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Chemistry

시간 해결 Photophysical 특성화 Triplet 수확 유기 화합물은 산소가 없는 환경을 사용 하 여는 iCCD 카메라

doi: 10.3791/56614 Published: December 27, 2018

Summary

여기, 우리는 산소가 없는 조건에서 나노초 밀리초 날짜 표시줄에 시간 해결 photoluminescence 분광학에 의하여 유기 분자의 분 광 특성의 방법 제시. 또한 효율적으로 샘플에서 산소를 제거 하 고, 따라서, 발광 냉각 제한 하는 방법은 설명 합니다.

Abstract

여기, 우리는 수집의 합리적인 방법과 시간 해결 photoluminescence iCCD 초고속 카메라를 사용 하 여 분석 제시. 이 시스템은 photoluminescence 스펙트럼에서 0.1까지 나노초 시간 정권 취재의 인수 수 있습니다 s. 이 강도 (부패)에 시간이 지남에 따라 방출 스펙트럼의 변화에 따라 수 있습니다. 이 방법을 사용 하 여, 그것은 다양 한 photophysical 현상, 인광의 방출 등을 공부 하 고 열을 보여주는 분자에 신속 하 고 지연 된 형광의 기부 활성화 지연된 형광 (TADF). 놀랍게도, 모든 스펙트럼 그리고 부패 한다 단일 실험에서 얻어진 다. 이 솔리드 (박막, 분말, 크리스탈) 및 액체 샘플 할 수 있습니다 유일한 제한 되는 카메라와 여기 파장의 스펙트럼 감도 (532 nm, 355 nm, 337 nm, 그리고 266 nm). 이 기술은 이다, 따라서, 유기 발광 다이오드 및 수확 triplet 파라마운트 중요성의 다른 지역에 그들의 응용 프로그램에 대 한 유기 방출 상태 역학 조사 때 매우 중요 하다. Triplet 상태는 강력 하 게 산소, 효율적인 TADF 발광으로 미터 또는 실 온 인광 (RTP)을 보여주는 그 래, 이후 솔루션 및 영화에서 용 존된 산소를 제거 하기 위해 올바르게 준비 해야 합니다. 그렇지 않으면, 더 긴 방출 관찰 됩니다. 이 작품에 제시 된으로 고체 샘플을 degassing의 방법은 기본 및 간단한, 하지만 액체 샘플의 기체 제거 추가 어려움 만들고 특히 흥미롭습니다. 용 제 손실 최소화 하 고 여전히 매우 효율적이 고 반복 가능한 방식으로에서 산소를 제거 하면서 샘플 농도 변경 하는 방법이이 작품에 표시 됩니다.

Introduction

시간 해결 분광학 유기 발광 다이오드 (OLED)1,2,3의 응용 프로그램에 대 한 새로운 자료의 연구에 필수적인 도구입니다. 이 기술은 OLED 미터 [, 열 활성화 지연된 형광 (TADF)4,,56,7, 의 최신 세대를 위해 특히 중요 하다 8 또는 인광9,,1011 분자] photoluminescence 처리 (초)까지 광범위 한 날짜 표시줄에서 관찰할 수 있습니다. 흥미롭게도, 이러한 기술은 적절 한 시간 정권12,13이상 장치에서 기본 조사를 또한 사용할 수 있습니다. 위에서 설명한 방법, photoluminescence 신호 감퇴 일생, 모양 및 방출 스펙트럼 및 온도 또는 다른 요인의 의존의 에너지 등을 포함 하는 다음 시간에 따라 속성에 일반적으로 집중 된다.

전반적으로, 시간 해결 분광학의 가장 인기 있는 방법은 시간 상관 단일 광자 계수 (TCSPC) 또는 멀티 채널 TCSPC 등의 수정 이다. 이 메서드는 나노초 날짜 표시줄에 일반적으로 매우 높은 정확도와 빠른 자연 붕괴를 따라 특히 적합 합니다. 그러나, 그것은 쉬운 방법에서 photoluminescence 스펙트럼의 변화에 따라 허용 하지 않는 중요 한 단점은 있다. 이 행진 카메라14,15를 사용 하 여 확인 됩니다. 그러나, 두 방법 모두 수명이 긴 발광 자연 붕괴에 따라 적합 하지 않습니다. 이 경우에, 시간 문이 메서드 및 다중 채널 스케일링 선거의 방법이 있습니다.

