Time-resolved fotofysische karakterisering van Triplet-oogst organische verbindingen in een zuurstofvrije omgeving met behulp van een iCCD Camera
27 december 2018
Hier presenteren we een methode van de spectroscopische karakterisering van organische moleculen door middel van time-resolved fotoluminescentie spectroscopie op de nanoseconde-naar-milliseconde tijdschaal in zuurstofvrije omstandigheden. Methoden voor het efficiënt verwijderen zuurstof uit de monsters en, dus, beperken luminescentie blussen worden ook beschreven.
Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen op het gebied van materiaalchemie en in de fotofysica met betrekking tot de aard van de emissive staten in fotoluminescente materialen. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat alle emissiespectra beschikbaar zijn van nul tijd tot seconden vertraging. Om te beginnen, bereid vier milliliter van een oplossing van de gekozen lichtgevende verbinding in oplosmiddel zoals beschreven in het tekstprotocol.
Giet de oplossing in de ontgassen cuvette en sluit de klep. Sluit vervolgens de vacuümpomp aan op de inlaathals van een ontgassende cuvette. Houd de inlaathals van de cuvette vast en doe de ronde bodemkolf langzaam in vloeibare stikstof.
Schud het af en toe terwijl de kolf in vloeibare stikstof zit. Om ervoor te zorgen dat de hele oplossing bevroren is, schudt u de ronde bodemkolf. Zet de vacuümpomp aan en open de inlaatklep.
Sluit na 10 minuten de inlaatklep en zet de vacuümpomp uit. Plaats de ronde bodemkolf langzaam in isopropanol. Schud de cuvette af en toe tot het oplosmiddel gesmolten is.
Als het ontgassen succesvol is geweest, moet lucht die uit de oplossing komt worden waargenomen bij de eerste cyclus in de vorm van bellen. Warm nu de oplossing in de cuvette op tot kamertemperatuur. Gebruik een waterbad of wacht tot de temperatuur in evenwicht is.
Zet het lasersysteem aan. Na ongeveer 30 minuten wachten op de bundel te worden gestabiliseerd op de output pomp macht, gebruik maken van de vermogensmeter om de laser fluence te meten. De meting moet ongeveer 100 microjoule per puls zijn.
Zet nu het meetsysteem aan. Schakel de 4 Spec-software in en stel de meetparameters in, inclusief het aantal verzamelde scans. Als u toegang wilt krijgen tot de besturingsset-up van de camera, kiest u Venster, Camera.
Zorg ervoor dat de camera tegen die tijd is ingeschakeld. De software maakt nu verbinding met de camera. Stel de vertraging en de integratietijd in voor de nultijdparameters, waaronder 981 nanoseconden vertraging en 10 nanoseconden aan integratietijd.
Deze parameters kunnen vervolgens worden gebruikt om te controleren of de meetset-up is uitgelijnd. Stel een trigger in voor Trig. Stuur vervolgens de parameters naar de camera met de knop Verzenden.
Stel nu de spleet- en monochromatorpositie in die past bij het spectrale bereik en de intensiteit van de emissie van het monster. Om een oplossing te plaatsen, past u een cuvettehouder in het monstergebied of past u de cuvette in een cryostat als temperatuurregeling vereist is. Plaats vervolgens de ontgassing cuvette in de houder en beveilig deze met behulp van een laboratoriumstandaard.
Zorg er door zorgvuldige observatie van de fotoluminescentie voor dat de laserstraal de cuvette raakt. Nadat u ervoor hebt gezorgd dat de laserstraal is uitgelijnd, dient u de monstereenheid af om te voorkomen dat ruimtelicht door de detector wordt geregistreerd en om het risico op laserverstrooiing te verminderen. Om het experiment in te stellen, bedek je het laserpad met een sluiter.
Meet de achtergrondemissie met behulp van de d-snelkoppeling voor de besturing. Open vervolgens het automatische meetscript en voer de naam van het experimentbestand in het tekstvak in. Druk vervolgens op enter en voer de beginlijn van het experimentbestand in.
