Tempo-resolvido compostos orgânicos de Photophysical caracterização dos Triplet-colheita em um livre de oxigênio ambiente usando uma câmera de iCCD
27 de dezembro de 2018
Aqui, apresentamos um método de caracterização espectroscópica de moléculas orgânicas através da espectroscopia de fotoluminescência tempo-resolvido a escala temporal nanossegundo-para-milissegundo em condições de livre de oxigênio. Também são descritos métodos para eficientemente remover oxigênio das amostras e, assim, limitar a têmpera de luminescência.
Este método pode ajudar a responder perguntas-chave no campo da química de materiais e na fotofísica sobre a natureza dos estados emissivos em materiais fotoluminescentes. A principal vantagem desta técnica é que todos os espectros de emissões estão disponíveis de zero a segundos de atraso. Para começar, prepare quatro mililitros de uma solução do composto luminescente escolhido em solvente, conforme descrito no protocolo de texto.
Despeje a solução na cuvette desgaseante e feche a válvula. Em seguida, conecte a bomba de vácuo ao pescoço de entrada de um cuvette desgaseante. Segure o pescoço de entrada da cuvette e lentamente coloque o frasco de fundo redondo em nitrogênio líquido.
Agite-o ocasionalmente enquanto o frasco está em nitrogênio líquido. Para garantir que toda a solução esteja congelada, agite o frasco de fundo redondo. Ligue a bomba de vácuo e abra a válvula de entrada.
Após 10 minutos, feche a válvula de entrada e desligue a bomba de vácuo. Coloque lentamente o frasco de fundo redondo em isopropanol. Agite a cuvette ocasionalmente até que o solvente seja derretido.
Se a desgaseamento tiver sido bem sucedida, o ar que sai da solução deve ser observado no primeiro ciclo na forma de bolhas. Agora aqueça a solução no cuvette à temperatura ambiente. Use um banho de água ou espere a temperatura se equilibrar.
Ligue o sistema laser. Depois de esperar cerca de 30 minutos para que o feixe seja estabilizado na potência da bomba de saída, use o medidor de energia para medir a fluência do laser. A leitura deve ser de aproximadamente 100 microjoules por pulso.
Agora ligue o sistema de medição. Ligue o software 4 Spec e configure os parâmetros de medição, incluindo o número de varreduras coletadas. Para acessar a configuração de controle da câmera, escolha Janela, Câmera.
Certifique-se de que a câmera está ligada a essa altura. O software se conecta com a câmera agora. Defina o atraso e o tempo de integração para os parâmetros de tempo zero, incluindo 981 nanossegundos de atraso e 10 nanossegundos de tempo de integração.
Esses parâmetros podem então ser usados para verificar se a configuração de medição está alinhada. Defina um gatilho para Trig. Em seguida, envie os parâmetros para a câmera com o botão Enviar-o.
Agora, defina a posição de fenda e monocromador adequada à faixa espectral e intensidade da emissão da amostra. Para colocar uma solução, coloque um suporte de cuvette na área da amostra ou encaixe a cuvette em um criostat se for necessário controle de temperatura. Em seguida, coloque a cuvette desgasegando no suporte e fixe-a usando um suporte de laboratório.
Certifique-se de uma observação cuidadosa da fotoluminescência que o raio laser atinge a cuvette. Depois de certificar-se de que o raio laser está alinhado, cubra a unidade de amostra para evitar que qualquer luz de quarto seja registrada pelo detector e para reduzir o risco de dispersão a laser. Para configurar o experimento, cubra o caminho do laser usando um obturador.
Meça a emissão de fundo usando o atalho de controle D. Em seguida, abra o script de medição automática e insira o nome do arquivo de experimento na caixa de texto. Em seguida, pressione enter e insira a linha de partida do arquivo de experimento.
Pressione digitar novamente e insira a última linha do arquivo de experimento. Em seguida, pressione enter no final para executar o script. O script automático permite a medição da emissão em um conjunto de diferentes tempos de atraso dados no arquivo.
Uma vez terminado, selecione um espectro e escala. Exporte o espectro para o arquivo clicando em Arquivo, Exportação, Curva como Texto. Em seguida, escolha um nome e diretório.
Os resultados estão agora prontos para serem processados pelo software apropriado. Quando todos os experimentos planejados tiverem sido concluídos, desligue o equipamento, procedendo na ordem oposta à medida que foi ligado. Remova o cuvette desgaseante do suporte.
Abra a válvula de entrada e descarte a solução. Enxágüe a cuvette com acetona, tomando cuidado para lavar todas as paredes internas. Repita a lavagem três vezes.
Mostrado aqui é um perfil de decadência de um emissor de fluorescência retardada ativado termicamente na solução de tolueno e o espectro resolvido pelo tempo registrado no mesmo experimento com um espectro fosforescente registrado em baixa temperatura. Fluorescência rápida e retardada pode ser claramente distinguida. Mostrado aqui é um perfil de decomposição de uma molécula fosforescente de temperatura ambiente em um hospedeiro de polímero sólido.
Também é mostrado o espectro de tempo resolvido registrado nesse mesmo experimento, com um espectro de fosforescência registrado em baixa temperatura. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de verificar a condição da parte superior plástica e da cuvette antes de começar a garantir a desgaseamento adequada da solução. Embora este método possa fornecer insights sobre moléculas luminescentes, ele também pode ser aplicado a outros sistemas, como exciplexos.
Não se esqueça que trabalhar com equipamentos de vidro sob vácuo pode ser extremamente perigoso e precauções como o uso de óculos devem ser sempre tomadas durante a realização deste procedimento.