이 작품에서는, 우리 토론 0.1-최대 나노초 미만에서 시간 범위에 photoluminescence 신호의 시간 문이 인수 1에에서 s 실험16,,1718. 또한, 스펙트럼의 질은 높은 인 우수 (iCCD 카메라)를 사용 하는 검출기의 감도. 방출 스펙트럼에서 아주 좋은 변화의 관찰 및 세부 사항에, 종 흥분된의 방출 한 분자 시스템에 식별 상태 역학 조사 수 있습니다. 이 장비의 다양성 여러 최근 간행물19,20,21,22,23,,2425 에 의해 확인 되었습니다. , 26. 여기 소스는 10 Hz 반복 속도, 고조파의 집합을 제공 하는 어느 nd: yag 레이저 (266 nm, 355 nm와 532 nm) 또는 질소 레이저 (337 nm) 1-30 Hz 사이 변하기 쉬운 반복 비율의.

ICCD 카메라의 작동 원리는 들어오는 빛을 강렬 하 게 뿐만 아니라 또한 셔터 (게이트)로 작동 영상 중 배관을 기반으로 합니다. 증 압 기 구성 특정 스펙트럼 범위에 민감한 광 음극 [, 자외선 (UV), 표시, 레드, 그리고 근처-적외선 (NIR)], 마이크로 채널 격판덮개 (MCP), 그리고 한 인. 광 음극을 변경 하 여 특정 사용 카메라 적응 가능 하다. 광 음극은 MCP에 곱한 다음 광자를 생성 하는 인광 체 스크린을 명 중 하는 photoelectrons로 들어오는 광자를 변환 합니다. 렌즈의 시스템을 통해 이러한 광자, CCD 칩에 초점을 맞추고 있다 고 전기 신호로 변환 됩니다. 자세한 내용은 제조업체의 웹 페이지27를 참조 하십시오.

1에서 방출 스펙트럼 범위에 걸쳐 수집 하 충분 한 신호 대 잡음 비율, 100 ms에 ns는 통합 (노출) 시간이 증가 기 하 급수적으로 기 하 급수적으로 증가 하는 시간 지연을 함께 합니다. 이것은 대부분의 시스템에서 지 수 법칙을 따르는 photoluminescence 감퇴의 속성에 의해 결정 됩니다.

여기 설명 하는 방법은 몇 가지 샘플 크기와 형태, 고르지 않은 표면, 분말, 또는 작은 결정19포함에 적용할 수 있습니다. 샘플 홀더는 쉽게 표준 및 생성 큐 벳 또는 흐름 큐 벳을 포함 하 여 다른 큐 벳을 지원 하기 위해 적응. Photoluminescence 350-750 nm의 범위에서 모든 샘플이이 장비에 의해 조사 될 수 있다. 시스템은 또한 갖춘 액체 질소 cryostat 77 K와 닫 히 주기 헬륨 cryostat 15 공화국으로 고체 시료의 측정을 수행 고체와 액체 샘플의 온도 따라 측정을 수행 TADF와 인광 같은 같은 현상을 공부 하 고 있습니다. 요약 하자면, 어떤 화합물 또는 어떤 종류의 예제는 지정 된 지역 및 시간 범위에 photoluminescence 방출 하 고는 여기 레이저 빛을 흡수이 장비에 조사 수 있습니다.

