Tiempo-resolved fotofísicas caracterización de trío cosecha compuestos orgánicos en un libre de oxígeno ambiente usando un iCCD cámara
27 de diciembre de 2018
Aquí, presentamos un método para la caracterización espectroscópica de moléculas orgánicas por medio de espectroscopia tiempo-resolved de la fotoluminiscencia en la escala de tiempo de nanosegundos a milisegundos en condiciones libres de oxígeno. También se describen métodos para quitar eficientemente el oxígeno de las muestras y, así, limitar el amortiguamiento de luminiscencia.
Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la química de materiales y en la fotofísica con respecto a la naturaleza de los estados emisivos en materiales fotoluminiscentes. La principal ventaja de esta técnica es que todos los espectros de emisión están disponibles desde cero tiempo hasta segundos de retraso. Para empezar, preparar cuatro mililitros de una solución del compuesto luminiscente elegido en disolvente como se describe en el protocolo de texto.
Vierta la solución en la cubeta desgasificación y cierre la válvula. A continuación, conecte la bomba de vacío al cuello de entrada de una cubeta desgasificación. Sujete el cuello de entrada de la cubeta y coloque lentamente el matraz de fondo redondo en nitrógeno líquido.
Agitar de vez en cuando mientras el matraz está en nitrógeno líquido. Para asegurarse de que toda la solución esté congelada, agite el matraz de fondo redondo. Encienda la bomba de vacío y abra la válvula de entrada.
Después de 10 minutos, cierre la válvula de entrada y apague la bomba de vacío. Coloque lentamente el matraz de fondo redondo en isopropanol. Agitar la cubeta de vez en cuando hasta que el disolvente se derrita.
Si la desgasificación ha sido exitosa, el aire que sale de la solución debe observarse en el primer ciclo en forma de burbujas. Ahora caliente la solución en la cubeta a temperatura ambiente. Utilice un baño de agua o espere a que la temperatura se equilibre.
Encienda el sistema láser. Después de esperar unos 30 minutos para que el haz se estabite en la potencia de la bomba de salida, utilice el medidor de potencia para medir la fluidez láser. La lectura debe ser de aproximadamente 100 microjulios por pulso.
Ahora encienda el sistema de medición. Encienda el software 4 Spec y configure los parámetros de medición, incluido el número de escaneos recopilados. Para acceder a la configuración de control de la cámara, elija Ventana, Cámara.
Asegúrese de que la cámara esté encendida a esta hora. El software se conecta con la cámara ahora. Establezca el retardo y el tiempo de integración para los parámetros de tiempo cero, incluidos 981 nanosegundos de retardo y 10 nanosegundos de tiempo de integración.
Estos parámetros se pueden utilizar para verificar si la configuración de medición está alineada. Establezca un disparador para Trig. A continuación, envíe los parámetros a la cámara con el botón Enviar.
Ahora ajuste la posición de la hendidura y el monocromador adecuada al rango espectral y la intensidad de la emisión de la muestra. Para colocar una solución, coloque un soporte de cubeta en el área de la muestra o coloque la cubeta en un criostato si se requiere control de temperatura. A continuación, coloque la cubeta desgasificación en el soporte y fíjela con un soporte de laboratorio.
Asegúrese mediante una observación cuidadosa de la fotoluminiscencia de que el rayo láser golpea la cubeta. Después de asegurarse de que el rayo láser está alineado, cubra la unidad de muestra para evitar que el detector registre cualquier luz de la habitación y para reducir el riesgo de dispersión láser. Para configurar el experimento, cubra la trayectoria del láser con un obturador.
Mida la emisión de fondo utilizando el acceso directo de control D. A continuación, abra el script de medición automática e introduzca el nombre del archivo de experimento en el cuadro de texto. A continuación, pulse Intro e introduzca la línea inicial del archivo de experimento.
Pulse Intro de nuevo e introduzca la última línea del archivo del experimento. A continuación, pulse Intro al final para ejecutar el script. El script automático permite la medición de la emisión en un conjunto de diferentes tiempos de retardo indicados en el archivo.
Una vez terminado, seleccione un espectro y una escala. Exporte el espectro al archivo haciendo clic en Archivo, Exportar, Curva como texto. A continuación, elija un nombre y un directorio.
Los resultados ya están listos para ser procesados por el software adecuado. Una vez finalizados todos los experimentos planificados, apague el equipo y continúe en el orden opuesto cuando se encendió. Retire la cubeta desgasificación del soporte.
Abra la válvula de entrada y deseche la solución. Enjuagar la cubeta con acetona, teniendo cuidado de lavar todas las paredes internas. Repita el enjuague tres veces.
Aquí se muestra un perfil de descomposición de un emisor de fluorescencia retardada activado térmicamente en solución de tolueno y los espectros de tiempo resuelto registrados en el mismo experimento con un espectro fosforescente registrado a baja temperatura. La fluorescencia rápida y retardada se puede distinguir claramente. Aquí se muestra un perfil de descomposición de una molécula fosforescente a temperatura ambiente en un huésped de polímero sólido.
También se muestran los espectros de tiempo resuelto registrados en ese mismo experimento, con un espectro de fosforescencia registrado a baja temperatura. Al intentar este procedimiento, es importante recordar comprobar el estado de la parte superior de plástico y la cubeta antes de comenzar a asegurar la desgasificación adecuada de la solución. Aunque este método puede proporcionar información sobre moléculas luminiscentes, también se puede aplicar a otros sistemas como los excitarlos.
No olvide que trabajar con equipos de vidrio al vacío puede ser extremadamente peligroso y las precauciones como el uso de gafas siempre deben tomarse mientras se realiza este procedimiento.
