Техническое руководство по проведению спектроскопических измерений на металлоорганических каркасах

Часто измерение того, как свет взаимодействует с металлическими органическими каркасами, или MOF, затруднено из-за их сильно рассеивающей природы. Этот протокол представляет собой простое и эффективное руководство по подготовке измеримых образцов для высокопроницательных спектроскопических методов. Процедура основана на предыдущих системах с использованием коллоидных полупроводников, стабилизированных полимерами.

Так, его можно применять к различным системам, требующим суспензии материалов. Самая большая проблема с процедурой заключается в том, что ее необходимо настроить на тип MOF. Наилучший подход заключается в систематической проверке переменных этой процедуры для MOF.

Начинают с приготовления суспензии свободного основания PCN 222, содержащей бис-аминоконцевый полиэтиленгликоль, или аминированный ПЭГ, в подходящем растворителе. Используя ультразвуковой аппарат с наконечником, обрабатывайте суспензию ультразвуком в течение двух-пяти минут с амплитудой от 20 до 30% с интервалами в две секунды и две секунды в выключение. Обеспечьте надлежащую дисперсию и однородность суспензии после обработки ультразвуком.

Наберите суспензию в свежий пластиковый шприц объемом 10 миллилитров. Извлеките иглу шприца и замените ее сетчатым шприцевым фильтром из политетрафторэтилена или ПТФЭ толщиной 200 нанометров. Пропустите суспензию металлического органического каркаса или MOF через фильтр шприца в новый чистый флакон.

Чтобы уменьшить размер пятна луча, попав в двухмиллиметровую кювету, установили телескоп Галилея сначала с вогнутой линзой, или CCL, а затем с выпуклой линзой, или CVL, попадающей в лазер. Убедитесь, что расстояние между двумя линзами примерно равно разнице между двумя фокусными расстояниями объективов. Откройте затворы лазера и зонда и замените первую дверцу для монтажа образца, SM один, на вторую дверцу для монтажа образца, SM два.

И поместите карточку для заметок в два зажимных крепления SM таким образом, чтобы ее ориентация была полностью обращена к лучу зонда. Затем установите серию из трех мини-зеркал под названием MM один, два, три. Направьте входящий лазерный луч, приблизительно отрегулировав поворотные ручки на кинематическом креплении P three по центру MM one.

Чтобы свести к минимуму расширение лазерного луча от зеркала к зеркалу, поместите ММ два перед ММ один, чтобы уменьшить угол отражения между двумя зеркалами. Когда луч попадет примерно в центр ММ один, поверните ММ один так, чтобы отраженный лазерный луч попал в ММ два в центре. Точно так же, когда луч попадает в центр ММ два, поверните его так, чтобы отраженный лазерный луч попадал в ММ три в центре.

Когда луч попадет примерно в центр ММ три, поверните ММ три, чтобы отраженный лазерный луч попал на карту заметок о выравнивании в том же месте, что и луч зонда. Используя вертикальные и горизонтальные ручки на зеркалах, точно настройте положение лазерного луча на каждом зеркале и карточке для заметок, гарантируя, что луч практически не будет отсечен на всем своем пути. Повторите выравнивание луча, как показано ранее, используя двухмиллиметровую кювету с внутренним соединением 14 на 20 или двойку SC и резиновую перегородку 14 на 20.

Вставьте образец в зажимное крепление для образца или SM два, полностью обращенное к траектории луча зонда. Затем точно настройте положение лазерного луча на каждом зеркале и SM два, с помощью вертикальных и горизонтальных ручек на зеркалах. С помощью низкопрофильной мешалки умеренно перемешайте образец и выполните измерения переходного поглощения или ТА.

Чтобы выровнять пучки насоса и зонда для сверхбыстрого переходного поглощения или сверхбыстрых измерений ТА, сначала приготовьте раствор хромофора без продувки. Включите сверхбыстрый источник лазерной накачки и спектрометр. Откройте программное обеспечение оптического параметрического усилителя и установите для него желаемую длину волны возбуждения.

