Реферат по предмету "Физика"


Изучение закономерностей реабсорбции излучения донора на триплетных молекулах акцепторов энергии

УДК 535.373.2
А.В. Авдеев, М.В. Ерина
ИЗУЧЕНИЕЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ РЕАБСОРБЦИИ ИЗЛуЧЕНИЯ ДОНОРА НА ТРИПЛЕТНЫХ МОЛЕКУЛАХ АКЦЕПТОРОВЭНЕРГИИ
Представлены результаты исследованиявлияния поглощения излучения донора молекулами акцептора в триплетном состояниина интенсивность фосфоресценции донора энергии в твердых растворах органическихсоединений. Приведено сопоставление результатов теоретических расчетов сэкспериментальными данными, которые хорошо согласуются между собой.
Введение
К настоящему временинакоплен и обобщен большой теоретический и экспериментальный материал помежмолекулярному триплет-триплетному переносу энергии электронного возбуждения[1,2]. Основные закономерности переноса энергии триплетного возбуждения между молекулами,в большинстве своем, были установлены на основании результатов экспериментальногоисследования тушения фосфоресценции донора молекулами акцептора в твердыхрастворах органических соединений. Однако, некоторые особенности фосфоресценциидонорно-акцепторных смесей в твердых матрицах к настоящему времени не получилидостаточно полного объяснения. Одной из необъясненных до конца особенностейтушения фосфоресценции донора молекулами акцептора [1] является то, что сильноетушение фосфоресценции донора в присутствии молекул акцептора сопровождаетсялишь незначительным сокращением времени ее затухания. Существенный вклад, нанаш взгляд, в уменьшение интенсивности фосфоресценции донора без изменения еевремени затухания может вносить реабсорбция излучения донора на молекулахакцептора в триплетном T1-состоянии. Действительно, в работе [3] былообнаружено поглощение фосфоресценции донора (бензофенона) триплетнымимолекулами акцептора (нафталина). Однако, закономерности этого явления и еговклад в изменение интенсивности фосфоресценции донора не были исследованы. Внастоящей работе установлены и исследованы закономерности реабсорбциифосфоресценции бензофенона (донор энергии) на молекулах дифенила, нафталина иаценафтена (акцепторы энергии), которые позволяют оценить вклад данного явленияв изменение интенсивности фосфоресценции донора в присутствии акцептора иопределить параметры триплетных молекул акцептора (время их накопления иконцентрацию).
Теория
Пусть некоторая частьизлучения, возникающая по всему объему образца, регистрируется детектором и вотсутствие поглощения его интенсивность равна />.Тогда, при наличии в образце поглощающих центров, равномерно распределенных пообъему, обобщая закон Бугера-Ламберта-Бера [4], имеем:
                                           />,                                          (1)
где />–регистрируемая интенсивность излучения, />–молярная концентрация поглощающих центров, />–функция распределения фотонов по длинам проходимым ими в образце, />– молярный коэффициентэкстинкции.
Формула (1) применима какдля стеклообразных, так и для рассеивающих образцов. Вид функции /> определяется условиямиэксперимента. Так для стеклообразного образца, когда на детектор попадаютсветовые потоки, излучаемые вдоль оптический оси установки, а излучающие центрыравномерно распределены в нем
                                                />,                                                (2)
где />–расстояние от точки в которой рождается фотон до передней грани образца; />– длина образца.
Полагая, что поглощающимицентрами являются молекулы акцептора в триплетном состоянии, концентрациякоторых после включения возбуждения изменяется по закону
                                             />,                                             (3)
в случае, когда время жизни молекул донора втриплетном состоянии /> намного меньшевремени жизни молекул акцептора в триплетном состоянии />, а интенсивность излучениядонора /> есть величина постоянная,выражение (1) после интегрирования с учетом условий (2) и (3) примет следующийвид:
                                 />,                                (4)
где />.
Из вышеуказанного следует,что равенство (4) справедливо только в том случае, когда выполняется следующеесоотношение:
                                                      />.                                                      (5)
Именно такие системы, удовлетворяющие условию (5),чаще всего используются на практике [1], для удобства проведенияэкспериментальных исследований.
Значение /> можно оценить, используяследующее экспериментально определяемое отношение:
                                               />.                                               (6)
Результаты эксперимента и их обсуждение
Экспериментальная проверкаформулы (4) проведена на растворе бензофенон + дифенил, в толуоле при 77 K.Бензофенон использовался в качестве донора энергии, а дифенил являлсяакцептором. В спектре фосфоресценции бензофенона с помощью монохроматоравыделялся для регистрации участок 415–420 нм, который перекрывается спектромтриплет-триплетного поглощения дифенила. Возбуждение осуществлялось ртутнойлампой ПРК-2 с фильтром 365 нм. Дифенил излучение с данной длинной волны непоглощает. Величина /> рассчитываласьпо формуле (6). Время накопления молекул дифенила в триплетном состоянииопределялось непосредственно из кинетики разгорания фосфоресценции.
В качестве примера на рис. 1приведена одна из кривых изменения интенсивности фосфоресценции бензофенона,обусловленного реабсорбцией излучения на молекулах дифенила в триплетномсостоянии в процессе их накопления. Теоретическая кривая (сплошная линия)построена при значениях /> и />. При таком значении /> экспериментальные точкинаилучшим образом укладываются на теоретическую кривую.
