - вектор поляризации первого

зондирующего импульса , ё углы Эйлера.

Коэффициент усиления при прохождении второго зондирующего импульса равен

.()

ку к° j n(2)(g,t,)()dR7(3)

(2)

где п - анизотропное распределение возбужденных молекул, созданное возбуждающим и первым зондирующим импульсом и релаксирующее за счет вращения молекул (жидкий раствор) или переноса энергии (твердый раствор); е - вектор поляризации второго

зондирующего импульса, t3 - время задержки. Для нахождения к| воспользуемся формальной связью между Км и анизотропией люминесценции с учетом эффектов ориентационной релаксации для совпадающих диполей поглощения и испускания

(2)

/n О

К,.(с5) -Ku n(t) |r(t}) + - (k)

где r(t) - анизотропия люминесценции.

Из формул (2) и (0 получаем зависимость отношения интенсивности двух пробных сигналов на выходе от времени задержки е

а) г ° Y -exp4-y 2r(t3)n(t3) + J 6) LJ

+ п(Ч) - (S)

Изобретение относится к области спектроскопии растворов красителей, в частности к определению параметров ориентационной релаксации возбужденных молекул красителей в твердых и жидких растворах. Ориентационная релаксация в твердых растворах вызвана безызлучательным переносом энергии (параметр - критический радиус переноса), в жидких растворах - вращением молекул (параметр - время вращательной переориентации). Цель изобретения - повышение правильности определения параметров ориентационной релаксации молекул красителя: времени вращательной переориентации в жидком растворе или критического радиуса переноса в твердом растворе. По способу возбуждение молекул красителя производят импульсом неполяризованного света с интенсивностью, достаточной для насыщения возбужденного состояния, зондирование ведут двумя последовательными импульсами линейно-поляризованного света с временами задержки, меньшими времени жизни возбужденного состояния, измеряют отношение интенсивностей зондирующих импульсов до и после прохождения раствора красителя и рассчитывают параметры ориентационной релаксации. 1 ил.

где с - время жизни возбужденного

состояния1,

п,(о) 1 - exp(-od.) J

oi, 3G,0I4Ј Для t Ј 2 , (Х-, 1,

n,(t) « 1.

Коэффициент усиления при прохождении первого зондирующего импульса с t,j « Ј равен

.(1) „of , „ ,г - sЈ

4)п,(о)(р1Д) - -Ґ,(-)

где К° - коэффициент усиления при

полной заселенности возбужденного состоянияJ

Для жидких растворов

ГЖ Э гоехР() ,

(6)

/л

где оОр - время вращательной переориентации. Для твердых растворов

Р rTR(4 re(1 )

(7)

где оЈ , ft - параметры аппроксимации зависимости гте от t3, являющейся решением задачи расчета анизотропии люминесценции при насыщении возбужденных состояний .

При , 10 cd 3J01; А

//, s л « ч 0/«.

Т (C/C0)-. (С - концентрация

(R0- кри0,ЗбЗ

. / красителя) С0 (т- RQ )

тический радиус переноса). Выражения для начальной анизотропии г0 и для населенности n(t3) для параметра нелинейности стимулированного излучения Ыг « 1 ( 3 7ю:1гЈ, где С5,0 - сечение вынужденного перехода с излучением) имеют следующий вид

-oL

п

OU 3

1 - Z± - (8)

| г 2 2

С учетом этого (5) преобразуется виду

.(

J BblX

т (о

J еых

IfM}

где

) для жидких для твердых

Таким образом, в предлагаемом способе отношение интенсивностей зондирующих импульсов на выходе более чувствительно к малому изменению констант ориентированной релаксации

о

i

ия

15 87206

0,ЗбЗ{ (5-7), что повышает правильность их определения

5 Формула изобретения

Способ определения параметров ори- ентационной релаксации молекул красителей в возбужденном состоянии

Ю в растворах, включающий облучение раствора красителя импульсным излуче нием в спектральной полосе поглощения с последующим зондированием молекул импульсным излучением в полосе

15 Флуоресценции, отличаю щи.й- с я Тем, что, с целью повышения правильности определения, возбуждение производят импульсом неполяризованного света с интенсивностью, достаточ20 ной для насыщения возбужденного состояния молекул красителя, зондирование ведут двумя последовательными импульсами линейно-поляризованного25

в одной

тями a gX

плоскости света с интенсивное- и вх и с временами задержки, меньшими времени жизни возбужденного состояния молекул, измеряют отношение интенсивностей зондирующих импульсов, усиленных при прохож- дении раствора красителя 1 вь Х/Зг&ь х , и по зависимости 3gx/3 6)t Оеых/ вых) , определяют время вращательной переориентации в жидком растворе или критический радиус переноса в твердом растворе.

i