Druk nogmaals op Enter en voer de laatste regel van het experimentbestand in. Druk vervolgens op enter aan het einde om het script uit te voeren. Het automatische script maakt het mogelijk om de emissie te meten op een reeks verschillende vertragingstijden die in het bestand worden gegeven.
Als u klaar bent, selecteert u één spectrum en schaal. Exporteer het spectrum naar het bestand door te klikken op Bestand, Exporteren, Curve als tekst. Kies vervolgens een naam en map.
De resultaten zijn nu klaar om te worden verwerkt door de juiste software. Wanneer alle geplande experimenten zijn voltooid, zet u de apparatuur uit en gaat u in de tegenovergestelde volgorde te werk terwijl deze is ingeschakeld. Verwijder de ontgassing cuvette van de houder.
Open de inlaatklep en gooi de oplossing weg. Spoel de cuvette met aceton, waarbij u ervoor zorgt dat alle binnenwanden worden gewassen. Herhaal de spoeling drie keer.
Hier wordt een vervalprofiel van een thermisch geactiveerde vertraagde fluorescentiezender in tolueenoplossing getoond en de tijd-opgeloste spectra die in hetzelfde experiment wordt geregistreerd met een fosforescerend spectrum dat bij lage temperatuur wordt geregistreerd. Snelle en vertraagde fluorescentie kan duidelijk worden onderscheiden. Hier is een vervalprofiel van een fosforescente molecule op kamertemperatuur in een vaste polymeerhost.
Ook wordt de tijd-opgeloste spectra geregistreerd in datzelfde experiment, met een fosforescentiespectrum geregistreerd bij lage temperatuur. Tijdens een poging deze procedure, is het belangrijk om te onthouden om de toestand van de plastic top en de cuvette te controleren voordat u begint met een goede ontgassing van de oplossing te waarborgen. Hoewel deze methode inzicht kan geven in lichtgevende moleculen, kan het ook worden toegepast op andere systemen zoals exciplexen.
Vergeet niet dat het werken met glasapparatuur onder vacuüm zeer gevaarlijk kan zijn en voorzorgsmaatregelen zoals het dragen van een bril moeten altijd worden genomen tijdens het uitvoeren van deze procedure.
Overzicht
Dit artikel presenteert een methode voor de spectroscopische karakterisering van organische moleculen met behulp van tijdopgeloste fotoluminescentiespectroscopie. De techniek werkt op een tijdschaal van nanoseconden tot milliseconden onder zuurstofvrije omstandigheden, waardoor luminescentiedemping effectief tot een minimum wordt beperkt.
Belangrijkste componenten van de studie
Wetenschappelijk gebied
- Materialschemie
- Fotofysica
Achtergrond
- Het begrijpen van emissieve toestanden in fotoluminescente materialen is van cruciaal belang.
- Zuurstof kan luminescentie doven, wat de metingen beïnvloedt.
- Tijdopgeloste spectroscopie maakt een gedetailleerde analyse van emissiespectra mogelijk.
Doel van de studie
- Het ontwikkelen van een methode om organische moleculen spectroscopisch te karakteriseren.
- Het verkrijgen van inzicht in de aard van luminescente toestanden.
- Het aantonen van de effectiviteit van ontgassingstechnieken bij het behoud van luminescentie.
Gebruikte methoden
- Bereiding van oplossingen van luminescente verbindingen.
- Ontgassing met behulp van een vacuümpomp en vloeibare stikstof.
- Meetopstelling met lasersystemen en software voor gegevensverzameling.
- Analyse van emissiespectra bij verschillende vertragingstijden.
Belangrijkste resultaten
- Het succesvol verwijderen van zuurstof leidde tot duidelijkere emissiespectra.
- Er werden verschillende vervalprofielen waargenomen voor prompt- en vertraagde fluorescentie.
- Tijdsopgeloste spectra boden inzicht in het fosforescentiegedrag.
Conclusies
- De methode vergroot het begrip van luminescente materialen.
- Deze kan worden toegepast op diverse systemen buiten organische moleculen.
