Um simples Dewar / Cryostat para amostras termicamente equilibrar a temperaturas conhecidas para medições de luminescência criogénicos precisos

Resumo

Um aparelho simples de Dewar/criostato de nitrogênio líquido composto por um pequeno Dewar óptico de sílica fundida, um termopar e um espectrógrafo de dispositivo de carga acoplada (CCD) são descritos. Os experimentos para os quais este Dewar/criostato foi projetado requerem carregamento rápido de amostras, congelamento e alinhamento, temperaturas de amostra precisas e estáveis e tamanho/portabilidade pequenos.

Resumo

O desenho e operação de um aparelho simples nitrogênio líquido Dewar / criostato com base em uma pequena sílica fundida Dewar óptico, um conjunto termopar e um espectrógrafo CCD são descritos. Os experimentos para o qual este Dewar / criostato é projetado requer o carregamento rápido de exemplo, o congelamento da amostra rápida, um alinhamento rápido da amostra, as temperaturas de amostra precisos e estáveis, e pequeno tamanho e portabilidade da unidade criogénico Dewar / criostato. Quando combinado com as taxas de aquisição rápida de dados do espectrógrafo CCD, este Dewar / criostato é capaz de suportar as medições espectroscópicas luminescência criogênicos em amostras luminescentes para uma série de temperaturas conhecidos, estável na faixa de 77-300 K. Um estudo em função da temperatura de têmpera de oxigénio de luminescência num complexo de metal de transição de ródio (III) é apresentado como um exemplo do tipo de investigação possível com este Dewar / criostato. No contexto do presente aparelho, uma temperatura estável para o SPECTROS criogénicossignifica cópia de uma amostra luminescente que é termicamente equilibrada com qualquer azoto líquido ou de azoto gasoso a uma temperatura mensurável conhecido que não varia (AT <0,1 K) durante a escala de tempo curto (~ 1-10 seg) da medição espectroscópica pelo CCD . O Dewar / criostato funciona aproveitando-se o gradiente térmico positivo dT / DH que se desenvolve acima do nível do azoto líquido no vaso Dewar, onde h é a altura da amostra acima do nível de azoto líquido. A evaporação lenta dos resultados de nitrogênio líquido em um aumento lento no h ao longo de várias horas e uma consequente aumento lento na temperatura da amostra T ao longo deste período de tempo. Um espectro de luminescência rapidamente adquiriu eficazmente pega a amostra a uma temperatura constante, termicamente equilibrada.

Introdução

No domínio da temperatura criogênica, investigações dependentes da temperatura dos espectros de luminescência e luminescência vidas eletrônicas de moléculas emissores de luz fornecer uma riqueza de informações sobre os estados eletrônicos excitados destas moléculas e os fenômenos fotoquímicas e fotofísicas que surgem a partir desses estados. As investigações pioneiras dependentes da temperatura fotofísicas de Crosby e co-trabalhadores sobre ruténio (II), ródio (I), e ródio (III), complexos de 1,10-fenantrolina, 2,2'-bipiridina, e outros ligandos ilustram bem o poder inerente da espectroscopia dependente da temperatura para explicar as estruturas, simetrias e ener....

Protocolo

Preparação 1. Amostra e carregamento por Cryogenic Spectroscopy

1. Prepara ~ 3 ml de uma solução 10 ~ -10 ^{-3 -4} M de luminescentes cromóforo num solvente apropriado.
   Nota: Embora muitos solventes possam ser utilizados, água e vários solventes alcoólicos (por exemplo, etanol, misturas de etanol / metanol, etileno glicol e glicerol) fornecem uma excelente combinação de solubilidade e características de tensão superficial para o trabalho criogénica.
2. Prepara-se uma ansa de amostragem por torção um comprimento de fio de cobre nu ~ 0,4 mm de diâmetro em torno de um prego ou parafuso a dar um único circuito ~ 3 mm de d....

Resultados

Os resultados representativos obtidos no aparelho acima descrito para um estudo de luminescência de têmpera dependente da temperatura na região de 77-200 K do composto luminescente de Tris (4,7-dimetil-1,10-fenantrolina) de ródio (III), [Rh (4 , 7-Me ₂ -1,10-fen) _3] ^3+, dissolvido em glicerol saturado de oxigénio estão listados na Tabela 1 e representados graficamente nas Figuras 4, 5 e 7.

Discussão

O desenvolvimento deste aparelho para baixo espectroscopia de luminescência temperatura surgiu da necessidade. Foi importante que as soluções contendo o cromóforo de interesse e também supersaturada com oxigénio poderia ser carregado, congelado, e posicionado por espectroscopia de tudo em um instante em um design Dewar / criostato em que a temperatura da amostra foi bem definida e estável, e lentamente variável. Praticamente todos os sistemas criogénicos comerciais levar muito mais tempo para carregar com a amostra do q.......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Laser de diodo 405 nm	Genérico		Ponteiro laser tipo lápis genérico para excitação de luminescência: 5 mW a 405  nm
Quartzo óptico dewar	Fabricação		3,5 cm id. x 25,0 cm de comprimento com região não prateada de 4,5 cm para acesso óptico
Programável 5 1/2 dígitos DMM	Keithley	Modelo 192	DMM de alta impedância para leitura de tensões de
termopar Fio de termopar de cobre	Omega Engineering	SPCP-010	0,010 pol. de diâmetro fio de termopar de cobre nu
Constantan fio	Omega Engineering	SPCC-010	0.010 in. diâmetro nu Constantan (cobre/níquel) fio termopar
Polychromator/Spectrograph	Jarrell-Ash	82-415	0.25 m Ebert monocromador com conjunto de fenda traseira removido para permitir a operação como uma câmera CCD policromadora
	Andor	DV-401-UV	Resfriado termoeletricamente (-35 ° C) Câmera CCD para detecção de luz emitida
Fio de cobre para loop de amostra	Fio de cobre nu genérico		0,0150 pol. de diâmetro para loop de amostra

personalizada de