정확한 극저온 발광 측정을위한 알려진 온도에서 열적으로 평형화 샘플에 대한 간단한 듀어 /의 저온

본 실험의 전반적인 목표는 온도에 따른 발광 스펙트럼 강도를 측정하는 것입니다. 이 방법은 루테늄 디아민 복합체와 같은 금속 복합체의 들뜬 상태 에너지 이동이라는 주제에 대한 핵심적인 질문들에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다.

이 기술의 주요 장점은 간단한 장치와 절차를 통해 온도 의존적 스펙트럼 강도를 정확하게 측정할 수 있다는 점입니다. 실험 절차는 저희 실험실의 기술자인 Cameron Portune이 시연하겠습니다. 먼저, 표면 장력과 용해도의 최적 조합을 위해 물 또는 알코올에 저몰 농도의 발광 크로모포어 용액을 약 3mm 준비하십시오.

다음으로 샘플 루프를 준비합니다. 나사나 못에 노출된 구리선을 감아 하나의 루프를 만들고, 이어서 약 30 millimeters 길이의 꼬인 선을 만듭니다. 그다음 루프를 질산으로 헹구고, 이어서 증류수로, 마지막으로 95% ethanol로 헹굽니다.

다음 단계를 위해 반드시 보호 장구를 착용하십시오. 건조된 루프를 시료 용액에 담급니다. 용액의 표면 장력으로 인해 루프에 얇은 용액 막이 형성되어야 합니다.

그런 다음, 적재된 샘플 루프를 즉시 액체 질소에 담가 박막 샘플 용액을 동결 및 안정화합니다. 먼저 두 개의 구리선과 구리-니켈 합금인 컨스탄탄선 한 개를 사용하여 구리-컨스탄탄(Type T) 열전대를 준비합니다. 그다음, 구리선과 컨스탄탄선을 90도 각도로 함께 고정합니다.

두 개의 구리-콘스탄탄 접점을 납땜하거나 꼬아서 연결합니다. 하나는 시료용이며, 다른 하나는 표준 참조용입니다. 이 단계는 두 사람이 함께 수행하는 것이 매우 효율적입니다.

그 다음, 두 와이어를 단단히 당겨 5~6회 함께 꼬아줍니다. 절연체를 통해 열전대 접합부에서만 접촉이 이루어지도록 합니다. 이어서, 시료 및 기준 접합부의 두 구리 열전대 와이어를 전압계의 입력 단자에 연결합니다.

그다음 샘플과 기준 접점을 0°C의 얼음물 배스에 넣고 전압계의 영점을 조절합니다. 이어서, 샘플이 적재된 루프와 열전대 접점을 액체 질소가 채워진 광학 듀어(optical dewar) 내에 정렬합니다. 이를 위해서는 광학 듀어 상단에 꼭 맞는 코르크 마개가 필요합니다.

클립, 다우엘 및 플러머 테이프를 사용하여 루프를 고정할 표준 그립을 준비합니다. 그런 다음, 열전대 접점의 샘플 루프를 여기 광선 빔의 경로에 맞춥니다. 최소 한 시간 전에 CCD 분광기의 모든 전자 장치를 켭니다.

또한, 안정적인 작동 온도에 도달하도록 냉각 CCD 카메라를 켭니다. 테스트를 수행하는 동안 질소가 천천히 기화하는 동안 전압계의 온도를 모니터링하십시오. 시료가 액체 질소 또는 냉각 증기에 완전히 잠겨 있기 때문에 전압계가 온도를 정확하게 표시합니다.

5 Kelvin 간격으로 스펙트럼을 측정합니다. 이를 위해 흥분 광원을 잠시 켜거나 차단막을 제거한 후, CCD 분광기를 사용하여 발광 스펙트럼을 획득합니다. 이 과정은 단 몇 초 정도 소요됩니다.

그런 다음, 광화학적 분해 또는 시료 가열 오차를 최소화하기 위해 들뜸 광원을 끄거나 다시 차단합니다. 열전대 전압은 데이터 수집 구간의 시작부터 끝까지 눈에 띄게 변하지 않아야 합니다. 분석을 위해 보고된 전압을 온도로 변환합니다.

이러한 측정값을 얻을 때 광학계, 전자 장치 또는 여기광 강도를 변경하지 마십시오. 이후 CCD 스펙트럼 데이터 세트에 대해 강도 보정을 수행합니다. 복합체 tris(4,7-dimethyl-1,10-phenanthroline)rhodium(III)을 산소가 포화된 글리세롤에 녹인 후, 앞서 설명한 방법을 사용하여 77에서 200 Kelvin 사이의 온도에서 조사하였습니다.

발광 강도는 77 Kelvin에서 175 Kelvin까지 기본적으로 일정하게 유지되었으며, 온도가 175 Kelvin에서 240 Kelvin으로 증가함에 따라 점진적으로 감소했습니다. 소광 정도를 나타내는 파라미터와 Kelvin 온도의 역수 사이의 관계를 도식화했습니다. 이를 통해 31.5 kilojoules per mole의 산소 발광 소광 활성화 에너지를 산출했습니다.

이 방법을 통해 다른 여러 관련 복합체의 소광 활성화 에너지 또한 얻었습니다. 이러한 결과의 내부 일관성은 스펙트럼을 획득하는 동안 시료 온도가 정확히 알려져 있으며 일정하게 유지되었음을 시사합니다. 이 기술은 적절하게 수행될 경우 1~2시간 내에 완료할 수 있습니다.

이 절차를 수행할 때, 실험이 시작된 후에는 샘플과 열전대를 이동해서는 안 된다는 점을 기억하는 것이 중요합니다. 그렇지 않으면 강도 측정값이 일정하지 않게 됩니다.