Eine einfache Dewar / Kryostat für Thermisch Äquilibrieren Proben, die bei bekannten Temperaturen für eine genaue Cryogenic Lumineszenzmessungen

Zusammenfassung

Es wird eine einfache Dewar-/Kryostat-Vorrichtung mit flüssigem Stickstoff beschrieben, die aus einem kleinen optischen Dewar-Quarzglas, einem Thermoelement und einem CCD-Spektrographen (Charge-Coupled Device) besteht. Die Experimente, für die dieser Dewar/Kryostat entwickelt wurde, erfordern ein schnelles Laden, Einfrieren und Ausrichten der Proben, genaue und stabile Probentemperaturen sowie eine geringe Größe/Tragbarkeit.

Zusammenfassung

Die Konstruktion und der Betrieb eines einfachen flüssigen Stickstoffs Dewar / Kryostaten Vorrichtung basierend auf einem kleinen optischen Quarzglas Dewar, einem Thermoelement und einem CCD-Spektrographen beschrieben. Die Versuche, für die diese Dewar / Kryostaten ausgelegt ist erfordern schnelle Probenbeladung, schnelle Proben Einfrieren, schnelle Ausrichtung der Probe, genaue und stabile Probentemperaturen und geringe Größe und Portabilität des Dewar / Kryostaten kryogenen Einheit. Wenn sie mit den schnellen Datenerfassungsraten des CCD-Spektrographen gekoppelt ist dies Dewar / Kryostaten der Lage, bei einer Reihe von bekannten, stabilen Temperaturen im Bereich von 77 bis 300 K auf lumineszenten Proben kryogenen Lumineszenz spektroskopische Messungen zu unterstützen. Eine temperaturabhängige Untersuchung der Sauerstoff Quenchen der Lumineszenz in einem Rhodium (III) Übergangsmetallkomplex wird als Beispiel von der Art der Untersuchung möglich, mit diesem Dewar / Kryostaten dargestellt. In Zusammenhang mit dieser Vorrichtung wird eine stabile Temperatur für kryogene spektroskopischKopiermittel eine lumineszente Probe , die thermisch entweder mit flüssigem Stickstoff oder gasförmigem Stickstoff bei einer bekannten meßbaren Temperatur äquilibriert ist , die sich nicht verändert (& Delta; T <0,1 K) während der kurzen Zeitskala (~ 1-10 sec) der spektroskopischen Messung durch die CCD . Der Dewar / Kryostat funktioniert durch die Nutzung der positiven thermischen Gradienten dT / dh nehmen , die über flüssigem Stickstoff Niveau in der Dewar entwickelt , wobei h die Höhe der Probe über dem flüssigen Stickstoff Niveau ist. Die langsame Verdampfung des flüssigen Stickstoffs führt zu einer langsamen Zunahme in h über mehrere Stunden und einer daraus folgenden langsamen Anstieg der Probentemperatur T über diesen Zeitraum. Ein schnell erfasst Lumineszenzspektrum fängt wirksam die Probe bei einer konstanten, thermisch äquilibriert Temperatur.

Einleitung

Innerhalb der kryogenen Temperatur Domäne, temperaturabhängige Untersuchungen der elektronischen Lumineszenzspektren und Lumineszenzlebensdauern von lichtemittierenden Moleküle bieten eine Fülle von Informationen über den angeregten elektronischen Zuständen dieser Moleküle und photochemischen und photophysikalischen Phänomene, die von diesen Zuständen auftreten. Die Pioniertemperaturabhängigen photophysikali- Untersuchungen von Crosby et al auf ruthenium (II), Rhodium (I) und Rhodium (III) -Komplexe von 1,10-Phenanthrolin, 2,2'-Bipyridin und andere Liganden veranschaulichen gut die inhärente Kraft der temperaturabhängigen Spektroskopie die Strukturen, Symmetrien,....

Protokoll

1. Probenvorbereitung und Laden für Kryo-Spektroskopie

1. Bereiten ~ 3 ml einer ~ 10 ^-3 -10 ^-4 M Lösung von lumineszenten Chromophor in einem geeigneten Lösungsmittel.
   Anmerkung: Während viele Lösungsmittel verwendet werden können, Wasser und verschiedenen Alkohol - Lösungsmittel (beispielsweise Ethanol, Ethanol / Methanol - Gemischen, Ethylenglykol und Glycerin) bieten eine hervorragende Kombination von Löslichkeit und Oberflächenspannungseigenschaften für kryogene Arbeit.
2. Bereiten Sie eine Probenschleife durch eine Länge von blanken Kupferdraht Zwirn ~ 0,4 mm Durchmesser um einen Nagel oder eine Schraube eine ....

Ergebnisse

Repräsentative Ergebnisse , erhalten in der oben beschriebenen Vorrichtung für eine temperaturabhängige Lumineszenzlöschung Studie im 77-200 K Region der lumineszenten Verbindung Tris (4,7-dimethyl-1,10-phenanthrolin) rhodium (III) [Rh (4 , 7-Me ₂ -1,10-phen) _3] ^3+, in sauerstoffgesättigten Glycerin gelöst sind in Tabelle 1 aufgelistet und aufgetragen in den Figuren 4, 5 und 7.

Diskussion

Die Entwicklung dieser Vorrichtung für Niedertemperatur-Lumineszenzspektroskopie entstand aus der Notwendigkeit heraus. Es war wichtig, dass Lösungen, die die chromophore von Interesse enthält, und auch mit Sauerstoff übersättigte geladen werden konnte, eingefroren und für die Spektroskopie alle in einem Moment in einem Dewar / Kryostaten Design positioniert, in der Probentemperatur gut definiert wurde, stabil und langsam änderbar. Praktisch alle kommerziellen Kryostaten viel mehr Zeit mit der Probe zu laden, als diese .......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Diodenlaser 405 nm	Generischer		Bleistift-Laserpointer für Lumineszenzanregung: 5 mW bei 405  nm
Quarz optischer Dewar	Kundenspezifische Fertigung		3,5 cm id. x 25,0 cm Länge mit 4,5 cm unversilbertem Bereich für den optischen Zugang
Programmierbarer 5 1/2 stelliger DMM	Keithley Modell	192	Hochohmiges DMM zum Lesen von Thermoelementspannungen
Kupfer-Thermoelementdraht	Omega Engineering	SPCP-010	Durchmesser blanker Kupfer-Thermoelementdraht
Konstantan-Thermoelement Draht	Omega Engineering	SPCC-010	0,010 Zoll Durchmesser blanker Constantan (Kupfer/Nickel) Thermoelementdraht
Polychromator/Spektrograf	Jarrell-Ash	82-415	0,25 m Ebert-Monochromator mit entferntem Rückschlitz, um den Betrieb als Polychromator
zu ermöglichen CCD-Kamera	Andor	DV-401-UV	Thermoelektrisch gekühlt (-35 ° C) CCD-Kamera zur Erkennung von emittiertem Licht
Kupferdraht für die Probenschleife	Generischer		blanker Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,0150 Zoll für die Probenschleife