Visão Geral
Este artigo apresenta um método para a caracterização espectroscópica de moléculas orgânicas utilizando espectroscopia de fotoluminescência resolvida no tempo. A técnica opera em uma escala de tempo de nanosegundos a milissegundos em condições livres de oxigênio, minimizando efetivamente o extinção da luminescência.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Química de Materiais
- Fotofísica
Antecedentes
- Compreender os estados emissivos em materiais fotoluminescentes é fundamental.
- O oxigênio pode extinguir a luminescência, afetando as medições.
- A espectroscopia resolvida no tempo permite uma análise detalhada dos espectros de emissão.
Objetivo do Estudo
- Desenvolver um método para caracterizar molecularmente compostos orgânicos por espectroscopia.
- Fornecer informações sobre a natureza dos estados luminiscentes.
- Demonstrar a eficácia de técnicas de desgaseificação na preservação da luminescência.
Métodos Utilizados
- Preparação de soluções de compostos luminiscentes.
- Desgaseificação utilizando uma bomba de vácuo e nitrogênio líquido.
- Configuração do sistema de medição com laser e software para coleta de dados.
- Análise dos espectros de emissão em diferentes tempos de atraso.
Resultados Principais
- A remoção bem-sucedida de oxigênio resultou em espectros de emissão mais nítidos.
- Foram observados perfis de decaimento distintos para fluorescência imediata e retardada.
- Os espectros resolvidos no tempo forneceram informações sobre o comportamento fosforescente.
Conclusões
- O método aprimora o entendimento de materiais luminosos.
- Ele pode ser aplicado a diversos sistemas além de moléculas orgânicas.
- Precauções de segurança são essenciais ao trabalhar sob vácuo.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
A caracterização de fotoluminescência com resolução temporal permite a eliminação de riscos mecanicistas em emissores orgânicos ao separar as contribuições da fluorescência imediata e da fluorescência retardada em condições livres de oxigênio. Isso apoia a validação de alvos no desenvolvimento de materiais optoeletrônicos, fornecendo dados quantitativos sobre a dinâmica de estados excitados, essenciais para prever o desempenho de dispositivos em OLEDs e tecnologias relacionadas. O método aumenta a confiança preditiva na fase inicial de descoberta, ao distinguir estados emissivos que influenciam a eficiência de colheita de tríades.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Valor Científico: Permite investigar as origens dos estados emissivos em materiais luminescentes para esclarecer hipóteses mecanicistas.
- Valor Operacional: Fornece dados espectrais e de decaimento resolvidos no tempo, desde nanossegundos até 0,1 segundos, em um único experimento.
- Valor Científico: Apoia a validação funcional de mecanismos de colheita de tríades em emissores TADF e RTP.
Desenvolvimento de Triagem e Ensaios
- Valor Científico: Fornece saídas fotofísicas padronizadas e quantitativas para a prontidão de ensaios na triagem de materiais.
- Valor Operacional: Garante reprodutibilidade por meio de protocolos controlados de desgaseificação que minimizam artefatos de extinção por oxigênio.
- Valor Científico: Permite a comparação confiável de perfis de emissão em diferentes formatos de amostras, sólidas e líquidas.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Valor Científico: Facilita a continuidade translacional ao vincular a fotofísica molecular a preditores de desempenho relevantes para dispositivos.
- Valor Operacional: Apoia decisões de avanço ajustadas ao risco mediante distinção clara entre componentes de emissão imediata e emissão retardada.
- Valor Científico: Auxilia na redução de riscos mecanicistas ao isolar processos de emissão de longa duração sensíveis ao oxigênio.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
O método integra-se a fluxos de trabalho de descoberta inicial ao fornecer caracterização de estados excitados que orienta a identificação de compostos promissores para aplicações optoeletrônicas, com resultados que apoiam diretamente a engenharia de dispositivos posteriores.
- Biologia da Descoberta: Apoia a verificação de hipóteses sobre as contribuições dos estados emissivos em sistemas fotoluminescentes.
- Triagem: Permite a padronização de ensaios por meio da aquisição espectral com porta temporal e análise de perfis de decaimento.
- Análises: Atrasos e tempos de integração fornecem medidas quantitativas para comparar comportamentos fotofísicos.
- Pesquisa Translacional: Relaciona as características de emissão molecular com as expectativas de desempenho de dispositivos pré-clínicos.
- Reutilização Empresarial: Estabelece uma plataforma reutilizável para avaliar diversas classes de emissores orgânicos em condições controladas.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Confiança preditiva na atribuição do estado emissivo e na eficiência de colheita de tríades.
- Valor Operacional: Preparação e medição reprodutíveis, livres de oxigênio, em diferentes tipos de amostras.
- Valor Estratégico: Decisões informadas de prosseguir ou não com base nos componentes fotofísicos resolvidos.
- Impacto no Portfólio: Priorização ajustada ao risco de emissores com potencial de emissão de longa duração verificado.
Considerações de Implementação
- Experiência em técnicas de medição fotofísicas e procedimentos de manipulação a vácuo.
- Instrumentação incluindo sistemas a laser pulsado, câmeras iCCD e monocromadores para resolução espectral.
- Padronização entre equipes dos protocolos de desgaseificação para garantir remoção consistente de oxigênio.
- Considerações de adaptação para diferentes matrizes de amostra (sólidos, líquidos, polímeros) e comprimentos de onda de excitação.
- Limitações práticas incluem restrições na sensibilidade espectral do detector e nos comprimentos de onda do laser necessários (532 nm, 355 nm, 337 nm, 266 nm).