분자 산소의 제거와 수명이 긴 배출 분자의 photophysics의 조사에서 특히 중요 한 문제입니다. 따라서, 생성 예제 (솔루션 및 필름)의 실험적인 절차 또한 여기에 설명 되어 있습니다. 산소에 의해 냉각 긴 발광에 영향을 미치는 고 지연된 형광과 인광의 수사에 중요 한 문제 이다. 그러나,이 냉각 효과 또한 용이 하 게 렛의 기여의 조사 전체 발광 상태를 흥분. 이것은 공기 포화 조건17,23degassed 솔루션/영화 photoluminescence 강도 비율 측정 차지 했다. 삼중 항 산소 래는,으로 기체 제거 공기 방출 비율 있는 장 명 배출 (그래서 지연 형광 또는 인광)에 대 한 책임은 수명이 긴 국가의 기여에 대 한 직접적인 정보를 제공 합니다. 이 유기 TADF 미터에 삼 인승 대형의 수확량에 대 한 정보를 추출 하 사용할 수 있습니다. 분자 산소를 biradical로 렛 바닥 상태에 존재합니다. Ca의 에너지 흡수 시 1 eV, 삼중 항 산소는 내의 변화를 겪 습 흥분 상태. 일반적으로, 흥분된 상태 분자 내의 삼 인승 이상-1 eV의 에너지를 있다. 이 에너지는 충돌 시 산소에 따라서 전송할 수 있습니다. 그 결과, 분자 접지 상태로 반환 하거나 intersystem 교차점을 겪 습.

솔루션 degassing의 가장 인기 있는 방법 중 하나 산소 함유량, 일반적으로 매우 순수한 질소 또는 아르곤 중립 가스 그들을 버블링입니다. 이 기술은 다른 연구 영역 (, 전기 화학 또는 photophysics)28,29,,3031에 매우 도움이 됩니다. 그러나, 이것은 간단한 절차 이며 심지어 대부분의 목적에 대 한 효과적인, 단순히 중립 가스 솔루션을 제거 하지 항상 동안 미 량의 산소를 제거 하는 것으로 서 가장 적절 한 방법으로 불가능 거의이 방법으로 합니다. 또한, 심한 용 손실 변화 연구 샘플의 농도에 발생할 수 있습니다 그것의 변동으로 인해 발생할 수 있습니다. 그러나,이 솔루션에 사용 되는 용 매와 가스의 포화에 의해 막을 수 있습니다.

여기에 설명 된 기술은 다른 원리를 기반으로 합니다. 그것은 최소 용 매 손실을 줄일 수 있도록 하 고 산소 제거의 반복 레벨을 제공 한다. 기술은 특별 한, 일반적으로 집에서 만든 생성 큐 벳을 발광 신호-의 수집에 대 한 석 영 셀을 구성 된 형광 또는 인광-및 동결/고정 취소에 대 한 구형 모양과 밸브 작은 유리 플라스 크를 해야 합니다. 기체 제거 동결/고정 취소 사이클을 반복에서 수행 됩니다. 산소 추출 플라스 크 구획, 샘플은 진공 상태에서 수행 되 고 샘플 고정 시키는 진공 밸브 폐쇄-이 기간 동안 실내 온도에, equilibrate 샘플 이어서 동안 발생 솔루션 녹는, 그리고 액체 단계에 녹아 있는 산소는 해제 됩니다. 이 필요는 베트를 사용 하 여 일반 로타리 진공 펌프, 액체 질소 소스 자체 냉각 합니다. 용 제, 톨루엔, 에탄올, methylcyclohexane, 2-methyltetrahydrofuran 낮은 녹는점의 선호 그의 다양 한 메서드를 사용할 수 있습니다. 이 기술을 사용 하 여 솔루션을 degassing 빠르고, 효율적, 안정적 이다.

그림 1 구성표와 TADF 및 RTP 발광 유기 분자에서 생성 하는 방법을 보여 줍니다. 신속한 형광, 지연된 형광 및 인광 모두 기록할 수 있습니다 동일한 측정 설치. 이 기법으로 발광 자연 붕괴 뿐만 아니라 방출 스펙트럼 시간 해결 기록할 수 있습니다. 분자 시스템의 특성 및 RTP 및 TADF 미터의 손쉬운 식별 수 있습니다. 그림 3 에서 알 수 있듯이, TADF 미터 일반적으로 나타납니다 동일한 방출 스펙트럼 전체 감퇴 동안 동안 RTP 미터에서는 짧은 형광과는 다른 수명이 긴 인광 방출 스펙트럼.

