Способ определения угла поворота электрического дипольного момента молекулы

 

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. Регистрируют кинетику анизотропии испускания твердого раствора. Определяют угол поворота электрического дипольного момента молекулы по формуле oi arcos4( УЗ) где Rconst § значение анизотропии испускания, постоянное во времени. 3 ил. с:

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1УБЛИН,SU 13785

А1 г (51)5 С 01 N 21/21

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А STOPCHOMY СНИДЕ1 ЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (46) 15. 06. 91. Бюл. Р 22 .(21) 4053877/25 (22) 09.04.86 (71) Институт физики АН БССР (72) Д.М. Гакамский, Н.А. Немкович, А.Н. Рубинов и В.И. Томин (53) 535.8(088.8) (56) Бахтиев Н.Г. Спетроскопия межмолекулярных взаимодействий. Л.:

" Наука, 1973, с. 362.

Саржевский А.М., Севченко А.H.

Анизотропия поглощения и испускания света молекулами. Изд-во БГУ им. В.И. Ленина, 1971, с. 332. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА ПОВОРО- . ТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДИПОЛЬНОГО МОМЕНТА

МОЛЕКУЛЫ (57) Изобретение относится к молекулярной спектроскопии и квантовой электронике и может быть использовано-для контроля параметров синтезируемых соединений и получения данных, необходимых для расчета характеристик лазеров на красителях. Цель изобретения — повышение точности. 11ри осуществлении способа возбуждают твердый исследуемый раствор импульсом поляризованного лазерного излучения, длительность которого короче длительности затухания люминесценции. Ре-. гистрируют кинетику аниэотропии испускания твердого раствора. Определяют угол поворота электрического дипольного момента молекулы по формуле oL = arcos (5R .-1, где К„ 1.— значение анизотропии испускания, постоянное во времени. 3 ил.

1378565

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

Цель изобретения — повышение .точ- 10

HPCTH °

Сущность изобретения поясняется чертежами: На фиг. 1 показана онзагеровская 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 исо пускания(В) замороженного (Т=-76 С) 2(} раствора 4-аминофталимида в глице-, рине, Способ основан на явлении вынужденного (индуцированного лазерным излучением) поворота молекул в . 25 твердом растворе и является наиболее прямым методом определения угла поворота электрического дипольного момента молекулы. Сущность способа заключается в следующем. Пусть мопеку- ЗО лы обладает электрическим дипольным моментом в основном состоянии р а в возбужденном — pp (см. фиг.1), Угол а = р ре является углом пово.рота электрического дипольного момен3 та молекулы ггри переходе ее в другое электронное состояние и обусловлен перераспределением электронной плотности молекулы в результате электронно- . го перехода. Наличие угла о у @ .молекулы, т.е. изменение ориентации электрического дипольного момента молекулы, весьма сильно влияет на люминесцентные и генерационные характеристики растворов. Так как в основном состоянии молекула находится бесконечно долго, то она ориентируется по направлению внутреннего элек.. трического поля Е, осуществляющего в растворе внутри онзагеровской сфе" ры (см. фиг.1).. Возбуждение молекулы нарушает равновесие ее диполя ра 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 неизмейной и, следовательно, направление поля

Е остается также постоянным. Это вынуждает молекулу люминофора совершить быстрый поворот и восстановить прежнее направление электрического дипольного момента. Подобные повороты приводят к деполяризации люминесценции до определенного уровня, непосредственно связанного с величиной угла М

Величина анизотропии испускания (АИ) сразу после возбуждения К„ (предельное значение анизотропйи) рассчитывается по формуле

3 со з ос — 1 п е

5 где К вЂ” угол между направлениями дипольных моментов осцилляторов переходов, отвечающих за поглощение и испускание света молекулой. Для боль- . шинства молекул oL = 0 и, таким.об разом, предельное значение анизотро; пии К„ „,= 0 4. 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

a = arcos где Rconst — значение AN 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.

