Способ определения микровязкости растворов

 

Изобретение относится к молекулярной спектроскопии. Цель - повышение достоверности способа определения микровязкости растворов. Микро - вяэкость люминесцирутощего объекта определяется при возбуждении его ( излучением лазера с частотой нулевого рркентационного возбуждения. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

С 01 И 21/64

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

AO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР ((46) 15. 06, 9 i Бюл. 1 - 22 (21) 4210010/25 (22) 17.03.87 (71) Институт физики АН БССР (72) Р,.М.I âêàèñêèé, Н.А.Немкович, В.И.Томик и A..Н.Рубинов (53) 543.42 (088.8) (56) Рубинов А.H. Тонин В.И. Применение лазеров в атомной, молекулярной и ядерной физике. Труды 3 Всесоюзной школы, Вильнюс: Наука, 1983, с. 365, Сверхкороткие световые импульсы.

/Под ред, С.Шапиро. М.: Наука, 1981,. с 4?9

Изобретение относится к молекулярной спектроскопии и может быть использовано для определения микровяэкости растворов, биологических и технических молекулярных мембран, жидких кристаллов и т.д.

Цель изобретения — повышение достоверности определения точности за счет исключения влияния на величину r(t) светоиидуцированного вращения молекул раствореняого вещества.

На фиг. 1 показана кинетика аниэотропии испускания глицеринового раствора 3-амино-N-метилфталимида .(3АИИФ) в обычном (кривые 1, 2) и полулогарифмическом (кривые 3, 4) масштабе для двух. длин воля возбуждения (. 4 390 ям, кривые 1, 3, -и

3 * 455 нм, кривые 2, 4).

На фиг. 2 представлена блок-схема уатаиовкй дпя реапивации способа.

ÄÄSUÄÄ 1523027 А1 (54) СПОСОБ ОПРЕПГЛЕНИЯ МИКРОВЯ31(ОСТИ.

РАСТВОРОВ (57) Изобретение относится к молекулярной спектроскопии. Цель — повьппение достоверности способа определения микровязкостп растворов. Микро» вязкость люминесцирующего объекта определяется при возбуждении его излучением лазера с частотой нулевого орнентационного возбуждения. 2 нл.

При возбуждении раствора на длиннсволновом склоне спектра поглощения излучением лазера с определенной частотой s», названной впоследствии частотой нулевого ориентационного возбуждения, отсутствует временной сдвиг мгновенных спектров испускания, в то время, как для возбуждения часто- тами gs > 4 и e (v" эти спектры со временем смещались в красную и сникло область, соответственно. Полученные экспериментальные результаты и их теоретический анализ позволили сделать вывод, что при возбуждении раствора частотами 4 < 4 и, 4»

Происходит выделение избытка конфи- " гурационной энергии в элементарной ячейке (сольвате), состоящей из молекулы растворенного вещества и молекул растворителя из первой координационной сферы, При возбуждении раст1521027 вора частотой q избыток конфигурационной энергии в сольвате отсутствует, чем и объясняется неизменность во времени положения мгновенного спектра испускания. До настоящего момента счИталось, что выделение избытка энергии межмолекулярных взаимодействий в сольвате, т.е. конфигурационная релаксация, включает поступательное и . 10 вращательное движение только молекул растворителя элементарной ячейки, Однако эксперимент показал, что при межмолекулярной релаксации в растворе происходит также поворот молекул 15 растворенного вещества. Анизотропию, испускания в общем случае необходимо, описывать двухэкспоненциальным законом

r(t) — const ехр(-t/ ). +

+ const ехр(-г./ в) где первая экспонента связана со све тоиндуцированным вращением молекул с постоянной скоростью этого процес- 25 са, а вторая экспонента отвечает за тепловое броуновское вращение молекул с постоянной скоростью

Наличие светоиндуцированного вра" щения, молекул затрудняет точное изме- 30 рение микровязкости q, т.к. величина точно не известна и ее трудно измерить. В этом случае. также нельзя точно измерить из-за наложения в на тепловое вращение молекул вращения, индуцированного лазерным возбуждением.

Только в случае возбуждения раствора частотой нулевого ориентацион ного возбуждения r(t) описывает1

40 ся одноэкспоненциальным законом, что позволяет точно измерить в по r(t) и по известной формуле определить микровязкость

К Т

1 .где К вЂ” постоянная Больцмана, Т вЂ” температура среды, . V - объем люминесцирующей молекулы; ь — время вращательной диффузии.

Исследуемый объект возбуждали им" пульсом лазера на красителе "Гном-2" с длительностью 1 нсе что на порядок меньше длительности затухания люми- 55 несценции указанного раствора

10 нс. Линейная поляризация воэбуж" дающего излучения обеспечивалась anтическим поляризатором, размещенным между лазером на красителях и кюветой с раствором. Компоненты люминесценции, поляризованные параллельно

J (t) и перпендикуляпйо .1 (t) вектору возбуждающего света, выделялись анализатором, расположенным под пря.мым углом к направлению возбуждающего излучения.