Resumen
Este artículo presenta un método para la caracterización espectroscópica de moléculas orgánicas mediante espectroscopía de fotoluminiscencia resuelta en el tiempo. La técnica opera en una escala de tiempo de nanosegundos a milisegundos en condiciones libres de oxígeno, minimizando eficazmente el apagado de la luminiscencia.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Química de materiales
- Fotofísica
Antecedentes
- Comprender los estados emisores en materiales fotoluminiscentes es fundamental.
- El oxígeno puede apagar la luminiscencia, afectando las mediciones.
- La espectroscopía resuelta en el tiempo permite un análisis detallado de los espectros de emisión.
Objetivo del estudio
- Desarrollar un método para caracterizar espectroscópicamente moléculas orgánicas.
- Proporcionar información sobre la naturaleza de los estados luminiscentes.
- Mostrar la eficacia de las técnicas de desgasificación para preservar la luminiscencia.
Métodos Utilizados
- Preparación de soluciones de compuestos luminiscentes.
- Desgasificación utilizando una bomba de vacío y nitrógeno líquido.
- Configuración del sistema de medición con láseres y software para la recopilación de datos.
- Análisis de los espectros de emisión en diferentes tiempos de retardo.
Resultados principales
- La eliminación exitosa del oxígeno dio como resultado espectros de emisión más nítidos.
- Se observaron perfiles de decaimiento distintos para la fluorescencia inmediata y la retardada.
- Los espectros resueltos en el tiempo proporcionaron información sobre el comportamiento fosforescente.
Conclusiones
- El método mejora la comprensión de los materiales luminiscentes.
- Puede aplicarse a diversos sistemas más allá de las moléculas orgánicas.
- Las precauciones de seguridad son esenciales al trabajar bajo vacío.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
La caracterización de fotoluminiscencia resuelta en el tiempo permite reducir los riesgos mecanicistas de emisores orgánicos al separar las contribuciones de fluorescencia inmediata y retardada en condiciones libres de oxígeno. Esto apoya la validación de objetivos en el desarrollo de materiales optoelectrónicos al proporcionar datos cuantitativos sobre la dinámica de estados excitados, esenciales para predecir el rendimiento de dispositivos en OLEDs y tecnologías relacionadas. El método mejora la confianza predictiva en las etapas iniciales del descubrimiento al distinguir los estados emisivos que influyen en la eficiencia de recolección de tríplices.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Permite investigar los orígenes de los estados emisores en materiales luminiscentes para aclarar hipótesis mecanicistas.
- Valor operativo: Proporciona datos espectrales y de decaimiento resueltos en el tiempo, desde nanosegundos hasta 0,1 segundos, en un solo experimento.
- Valor científico: Apoya la validación funcional de mecanismos de aprovechamiento de tripletas en emisores TADF y RTP.
Desarrollo de Cribado y Ensayos
- Valor científico: Proporciona resultados fotofísicos cuantitativos estandarizados para evaluar la idoneidad del ensayo en el cribado de materiales.
- Valor operativo: Asegura la reproducibilidad mediante protocolos de desgasificación controlada que minimizan los artefactos por extinción provocada por oxígeno.
- Valor científico: Permite la comparación confiable de perfiles de emisión entre formatos de muestras sólidas y líquidas.
Investigación Traductacional y Preclínica
- Valor científico: Facilita la continuidad traslacional al vincular la fotofísica molecular con predictores de rendimiento relevantes para dispositivos.
- Valor operativo: Apoya decisiones de avance ajustadas al riesgo mediante la clara distinción entre componentes de emisión inmediata y emisión diferida.
- Valor científico: Ayuda a reducir riesgos mecanicistas al aislar procesos de emisión de larga duración sensibles al oxígeno.
Integración de la tubería y flujo de trabajo
El método se integra en los flujos de trabajo de descubrimiento temprano al proporcionar una caracterización de estados excitados que orienta la identificación de compuestos prometedores para aplicaciones optoelectrónicas, y cuyos resultados respaldan directamente la ingeniería de dispositivos posteriores.
- Biología del Descubrimiento: Apoya la comprobación de hipótesis sobre las contribuciones de los estados emisores en sistemas fotoluminiscentes.
- Selección: Permite la estandarización de ensayos mediante la adquisición espectral con compuerta temporal y el perfilado de decaimiento.
- Análisis: Los tiempos de retardo y de integración proporcionan mediciones cuantitativas para comparar comportamientos fotofísicos.
- Investigación Traducional: Relaciona las características de emisión molecular con las expectativas de rendimiento de dispositivos preclínicos.
- Reutilización Empresarial: Establece una plataforma reutilizable para evaluar diversas clases de emisores orgánicos en condiciones controladas.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Confianza predictiva en la asignación del estado emisor y eficiencia de aprovechamiento de tripletas.
- Valor operativo: Preparación y medición reproducible de muestras libres de oxígeno en diferentes tipos de muestras.
- Valor estratégico: Decisiones informadas de continuar o descartar basadas en componentes fotofísicos resueltos.
- Impacto en la cartera: Priorización ajustada al riesgo de emisores con potencial verificado de emisión de larga duración.
Consideraciones de Implementación
- Experiencia en técnicas de medición fotofísicas y procedimientos de manejo al vacío.
- Instrumentación que incluye sistemas de láser pulsado, cámaras iCCD y monocromadores para resolución espectral.
- Normalización entre equipos de protocolos de desgasificación para garantizar una eliminación consistente del oxígeno.
- Consideraciones de adaptación para matrices de muestra variables (sólidos, líquidos, polímeros) y longitudes de onda de excitación.
- Las limitaciones prácticas incluyen las restricciones de sensibilidad espectral del detector y las longitudes de onda láser requeridas (532 nm, 355 nm, 337 nm, 266 nm).