Protocol

참고: 이들은 수명이 긴 발광 측정 샘플 degassing의 절차를 포함 하 여 실 온에서 산소가 없는 조건에서 단일 시간 해결을 수행 하기 위해 지침입니다. 텍스트 설명 고체 또는 액체 샘플에 대 한 프로토콜 하 고, 대부분의 단계는 두 경우 모두 동일 하기 때문에, 두 유형 중 하나에 적용 되는 프로토콜의 단계 "영화" 또는 "솔루션"으로 표시 됩니다. 샘플 및 프로토콜에 사용 하는 영화; 어떤 종류의 수 있습니다. 따라서, 샘플 준비 또는 콘텐츠 관련성이 있다 고 공개 하지 않습니다.

주의: 유기 용 제 처리는 위험을 선물 한다. 그들을 사용 하기 전에 재료 안전 데이터 시트 (MSDS)를 참조 하십시오. 용 매와 모든 작업은 작업 연기 찬에서 수행 되어야 합니다. 액체 질소 사용 적절 한 개인 보호 장비 (PPE), 그것을 처리할 때 얼굴과 손을 보호 (마스크, 장갑)을 포함 하는 것이 중요 하다 그래서, 위험을 선물 한다. 증발, 시 액체 질소의 볼륨; 600-fold 증가 겪 습. 따라서, 결코 완전히 닫힌된 용기에 액체 질소를 처리 합니다. 대신, 적절 한 Dewar 플라스 크를 사용 하 여. 진공, 파열의 위험이 있으므로 아래 유리 장비 작업 시 눈/얼굴 보호를 착용 하십시오. 가장 향기로운 분자, 그리고 특히 그 새로 합성, 현재 알려진 또는 알 수 없는 건강 위험. 표준 실험실 PPE 및 절차를 사용 하 여 재료와 접촉을 피하기 위해. 클래스 4 레이저 프로토콜에 사용 됩니다. 레이저 사용은 위험 및 적당 한 훈련 필요 합니다. 보호 장비 (, 고글) 취재 레이저 방출의 괴기 한 지구는 항상 착용 해야 합니다.