Регистрация кинетики анизетропии испускания осуществлялась с помощью установки, блок-схема которой изображена на фиг ° 2 ° Установка включает азотный лазер 5(P 150 кВт, g t, = 1 нс, f,„, = 50 Гц), лазер на красителях 6 (ширина линии излучения 1-2 А), поляризатор 7, кювету с исследуемым веществом 8 и анализатор 9. Регистрирующая часть установки включает монохроматор 10 и стробоскрпический осциллограф 11 (С7-8), исследуемый сигнал на который поступает с фотоэлектронного умножителя

12 (18-ЭЛУ-ФМ). Синхронизация осциллографа 11 осуществляется сигналом с фотоэлемента 13 (ФЭК-16), на который с помощью пластинок 14 ответвляется часть излучения. Регистрируемые сигналы накапливаются в анализаторе импульсов 15 (АИ-256-6) и затем выводятся через блок 16 (Ф-253) на перфоратор 17 .(ПЛ-150М). Синхронизация разверток монохроматора 10 осциллографа 11 и анализатора импульсов 15 осуществляется с помощью блока согласования 18. Ввод информации в микро-ЭВМ 19 (Электроника-60) осуществляется с помощью фотосчитывателя

20 (СП-3). Обработанные данйые в графическом виде выводятся на самописец

21 (ПДП4-002), дисплей 22 и цифропечатное устройство 23 (СМ6312-01).

Монохроматором 10 фиксируется определенная длина волны спектра. Стробоскопический осциллограф 11 работает в режиме автоматической развертки, регистрируя сигналы с фотоэлектронноro умножителя 12. Подобным образом регистрируются кривые затухания люминесценции для компонент, поляризованных параллельно J "(t) и перпендикулярно J (t) вектору возбуждающего света. Затем с помощью ЭВМ иэ эависимостей 3 (), J (t) рассчитывается .кинетика аниэотропии.испускания г(1).

Из кинетики анизотропии испускания

r(t) непосредственно определяется время вращательной диффузии cq, по

Способ определения микровяэкости растворов, включающий возбуждение moминесценцни исследуемого объекта поляризованным излучением лазера с импульсом короче, чем длительность люминесценции и с частотой иэ области спектра поглощения объекта, регистрацию кинетики анизотропии люминесценции r(k.) и определение времени вращательной диффузии, по величине которого проводится расчет микровязкости, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности определения за счет исключения влияния на величину r(t) .светоиндуцированного вращения молекул растворенного вещества, возбуждение люминесценции проводят излучением с частотой нулевого ориентационного возбуждения на длинноволновбм участке спектра поглощения объекта.

aoropo y c помощью формулы (2) рас считывается ьп»кросвязь среды 1.

Пример 1. Исследовались глицериновые растворы 3-амино-N-метипфталимида (ЗА% !Ф) при комнатной тем5 пературе (Т = 23 С, С = 10 Иоль/л).

На фиг. 1 представлены полученные с помощью описанной установки кривые зависимости r(t) в обычном и полулогарифмическом масштабе для 2-х частот возбуждения глицеринового раствора ЗАК1Ф Лkk = 390 нм и 455 нм.

Регистрация кинетики анизотроиии испускания в обоих случаях осуществлялась на длинноволновом склоне спектра испускания на длине волны Л р„=

540 нм. Из рисунка видно, что при возбуждении раствора частотой нулевого ориентацион.*»ого возбуждения 20

A< = 455 нм зависимость r(t) носит одноэкслоненциальный характер. Это

no=.aoëaaò ";очно. определить время вращательной диффузии, которое для

3AN34f в глицерине составило Г8.= 25

11, 0 нс . Так как объем молекулы

ЗАИМФ известен и равен V = 0, 1 нм, то в соответствии с формулой (2} микровязкость глицерина составляет

g 300 спз. 30

Дан»»ые, приведенные на фиг.,1, позволяют также оценить на сколько увеличивается достоверность определения я с помощью предлагаемого способа.

Если значение времени вращательной диффузии определить из наклона усредненной зависимости r(t} (эта зависимость показана штриховой линией на фиг. 1) для случая стоксового воз" бужцения (кривые 2, 4), то оно окажется равным,= 15 нс. Следовательно, ошибка расчета значений микровязкости 1 по этим значениям времени вращательной диффузии составляет 12Ж.

Пример 2. Исследованы свойства флуоресцентного зонда 2-фенилфтиламина (2-ФНА) в биологической фосфолипидной биослойной.мембране при комнатной температуре. Биослой" ная мембрана готовилась в виде так называемых везикул, представляющих

50 собой замкнутые шаровидные структуры, плавающие в воде. 2-ФНА в подобной. структуре занимает положение в нескольких ангстремах от поверхности мембраны s области глицеринового остатка молекул фосфолипидов.

Для двух длин воли возбуждения

36. 395 нм и 410 нм регистрация анизотропнп люминесценции осуществлялась на длинноволновом склоне спектра люминесценции Л „. = 475 нм и 480 нм соответственно. При возбуждении исследуемой системы я стоксовой области („ = 395 нм) зависимость аниэотропии испускания от времени носит ярко выраженный незкспоненциальный характер, так что встает проблема на каком участке r(t) определять время вращательной диффузии. Если аппроксимировать функцию r(t) для данного случая прямой, то время вращательной диффузии, определенное из ее наклона, составляет „ = 8,5 нс.

При воэбуждени»» системы 2-ffAA»» мембране частотой нулевого ориентационного возбуждения » = 4 10 нм изменение ak

В

28,5 нс. Если рассчитывать для каждого случая микровязкость, то она будет отличаться на 807. Следовательно, точность определения микровязкости при возбуждении системы частотой 410 нм увеличивается на 80Х, Таким образом, способ позволяет повысить достоверность при определении микронязкостей среды за счет выбора частоты возбуждения.

Формула и э о б р е т е н и я

1521027

И() Составителц О.Бадтиева

Техред М.Ходанич . Еорректор Э.доичакова

Редактор Н.Тимонина

Заказ 2567 . Тираж 415 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытияй яри ГЕНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауыская яаб., д 4/5. Производственно-издательский комбинат "Патент", г,. Ужгород, ул. Гагарина, 101