Откройте программное обеспечение сверхбыстрого спектрометра TA и выберите окно зонда. Поместите стандартную кювету в держатель образца на одной линии с пучком зонда. Отрегулируйте мощность источника насоса с помощью нейтральной плотности или колеса нейтрального фильтра, чтобы при необходимости увидеть луч насоса.

Положите белую карточку для заметок на сторону кюветы, обращенную к насосу и лучу зонда. Отрегулируйте место насоса на карточке для заметок с помощью поворотных ручек на кинематическом креплении так, чтобы по вертикали оно находилось на той же высоте, что и пучок датчика, а по горизонтали - в пределах одного или двух миллиметров рядом с лучом датчика. Без карточки для заметок выполните точную настройку положения пучка накачки для получения самого высокого спектрального сигнала ТА.

Выровняв лучи накачки и зонда, замените держатель ячейки для образцов установленным колесом с отверстием от 2000 тысяч до 25 микрон в фокусе лазерного луча. Убедитесь, что колесо точечного отверстия находится близко, если не точно, перпендикулярно траектории лазерного луча. Установите колесо точечного отверстия так, чтобы лазерный луч проходил через точечное отверстие размером 2000 микрон.

Затем установите детектор, прикрепленный к измерителю мощности, близко к другой стороне колеса точечного отверстия так, чтобы весь лазерный луч попадал на детектор. Вращайте колесо до меньших размеров, измеряя мощность при каждом размере, чтобы определить размер пятна луча. Чтобы выполнить линейную проверку характеристик мощности, после того, как лучи насоса и зонда выровнены и образец MOF перемешивается в держателе образца, измерьте и запишите среднюю мощность насоса с помощью измерителя мощности, прикрепленного к детектору на пути луча насоса.

Снимите датчик с траектории луча. В режиме просмотра в реальном времени запишите дельта-сигнал OD образца MOF в разных точках спектра TA сразу после ответа ЛЧМ примерно на две-три пикосекунды. Постройте график записанных точек данных в зависимости от дельта-OD и мощности инцидента в программном обеспечении для анализа данных.

Если есть линейная силовая характеристика, результирующий график образует прямую линию с Y-пересечением на нуле. Если есть нелинейная силовая характеристика, как и ожидалось, обычно наблюдаются значительные отклонения от линейной кривой. При сравнении электронного спектра поглощения свободного основания PCN 222 с амиминированным ПЭГ спектр PCN 222 без амиминированного ПЭГ и фильтрации показал более широкий электронный переход и значительный базовый разброс.

Без использования аминалитого колышка спектры возбуждения и излучения свободного основания PCN 222 и линкера H2TCPP в ДМФ выровнялись достаточно хорошо. Различия в времени жизни излучения были связаны с гашением переноса энергии протеинированных и протеинированных линкеров H2TCPP. Спектры ТА свободной базы PCN 222 без аминированного ПЭГ сразу после возбуждения полосы сортировки на 415 нанометрах показали значительное рассеяние, в результате чего спектр ТА становился все более отрицательным с уменьшением длины волны.

Это резко контрастировало со спектром H2TCPP в растворе. Кинетика H2TCPP и свободной базы PCN 222 без аминированного ПЭГ также резко отличалась. Тем не менее, спектр свободной базы PCN 222 с амиминированным ПЭГ и его время жизни намного лучше совпадали со спектром H2TCPP TA.

Сверхбыстрый спектр ТА свободной базы PCN 222 с амиминированным ПЭГ напоминал спектр линкера в растворе, демонстрируя отбеливатель основного состояния на расстоянии около 420 нанометров и поглощение возбужденного состояния по обе стороны отбеливателя. Все эти наблюдения показали, что наблюдаемый сигнал исходил от MOF, а не из-за рассеяния. Крайне важно измерить спектры и кинетику сольватированного линкера MOF, чтобы понять, чего ожидать при исследовании спектров и кинетики самого MOF.

Этот метод позволяет исследователям по-настоящему сосредоточиться на понимании поведения образца при воздействии света, вместо того, чтобы выяснять способы адекватной подготовки образца к измерениям.