Un simple Dewar / Criostato para las muestras térmicamente a temperaturas de equilibrar conocidos para mediciones de luminiscencia criogénicos precisos

El objetivo general de este experimento es medir las intensidades espectrales de luminiscencia dependientes de la temperatura. Este método puede ayudar a responder preguntas clave sobre el tema de la migración de energía en estado excitado en complejos metálicos. Tales como, complejos de rutenio diamina.

La principal ventaja de esta técnica es que, mediante el uso de un aparato y un procedimiento sencillos, se pueden medir intensidades espectrales precisas en función de la temperatura. La demostración del procedimiento estará a cargo de Cameron Portune, un técnico de mi laboratorio. Primero, prepare unos tres milímetros de solución de cromóforo luminiscente de baja molaridad en agua o en alcohol para obtener la mejor combinación de tensión superficial y solubilidad.

A continuación, prepare un bucle de muestra. Retuerce un trozo de alambre de cobre desnudo alrededor de un clavo o tornillo para formar un solo bucle, seguido de unos 30 milímetros de alambre retorcido. A continuación, enjuague el bucle con ácido nítrico, seguido de agua destilada y, finalmente, con etanol al 95%.

Asegúrese de ponerse el equipo de protección para el siguiente paso. Sumerja el asa, una vez seco, en la solución de muestra. La tensión superficial de la solución debe crear una película delgada de la solución en el bucle.

Luego, sumerja inmediatamente el circuito de muestra cargado en nitrógeno líquido para congelar y estabilizar la solución de muestra de película delgada. Comience preparando un constantán de cobre o termopar tipo T a partir de dos longitudes de alambre de cobre y una longitud de alambre constantán que es una aleación de cobre y níquel. A continuación, sujete los cables de cobre y contstantan en un ángulo de 90 grados.

Saltee o retuerza dos uniones de constantán de cobre. Uno es para la muestra y el otro es para una referencia estándar. Realmente ayuda que dos personas hagan este paso.

Luego, tire de los dos cables firmemente y gírelos juntos cinco o seis veces. El aislamiento asegura que el único contacto realizado será en la unión del termopar. A continuación, conecte los dos cables de termopar de cobre de las uniones de muestra y referencia a los terminales de entrada de un voltímetro.

A continuación, coloque las uniones de muestra y de referencia en un baño de agua helada de cero grados centígrados y ponga a cero el voltímetro. A continuación, el bucle de muestra cargado y la unión del termopar se alinean en el dewar óptico lleno de nitrógeno líquido. Esto requiere un corcho que encaje perfectamente en la parte superior del dewar óptico.

Prepare un agarre estándar para sujetar el lazo con un clip, una clavija y un poco de cinta de plomero. Luego, alinee el bucle de muestra de la unión del termopar con la trayectoria del haz de luz de excitación. Con al menos una hora de antelación, encienda todos los componentes electrónicos del espectrógrafo CCD.

Además, encienda la cámara CCD refrigerada para alcanzar una temperatura de funcionamiento estable. Al realizar la prueba, controle la temperatura en el voltímetro mientras el nitrógeno se evapora lentamente. El voltímetro informa con precisión la temperatura porque la muestra está completamente sumergida en nitrógeno líquido o vapor frío.

Tome espectros en incrementos de cinco Kelvin. Para ello, encienda o desbloquee momentáneamente la luz de excitación y utilice el espectrógrafo CCD para adquirir un espectro luminiscente. Esto toma solo unos segundos.

A continuación, apague o vuelva a bloquear la luz de excitación para minimizar la degradación fotoquímica o los errores de calentamiento de la muestra. El voltaje del termopar no debe cambiar apreciablemente desde el principio hasta el final del intervalo de adquisición. Para el análisis, convierta el voltaje informado a temperatura.

Al tomar estas mediciones, no realice cambios en la óptica, la electrónica o la intensidad de la luz de excitación. Posteriormente, corrija la intensidad de los conjuntos de datos espectrales CCD. El complejo tris-cuatro-siete-dimetil-un-décimo-anantrolema, rodium tres, se disolvió en glicerol saturado de oxígeno y se investigó utilizando el método descrito a temperaturas entre 77 y 200 Kelvin.

La intensidad de la luminiscencia permaneció esencialmente constante de 77 Kelvin a 175 Kelvin, luego disminuyó progresivamente a medida que la temperatura aumentaba de 175 Kelvin a 240 Kelvin. Se realizó un gráfico de un parámetro que representa el grado de enfriamiento frente a la temperatura Kelvin recíproca. De este modo, se calculó una energía de activación de extinción de la luminiscencia de oxígeno de 31,5 kilojulios por mol.

La energía de activación de enfriamiento para varios otros complejos relacionados también se obtuvo por este método. La consistencia interna de estos resultados sugiere que la temperatura de la muestra es conocida y constante mientras se adquieren los espectros. Esta técnica se puede realizar en una o dos horas si se realiza correctamente.

Al intentar este procedimiento, es importante recordar que la muestra y el termopar no se pueden mover una vez que comienza el experimento o las lecturas de intensidad no serán consistentes.