1. 기체 제거 샘플

  1. 기체 제거 솔루션
    1. 약 10-5 M 주어진된 발광 화합물의 (, 복잡 한 인광 금속 또는 TADF 미터) (, 톨루엔, methylcyclohexane, 에탄올,) 선택 된 용 매에의 한 솔루션의 4 mL를 준비 합니다.
      참고:이 프로토콜을 위해 우리 사용 3,11 di(10H-phenothiazin-10-yl)[a,]dibenzo phenazine 미터에 methylcyclohexane 용 매로 용 해로.
    2. 생성 베트로 솔루션 (4 mL)를 부 어와 밸브를 닫습니다.
    3. 표준 spectrofluorometer를 사용 하 여 공기 포화 솔루션의 photoluminescence 스펙트럼을 기록 합니다. 시간 확인 실험에서 동일한 여기 파장을 사용 합니다.
      참고: 여기, 355 nm 사용 됩니다.
      참고: 기록 photoluminescence 스펙트럼 파장 범위 365에서 800 nm nm. 형광 정상적인 형광 베트에 이전에 녹음 된 것을 확인 하십시오.
    4. 생성 멧의 입구 목에 진공 펌프를 연결 합니다.
    5. 멧의 입구 목 누른 천천히 액체 질소에는 베트를 넣어. 그것은 때때로, 액체 질소에는 베트는 흔들. 전체 솔루션은 고정 되도록는 베트 체크 라운드 플라스 크를 흔들어.
    6. 진공 펌프를 켜고 입구 밸브를 엽니다. 냉동 솔루션, 진공 대 한 유지 10 분 가까이 유입 밸브와 진공 펌프를 해제.
    7. 천천히 소 프로 파 놀에는 베트를 놓습니다. 용 매는 녹을 때까지 때때로 베트를 흔들어. 경우에 degassing 성공 했다, 솔루션에서 나오는 공기 거품의 형태로, 첫 번째 사이클에 따라 관찰 해야.
      참고: 용 매 손실 솔루션 젖는 베트의 내부 벽으로 인해 첫 번째 동결/고정 취소 주기에서 주로 발생 합니다. 냉동 용 플라스 크 밖 어떤 솔루션 때문 여전히 실 온에서 보이는 변동성을 보여 줍니다. Degassing degassed-에-공기-포화 계수를 기록 하기 위해 수행 됩니다, 최상의 방법은 솔루션에서 얻은 공기 포화 솔루션 기체 제거 후 이전 degassed photoluminescence 농도 비교입니다. 입구 밸브를 열고 몇 분 동안 해결책을 교 반 다시 공기 포화 솔루션을 줄 것 이다.
    8. 단계 1.1.5-1.1.7 사용 용 매에 따라 3-5 x 모두 반복 합니다.
    9. 물 목욕을 사용 하 여 실내 온도에 베트에 솔루션을 데 우 십시오 또는 equilibrate를 온도 대 한 대기.
    10. 1.1.3 단계 에서처럼 degassed 솔루션의 photoluminescence 스펙트럼을 기록 합니다.
      참고:이 단계는 성공적인 degassing 보장는 photoluminescence 변경 기체 제거 시 관찰 된 경우 확인 하 고. Degassed-에-공기-포화 계수, 기록 하는 경우를 참조 하십시오 참고 단계 1.1.7 후.
  2. 단단한 필름 기체 제거
    1. 샘플 홀더에서 크기 피팅 기판에 미리 준비 된 영화를 놓고 그것을 단단히 조이고. 전형적인 샘플은도 핑된 폴리머 필름 [, 폴 리 (메 틸 메타 크리 레이트), 씨클로 올레 핀 폴리머) < 0.5 m m 두께, 12 x 1 m m의 석 영 디스크 기판에 입금.
      참고:이 프로토콜을 위해 3,11 di(10H-phenothiazin-10-yl) dibenzo[a,]phenazine (1 %w / w)의 영화 쿠 올레 핀 폴리머에서 첨가 사용 됩니다. 주어진 디스크 기판에 이러한 샘플을 준비 하려면 톨루엔 (100mg/mL)에 폴리머 솔루션의 10 밀리 그램을 사용 하 고 톨루엔 용액 (1mg/mL)에 발광 화합물의 0.1 밀리 그램 그들을 혼합. 드라이 필름 90 ° C에서 30 분 동안, 또는 시간의 동일한 금액에 대 한 샘플 배치 회전 펌프 진공 (10-3 -10-2 mbar)에서 실내 온도에.
    2. 진공 덮개와 홀더 커버, 레이저 빔과 collimating 렌즈에 직면 하고있다 윈도우를 보장 합니다. 배기 밸브를 폐쇄 하 여 덮개를 고정 하 고 거친 진공 펌프를 켭니다.
    3. 표본 공간에서 압력 10-1 mbar 이르면 터보 분자 펌프를 켭니다. 철저 하 게 샘플을 드 하려면 1 시간 30 분을 기다립니다.
      참고: 생성에 사용 하는 샘플에 따라 달라 집니다. 두꺼운 폴리머 샘플 드 하는 데 시간이 오래 걸릴 수 있습니다. 샘플 degassed는 조건을 찾기 위해 (fluorometer)와 정상 상태 실험을 수행할 때 샘플을 드 하는 데 걸리는 시간을 지적 하는 것이 좋습니다. 강도에 더 많은 변경 관찰 하는 순간부터 시간이 지남에 방출 강도 모니터링 하는 것은 완전히 샘플 드 하는 데 필요한 시간의 측정으로 사용할 수 있습니다.