Концентрация дифенила врастворе (Cд=0,25 моль/л) равняласьконцентрации бензофенона (Cб=0,25 моль/л). Притакой концентрации раствора фосфоресценция бензофенона эффективно тушится врезультате передачи энергии молекулам дифенила. Это давало возможностьопределять непосредственно время разгорания фосфоресценции молекул дифенила втриплетном состоянии /> из кинетикиразгорания сенсибилизированной фосфоресценции и сравнивать его со значениемполученным из кинетики реабсорбции излучения бензофенона. Время накопления />, определенное из кинетикиразгорания сенсибилизированной фосфоресценции дифенила равнялось />. Таким образом, разница междузначениями />, полученными двумянезависимыми способами, не превышала 2% от данной величины.
/>
Рис. 1. Кинетика изменениярегистрируемой интенсивности фосфоресценции бензофенона в результатереабсорбции на триплетных молекулах дифенила в процессе их накопления
Подставляя значения /> в известную формулу дляопределения стационарной концентрации молекул в Т-состоянии [5,6], основаннуюна измерениях времен накопления /> ираспада /> триплетных возбуждений
                                                 />,                                                (7)
где />–концентрация молекул в растворе, была определена относительная заселенностьтриплетного уровня молекул  дифенила />.Результаты этих измерений в пределах ошибки измерения совпадают со значениямиданных величин, определенных независимо из кинетики разгорания фосфоресценциидифенила/>.
Подобные результаты былинами получены и для двух других пар: бензофенон + нафталин и бензофенон +аценафтен при 77 K, растворителем в этих системах также был толуол.
Следует особо подчеркнуть,что наличие реабсорбции излучения молекул донора на триплетных молекулахакцептора может стать причиной ошибки при определении эффективностипреобразования энергии электронного возбуждения, безызлучательно передающейсяакцептору, в излучение сенсибилизированной фосфоресценции. Данная величинаопределяется графически [7] из соотношения площадей под спектромсенсибилизированной фосфоресценции и разницы площадей спектров фосфоресценциидонора в отсутствие и в присутствии молекул акцептора в растворе.
На рис. 2 приведен спектрфосфоресценции смеси бензофенон + дифенил в толуоле при 77 K привозбуждении лампой ПРК-2 в полосу поглощения бензофенона (/>) без ослабления и послеослабления светового потока в 10 раз.
Как видно из рис. 2относительная интенсивность фосфоресценции донора (полоса 1) в сравнении синтенсивностью фосфоресценции акцептора (полоса 2) заметно зависит от мощностивозбуждения. Такое изменение обусловлено зависимостью концентрации триплетныхмолекул дифенила (акцептора), а следовательно, и коэффициента реабсорбции отинтенсивности возбуждающего света. Поэтому графическое определениеэффективности преобразования энергии электронного возбуждения, безызлучательнопередающейся акцептору в сенсибилизированную фосфоресценцию, в данном случае,дает различные значения этой величины при /> и/>, хотя данная величина независит от мощности возбуждения [7]. Следовательно, определение эффективностипреобразования энергии электронного возбуждения, безызлучательно передающейсяакцептору в сенсибилизированную фосфоресценцию графически можно выполнять вотсутствие реабсорбции излучения, либо нужно учитывать потери квантовойинтенсивности фосфоресценции донора за счет реабсорбции излучения на триплетныхмолекулах акцепторов./> />
Рис. 2. Спектр фосфоресценциисмеси бензофенон + дифенил в толуоле при 77 K. Cб=Cд=0,25М (спектр нормирован на интенсивность фосфоресценции дифенила). Сплошная линия– спектр фосфоресценции смеси без ослабления мощности возбуждения, пунктирнаялиния – мощность возбуждения ослаблена в 10 раз
Заключение
В результате проведенногоисследования показано, что существенный вклад в изменение интенсивности фосфоресценциидонора энергии может вносить реабсорбция его излучения на молекулах акцептора втриплетном T1-состоянии. Этот факт необходимо учитывать приэкспериментальном определении параметров переноса энергии триплетноговозбуждения по тушению фосфоресценции донора в присутствии молекул акцептора.
Установленная в работезакономерность изменения интенсивности фосфоресценции донора, обусловленнаяпоглощением его излучения молекулами акцептора в триплетном состоянии впроцессе их накопления, позволяет определять время накопления, а следовательно,и концентрацию последних.
Работа выполнена в рамкахфедеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки поприоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006 годы,государственный контракт №02.438.11.7001.
список Литературы:
1.    Ермолаев В.Л.,Бодунов Е.Н., Свешникова Е.Н., Шахвердов Т.Н. Безызлучательный перенос энергии электронноговозбуждения. – Л.: Наука, 1977. – 311 с.
2.    Багнич С.А. // Физика твердого тела. – 2000. – Т.42, №10. – С.1729–1756.
3.    TereninA.N., Ermolaev V.L. //Trans. Faradey. Soc. – 1956. – V.52, №494. – P. 1042–1052.
4.    Гребенщиков Д.М.,Дерябин М.И., Колосов А.К., Голубин М.А. // Журнал прикладной спектроскопии. – 1987. – Т.46, №2. – С. 323–325.
5.    Голубин М.А.,Дерябин М.И., Куликова О.И. //Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. – 1998. – №1. –С. 52–55.
6.    Алфимов М.В., БубенН.Я., Приступа А.Н. Шамшев В.Н. //Оптика и спектроскопия. – 1966. – Т.20, №3. – С. 424–426.
7.    Ермолаев В.Л. // Успехи физических наук. – 1963. – Т.80, №1. – С.3–40.


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.