1378565

50

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

Пример. Исследовали спиртоwe и глицериновые растворы органических соединений, в частности, раствор 4-аминофталимида (4АФ) в глицерине. Указанный раствор помещали в оптический криостат и охлаждали до температуры ниже точки замерзания

Т = -76 С. Возбуждали твердый раствор импульсом лазера на красителе

"Гном-2".с длительностью,йй1/2=1 нс, на порядок меньшей длительности затухания люминесценции указанного раствора = 10 нс. Линейная поляризация возбуждающего излучения обеспечивалась оптическим поляризатором, размещенным между лазером на красителях и криостатом. Компоненты люминесценции, поляризованные паралЮю I лельно 1 и перпендикулярно 1 к вектору возбуждающего света, выделялй анализатором, расположенным под прямым углом к направлению возбуждающего излучения.

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

Установка включает азотный лазер

1 (Р„,щ = 150 кВт, 6 1/2=1 нс,, Е,„„„ =

= 50 Гц), лазер на краситель 2 (ширина линии излучения 1-2 А), поляризатор 3, криостат с исследуемым веществом 4 и анализатор 5. Регистрирующая часть установки включает монохроматор 6 и стробоскопический ос, циллограф 7 (С7-8), исследуемый сигнал на который поступает с выхода 6, через фотоэлектронный умножнтель

8 (18-ЭЛУ-ФМ). Синхронизацию осцил» лографа 7 осуществляли сигналом с фотоэлемента 9 (ФЭК-16), на который с помощью пластинок 10 ответвляется часть излучения. Регистрируемые сигналы накапливаются в анализаторе импульсов 11 (АИ-256-6) и затем выводятся через блок 12 (Ф вЂ 2) на перфоратор 13 (ПЛ-150M). Синхронизацию разверток монохроматора 6, осциллографа .7 и анализатора импульсов 11 осуществляли с помощью блока

1р согласования 14. Ввод информации в микро-ЭВМ. 15 (Электроника-60) осуществляется с помощью фотосчитывателя 16 (СП-3). Обработанные данные в графическом виде выводятся на само15 писец 17 (ПДП4-002) и цифропечатающее устройство 18 (CN6312-01), а также дисплей 19. Монохроматором 6 фиксируется определенная длина волны спектра ;. Стробоскопическнй осццл20 лограф 7 работает в режиме автоматической развертки, регистрируя сигналы с фотоэлектронного умножителя

8. Подобным образом регистрируются кривые затухания люминесценции для

25 компонент, поляризованных параллельЛ но 1 и перпендикулярно tj вектору возбуждающего света. Затем с помощью ЭВМ 15 по зависимостям 1 (t)

fly 1 (t) рассчитывали зависимость ани30 зотропии спускания от времени R(t) .

Из кинетики анизотропии испускания, R(t) непосредственно определяли постоянное во времени значение Ксопз1:, по которому из формулы (2) рассчитывали угол поворота электрического дипольного момента молекулы после возбуждения. Измеренный таким образом угол поворота электрического дипольного помента 4-аминофталимнда

eL - =35 . Из фиг. 3 следует, что сра зу происходит быстрое уменьшение анизотропии испускания от предель ного зйачения R,ä= 0,4 до постоянного значения 0 25, связанное с вынужденными поворотами молекул люминофора.

Формула изобретения

Способ определения угла поворота электрическоro дипольного момента молекулы, основанный на возбуждении исследуемого твердого раствора поляризованным светом и регистрации анизотропии испускания, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения точноСти, твердый раствор возбуждают импульсом излучения лаэе1378565 ра, который короче длительности затухания люминесценции, регистрируют временную зависимость анизотропии испускания раствора,- а угол поворота

et определяют с помощью соотношения

5R.- 1 соз 3, где R — посто янное во времени значение анизотро- пии испускания.

1378565

О.

tt He

Редактор Я; Коляда

Заказ 2566,. Тираж 415 . Нодписное

ВНИИПИ Государственного комитета CCCP! по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 о.е

Rnpet

Составитель В. Раидоикин

Техред д.сердюкова Корректор О. Кравцова