A Simple Dewar / criostato per equilibrare termicamente i campioni a temperature criogeniche noti accurate misurazioni di luminescenza

Sommario

Viene descritto un semplice apparato Dewar/criostato ad azoto liquido composto da un piccolo Dewar ottico in silice fusa, una termocoppia e uno spettrografo con dispositivo ad accoppiamento di carica (CCD). Gli esperimenti per i quali è stato progettato questo Dewar/criostato richiedono un rapido caricamento, congelamento e allineamento del campione, temperature del campione accurate e stabili e dimensioni/portabilità ridotte.

Abstract

La progettazione e il funzionamento di un semplice apparecchio di azoto Dewar / criostato liquido basato su un piccolo silice fusa Dewar ottica, un gruppo di termocoppia, e uno spettrografo CCD sono descritte. Gli esperimenti per i quali questo Dewar / criostato è stato progettato richiedono caricamento veloce del campione, il congelamento del campione veloce, veloce allineamento del campione, le temperature del campione precisi e stabili, e le piccole dimensioni e la portabilità delle unità criogenica Dewar / criostato. Una volta accoppiato con i tassi di acquisizione dati veloci della spettrografo CCD, questo Dewar / criostato è in grado di supportare le misure luminescenza spettroscopiche su campioni criogenici luminescenti a una serie di note, temperature stabili nel range 77-300 K. Uno studio dipendente dalla temperatura del quenching dell'ossigeno di luminescenza in rodio (III) complesso metallo di transizione viene presentato come un esempio del tipo di indagine possibile con questa Dewar / criostato. Nel contesto di questo apparato, una temperatura stabile per spettroscopia criogenicicopia significa un campione luminescente che viene equilibrato termicamente o con azoto liquido o azoto gassoso ad una temperatura misurabile noto che non varia (DT <0,1 K) durante la scala breve periodo (~ 1-10 sec) della misurazione spettroscopica dal CCD . Il Dewar / criostato funziona sfruttando il gradiente termico positivo dT / dh che si sviluppa sul livello di azoto liquido nel Dewar dove h è l'altezza del campione sopra del livello del liquido. La lenta evaporazione dei risultati azoto liquido in un lento aumento h per diverse ore e un conseguente lento aumento della temperatura del campione T in questo periodo di tempo. Uno spettro di luminescenza acquisito rapidamente cattura efficacemente il campione ad una temperatura costante equilibrata termicamente.

Introduzione

All'interno del dominio temperatura criogenica, indagini dipendenti dalla temperatura della luminescenza spettri e luminescenza elettronici vite di molecole che emettono luce forniscono una serie di informazioni sugli stati elettronici eccitati di queste molecole e dei fenomeni fotochimici e fotofisiche che nascono da questi stati. I dipendenti dalla temperatura pionieristiche ricerche fotofisiche di Crosby e collaboratori su di rutenio (II), rodio (I), e rodio (III) di 1,10-fenantrolina, 2,2'-bipyridine, e altri ligandi illustrano bene la potere intrinseco della spettroscopia in funzione della temperatura di chiarire le strutture, simmetrie, energetica e com....

Protocollo

Preparazione 1. campione e caricamento per criogenica Spettroscopia

1. Preparare ~ 3 ml di una soluzione ~ 10 ^-3 -10 ^-4 M di luminescenti cromoforo in un solvente appropriato.
   Nota: Mentre molti solventi possono essere utilizzati, acqua e vari solventi alcool (ad esempio, etanolo, miscele etanolo / metanolo, glicole etilenico e glicerolo) forniscono una eccellente combinazione di solubilità e tensione superficiale caratteristiche per il lavoro criogenico.
2. Preparare un loop del campione ruotando una lunghezza di filo di rame nudo ~ 0,4 mm di diametro intorno un chiodo o vite che invia un singolo ciclo ~ 3 mm di d....

Risultati

I risultati rappresentativi ottenuti nella apparecchiatura sopra descritta per uno studio luminescenza tempra dipendente dalla temperatura nella regione di K del composto luminescente Tris (4,7-dimetil-1,10-fenantrolina) rodio 77-200 (III), [Rh (4 , 7-Me ₂ -1,10-phen) _3] ^3+, disciolto in glicerolo ossigeno satura sono elencati nella Tabella 1 e tracciate nelle figure 4, 5, e 7.

Discussione

Lo sviluppo di questo apparato per spettroscopia a bassa temperatura luminescenza nata per necessità. Era fondamentale che le soluzioni contenenti il ​​cromoforo di interesse e anche sovrasatura di ossigeno potrebbe essere caricato, congelato, e posizionati per spettroscopia tutti in un istante in un disegno Dewar / criostato in cui la temperatura del campione è stata ben definita, stabile, e lentamente variabile. Praticamente tutti i criostati commerciali prendono molto più tempo a caricare con il campione di questi vi.......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Laser a diodi 405 nm	Generico		Puntatore laser generico a matita per eccitazione di luminescenza: 5 mW a 405  nm
Dewar ottico al quarzo	Fabbricazione		3,5 cm id. x 25,0 cm di lunghezza con 4,5 cm di regione non argentata per l'accesso ottico
Programmabile 5 1/2 cifre	DMM Keithley	Modello 192	DMM ad alta impedenza per la lettura delle tensioni della termocoppia
Filo per termocoppia in rame	Omega Engineering	SPCP-010	Filo per termocoppia in rame nudo da 0,010 pollici
di diametro Termocoppia di costantana filo	Omega Engineering	SPCC-010	0,010 pollici di diametro nudo Constantan (rame/nichel) filo per termocoppia
Policromatore/Spettrografo	Jarrell-Ash	82-415	0,25 m Monocromatore Ebert con gruppo fessura posteriore rimosso per consentire il funzionamento come
telecamera CCD	Andor	DV-401-UV	Raffreddato termoelettricamente (-35 ° C) Telecamera CCD per il rilevamento della luce emessa
Filo di rame per il circuito del campione	Filo di rame nudo generico di 0,0150 pollici di diametro per il circuito del campione

personalizzata policromatore