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

L'obiettivo generale di questo esperimento è misurare le intensità spettrali della luminescenza dipendente dalla temperatura. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave sul tema della migrazione dell'energia dello stato eccitato nei complessi metallici. Come i complessi di rutenio diammina.

Il vantaggio principale di questa tecnica è che, utilizzando un semplice apparecchio e una procedura, è possibile misurare con precisione le intensità spettrali in dipendenza dalla temperatura. A dimostrare la procedura sarà Cameron Portune, un tecnico del mio laboratorio. Per prima cosa, preparare circa tre millimetri di soluzione di cromoforo luminescente a bassa molarità in acqua o in alcool per la migliore combinazione di tensione superficiale e solubilità.

Quindi, prepara un ciclo di campionamento. Attorciglia un pezzo di filo di rame nudo attorno a un chiodo o una vite per ottenere un singolo anello, seguito da circa 30 millimetri di filo attorcigliato. Quindi sciacquare il circuito con acido nitrico, seguito da acqua distillata e infine con etanolo al 95%.

Assicurati di indossare indumenti protettivi per il passaggio successivo. Immergere l'anello, una volta asciutto, nella soluzione campione. La tensione superficiale della soluzione dovrebbe creare un film sottile della soluzione nel circuito.

Quindi, immergere immediatamente il circuito del campione caricato nell'azoto liquido per congelare e stabilizzare la soluzione del campione a film sottile. Inizia con la preparazione di una costantana di rame, o termocoppia di tipo T da due lunghezze di filo di rame e un filo di costantana che è una lega di rame e nichel. Quindi, fissare i fili di rame e costante insieme con un angolo di 90 gradi.

Sauter o attorcigliare insieme due giunzioni di rame costantana. Uno è per il campione e l'altro è per un riferimento standard. Aiuta davvero per due persone a fare questo passaggio.

Quindi, tirare saldamente i due fili e attorcigliarli insieme cinque o sei volte. L'isolamento assicura che l'unico contatto effettuato sarà alla giunzione della termocoppia. Quindi, collegare i due fili di rame della termocoppia dalle giunzioni campione e di riferimento ai terminali di ingresso di un voltmetro.

Quindi posizionare sia il campione che le giunzioni di riferimento in un bagno di acqua ghiacciata a zero gradi Celsius e azzerare il voltmetro. Successivamente, l'anello del campione caricato e la giunzione della termocoppia vengono allineati nel dewar ottico riempito di azoto liquido. Ciò richiede un tappo che si adatti perfettamente alla parte superiore del dewar ottico.

Prepara un'impugnatura standard per tenere l'anello usando una clip, un tassello e del nastro idraulico. Quindi, allineare l'anello del campione della giunzione della termocoppia con il percorso del raggio di luce di eccitazione. Almeno un'ora prima, accendere tutta l'elettronica sullo spettrografo CCD.

Inoltre, accendere la telecamera CCD raffreddata per raggiungere una temperatura di esercizio stabile. Durante l'esecuzione del test, monitorare la temperatura sul voltmetro mentre l'azoto bolle lentamente. Il voltmetro riporta accuratamente la temperatura perché il campione è completamente immerso in azoto liquido o vapore freddo.

Prendi gli spettri ogni cinque incrementi di Kelvin. Per fare ciò, accendere o sbloccare momentaneamente la luce di eccitazione e utilizzare lo spettrografo CCD per acquisire uno spettro luminescente. Questo richiede solo pochi secondi.

Quindi, spegnere o ribloccare la luce di eccitazione per ridurre al minimo la degradazione fotochimica o gli errori di riscaldamento del campione. La tensione della termocoppia non deve cambiare in modo apprezzabile dall'inizio alla fine dell'intervallo di acquisizione. Per l'analisi, convertire la tensione riportata in temperatura.

Effettuando queste misurazioni, non apportare modifiche all'ottica, all'elettronica o all'intensità della luce di eccitazione. Successivamente, l'intensità corregge i set di dati spettrali CCD. Il complesso tris-quattro-sette-dimetil-uno-decimo-anantrolema rodio tre è stato disciolto in glicerolo saturo di ossigeno e studiato utilizzando il metodo descritto a temperature comprese tra 77 e 200 Kelvin.

L'intensità della luminescenza è rimasta sostanzialmente costante da 77 Kelvin a 175 Kelvin, per poi diminuire progressivamente all'aumentare della temperatura da 175 Kelvin a 240 Kelvin. È stato realizzato un grafico di un parametro che rappresenta l'entità del quenching rispetto alla temperatura Kelvin reciproca. È stata quindi calcolata un'energia di attivazione dell'estinzione della luminescenza dell'ossigeno di 31,5 kilojoule per mole.

Con questo metodo è stata ottenuta anche l'energia di attivazione del quenching per diversi altri complessi correlati. La coerenza interna di questi risultati suggerisce che la temperatura del campione è nota e costante durante l'acquisizione degli spettri. Questa tecnica può essere eseguita in una o due ore se eseguita correttamente.

Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare che il campione e la termocoppia non possono essere spostati una volta avviato l'esperimento, altrimenti le letture dell'intensità non saranno coerenti.