- Veiligheidsvoorzorgsmaatregelen zijn essentieel bij het werken in vacuüm.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Leidinggevenden
Tijdopgeloste fotoluminescentiekarakterisering maakt mechanische risicoreductie van organische emitteren mogelijk door prompt en vertraagde fluorescentiebijdragen onder zuurstofvrije omstandigheden te onderscheiden. Dit ondersteunt de validatie van doelen bij de ontwikkeling van opto-elektronische materialen door kwantitatieve gegevens over de dynamiek van de aangeslagen toestand te verschaffen, die essentieel zijn voor het voorspellen van de prestaties van apparaten in OLED's en aanverwante technologieën. De methode verhoogt de voorspellende betrouwbaarheid in vroege ontdekkingsfasen door emissietoestanden te onderscheiden die de efficiëntie van triplet-harvesting beïnvloeden.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het mogelijk om de oorsprong van emissieve toestanden in luminescente materialen te onderzoeken om mechanistische hypothesen te verduidelijken.
- Operationele waarde: Levert tijdopgeloste spectrale en vervalgegevens van nanoseconden tot 0,1 seconden in één enkel experiment.
- Wetenschappelijke waarde: Ondersteunt de functionele validatie van triplet-harvesting-mechanismen in TADF- en RTP-emitter.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Levert gestandaardiseerde, kwantitatieve fotofysische resultaten voor assay-gereedheid bij materiaalscreening.
- Operationele waarde: Garandeert reproduceerbaarheid via gecontroleerde ontgassingsprotocollen die artefacten door zuurstof-quenching minimaliseren.
- Wetenschappelijke waarde: Maakt betrouwbare vergelijking van emissieprofielen mogelijk over vaste en vloeibare monsterformaten.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Faciliteert translationele continuïteit door moleculaire fotofysica te koppelen aan prestatievoorspellers die relevant zijn voor apparaten.
- Operationele waarde: Ondersteunt risico-gecorrigeerde beslissingen over verdere ontwikkeling door een duidelijk onderscheid te maken tussen prompt- en vertraagde emissiecomponenten.
- Wetenschappelijke waarde: Helpt bij mechanische risicoreductie door zuurstofgevoelige, langlevende emissieprocessen te isoleren.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode kan worden geïntegreerd in vroege discovery-workflows door excitatietoestand-karakterisering te bieden die de identificatie van lead-verbindingen voor opto-elektronische toepassingen ondersteunt, waarbij de resultaten direct bijdragen aan de daaropvolgende device-engineering.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing van emissieve toestandbijdragen in fotoluminescente systemen.
- Screening: Maakt assay-standaardisatie mogelijk via time-gated spectrale acquisitie en vervalprofilering.
- Analytics: Vertragingstijden en integratietijden leveren kwantitatieve metingen op voor het vergelijken van fotofysisch gedrag.
- Translational Research: Verbindt moleculaire emissiekenmerken met preklinische prestatieverwachtingen van apparaten.
- Enterprise Reuse: Vestigt een herbruikbaar platform voor het evalueren van diverse klassen organische emitters onder gecontroleerde omstandigheden.
Operationele & Enterprise Impact
- Wetenschappelijke waarde: Voorspellende betrouwbaarheid bij de toewijzing van emissietoestanden en de efficiëntie van triplet-oogsten.
- Operationele waarde: Reproduceerbare, zuurstofvrije monstervoorbereiding en meting voor verschillende monstertypes.
- Strategische waarde: Onderbouwde go/no-go-beslissingen op basis van opgeloste fotofysische componenten.
- Impact op portfolio: Risico-gecorrigeerde prioritering van emitteren met een geverifieerd potentieel voor langdurige emissie.
Overwegingen voor implementatie
- Expertise in fotofysische meettechnieken en vacuümbehandelingsprocedures.
- Instrumentatie, waaronder gepulste lasersystemen, iCCD-camera's en monochromatoren voor spectrale resolutie.
- Standaardisatie van ontgassingsprotocollen tussen teams om een consistente verwijdering van zuurstof te waarborgen.
- Overwegingen voor aanpassing aan variërende monstermatrices (vastestoffen, vloeistoffen, polymeren) en excitatiegolflengten.
- Praktische beperkingen omvatten spectrale gevoeligheidsbeperkingen van de detector en vereiste lasergolflengten (532 nm, 355 nm, 337 nm, 266 nm).
