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

Das übergeordnete Ziel dieses Experiments ist es, temperaturabhängige spektrale Lumineszenzintensitäten zu messen. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen zum Thema der Energiemigration im angeregten Zustand in Metallkomplexen zu beantworten. Wie zum Beispiel Rutheniumdiamin-Komplexe.

Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass mit einer einfachen Vorrichtung und einem einfachen Verfahren genaue temperaturabhängige spektrale Intensitäten gemessen werden können. Cameron Portune, ein Techniker aus meinem Labor, wird das Verfahren vorführen. Bereiten Sie zunächst etwa drei Millimeter lumineszierende Chromophorlösung mit niedriger Molarität in Wasser oder Alkohol vor, um die beste Kombination aus Oberflächenspannung und Löslichkeit zu erzielen.

Bereiten Sie als Nächstes eine Beispielschleife vor. Drehen Sie ein Stück blanken Kupferdraht um einen Nagel oder eine Schraube, um eine einzelne Schlaufe zu erhalten, gefolgt von etwa 30 Millimetern verdrilltem Draht. Spülen Sie dann die Schlaufe mit Salpetersäure, gefolgt von destilliertem Wasser und schließlich mit 95%Ethanol.

Achten Sie darauf, für den nächsten Schritt Schutzausrüstung anzuziehen. Tauchen Sie die Schlaufe nach dem Trocknen in die Probenlösung. Die Oberflächenspannung der Lösung sollte einen dünnen Film der Lösung in der Schleife erzeugen.

Tauchen Sie dann die beladene Probenschleife sofort in flüssigen Stickstoff, um die Dünnschichtprobenlösung einzufrieren und zu stabilisieren. Beginnen Sie mit der Vorbereitung eines Kupferkonstantans oder Thermoelements vom Typ T aus zwei Längen Kupferdraht und einem Konstantandraht, einer Kupfer-Nickel-Legierung. Als nächstes klemmen Sie die Kupfer- und Konstantandrähte in einem 90-Grad-Winkel zusammen.

Verdrehen oder verdrehen Sie zwei Kupfer-Konstantan-Verbindungen. Einer ist für die Stichprobe und der andere für eine Standardreferenz. Es hilft wirklich für zwei Personen, diesen Schritt zu tun.

Ziehe dann die beiden Drähte fest und drehe sie fünf- bis sechsmal zusammen. Die Isolierung stellt sicher, dass der einzige Kontakt, der hergestellt wird, an der Thermoelement-Verbindungsstelle hergestellt wird. Verbinden Sie als Nächstes die beiden Kupfer-Thermoelementdrähte von der Probe und den Referenzübergängen mit den Eingangsanschlüssen eines Voltmeters.

Legen Sie dann sowohl die Proben- als auch die Referenzübergangsstelle in ein Eiswasserbad bei null Grad Celsius und stellen Sie das Voltmeter auf Null. Als nächstes werden die geladene Probenschleife und die Thermoelementübergangsstelle in dem mit flüssigem Stickstoff gefüllten optischen Dewar ausgerichtet. Dies erfordert einen Korken, der genau in die Oberseite des optischen Dewars passt.

Bereite einen Standardgriff vor, um die Schlaufe mit einer Klammer, einem Dübel und etwas Klempnerband zu halten. Richten Sie dann die Probenschleife des Thermoelementübergangs mit dem Weg des Anregungslichtstrahls aus. Schalten Sie mindestens eine Stunde im Voraus die gesamte Elektronik des CCD-Spektrografen ein.

Schalten Sie außerdem die pal te gekühlte CCD-Kamera ein, um eine stabile Betriebstemperatur zu erreichen. Überwachen Sie bei der Durchführung des Tests die Temperatur am Voltmeter, während der Stickstoff langsam abkocht. Das Voltmeter zeigt die Temperatur genau an, da die Probe entweder vollständig in flüssigen Stickstoff oder kalten Dampf eingetaucht ist.

Nehmen Sie Spektren in jedem Fünf-Kelvin-Schritt auf. Schalten Sie dazu das Anregungslicht kurzzeitig ein oder aus oder entsperren Sie es und verwenden Sie den CCD-Spektrografen, um ein Lumineszenzspektrum zu erfassen. Dies dauert nur wenige Sekunden.

Schalten Sie dann das Anregungslicht aus oder blockieren Sie es erneut, um die photochemische Degradation oder Fehler beim Erhitzen der Probe zu minimieren. Die Spannung des Thermoelements sollte sich vom Anfang bis zum Ende des Erfassungsintervalls nicht nennenswert ändern. Rechnen Sie für die Analyse die gemeldete Spannung in Temperatur um.

Nehmen Sie bei diesen Messungen keine Änderungen an der Optik, der Elektronik oder der Intensität des Anregungslichts vor. Korrigieren Sie später die Intensität der spektralen CCD-Datensätze. Der Komplex Tris-four-seven-dimethyl-one-tenth-ananthrolem rodium three wurde in sauerstoffgesättigtem Glycerin gelöst und mit dem beschriebenen Verfahren bei Temperaturen zwischen 77 und 200 Kelvin untersucht.

Die Lumineszenzintensität blieb im Wesentlichen konstant von 77 Kelvin bis 175 Kelvin und nahm dann mit zunehmender Temperatur von 175 Kelvin auf 240 Kelvin allmählich ab. Es wurde ein Diagramm eines Parameters erstellt, der das Ausmaß des Abschreckens in Abhängigkeit von der reziproken Kelvin-Temperatur darstellt. Auf diese Weise wurde eine Sauerstofflumineszenz-Quench-Aktivierungsenergie von 31,5 Kilojoule pro Mol berechnet.

Die Aktivierungsenergie für mehrere andere verwandte Komplexe wurde ebenfalls auf diese Weise erhalten. Die interne Konsistenz dieser Ergebnisse deutet darauf hin, dass die Probentemperatur bekannt und konstant ist, während Spektren aufgenommen werden. Diese Technik kann in ein bis zwei Stunden durchgeführt werden, wenn sie richtig ausgeführt wird.

Beim Versuch dieses Verfahrens ist zu beachten, dass die Probe und das Thermoelement nach Beginn des Experiments nicht bewegt werden können, da sonst die Intensitätsmesswerte nicht konsistent sind.