2. 장비 및 실험 설정에 돌고

  1. 레이저에
    1. 레이저 시스템을 켭니다.
    2. 펌프 출력을 조정 하 고 따뜻하게 하는 빔 안정화 약 30 분을 기다립니다.
    3. 전력 측정기를 사용 하 여 레이저 fluence를 측정 합니다. 독서는 펄스 (최대 펄스 에너지) 당 약 100 µJ 이어야 한다. 필요한 경우 레이저 펄스 에너지를 조정 하 고 필요한 경우 지정된 된 수준에 여기 펄스 에너지 조정 중립 밀도 필터를 사용.
      참고: 샘플 손상을 방지 하 고 사용자의 안전에 대 한 레이저 펄스 에너지 넘지 말아야 한다 일반적인 실험에서 펄스 당 100 µJ. 샘플의 photoluminescence 매우 밝은 경우에, 발견자 포화 되지 그래서 레이저 파워를 줄일 수 있습니다.
  2. 장비 설정
    1. 측정 시스템을 켭니다.
      참고: 측정 시스템 (위에서 설명한) 레이저, iCCD 카메라, 분 광 기, 그리고 컴퓨터를 구성 하 고 이러한 프로토콜의이 단계에서 설정 해야 합니다.
    2. 4 사양 소프트웨어 및 분석기 제어 프로그램을 켭니다. 측정 매개 변수 (, 분 슬릿 폭, 파장 범위 및 수집된 검사의 수)를 설정 합니다.
    3. 카메라의 제어 설정에 액세스 하려면 창 선택 | 카메라. 카메라는이 시간으로 설정 되어 있는지 확인 합니다. 소프트웨어는 카메라와 함께 지금 연결합니다. 지연 및 0 시간 매개 변수에 대 한 통합 시간 설정: 981 지연 및 10의 ns ns 통합 시간. 이러한 매개 변수 측정 설정 정렬 됩니다 확인 하려면 다음 사용할 수 있습니다. 수학에 대 한 트리거를 설정 합니다. 다음, 그것을 보내기 버튼으로 카메라를 매개 변수를 보냅니다.
      1. 검색 순서를 설정 | Exp 당 검색. 100, 100 프레임 기록 됩니다 나타내는 (100 레이저의 사용 되는 펄스) 주어진 지연 및 문 시간에 한 스펙트럼을 생산 하. 창을 사용 하 여 | 카메라 제어, 세트는 MCP 850 V 전압 이득. 주어진된 매개 변수와 함께 사용 파장 범위는 대략 400-700 nm (에 따라 현재 교정).
    4. 초기화는 단색을 스펙트럼 범위와 샘플의 방출의 강도를 적절 한 슬릿과 단색 위치/격자를 설정 합니다.
      1. 1, 고 1 축 입구 분석기 위치 650, 포 탑을 설정 합니다. Enter 키를 누릅니다을 다음 실행을 클릭 합니다. 명령을 성공적으로 전송 되었습니다 나타냅니다는 분석기 실행 되 고 있는지 확인 합니다.
    5. 선택 된 파장 범위에 대 한 시스템 보정. 이렇게 미리 준비 된 교정 파일을 사용 하 여. 파일을 클릭 | 부하 보정 곡선 4 사양 프로그램에 적절 한 교정 파일을 선택 하십시오. 파일이 로드 되 면 보정이 이루어집니다.
      참고: 사용이 분석기 위치 650에 대 한 교정 파일.
      1. 지연 시간 및 해당 통합 시간 측정 중 스펙트럼을 수집 하는 데 사용의 세트를 준비 합니다.
      2. 소프트웨어에서 설정 하는 모든 지연 시간 제로 시간과 실제 지연 시간 합계 것으로 제로 시간을 기억 하십시오. 0, 10,..., 그리고 90 시간 지연에 대 한 ns, 사용 10 ns 통합 시간. 100, 200,..., 그리고 900 시간 지연에 대 한 ns, 사용 100 ns 통합 시간. 1, 2,..., 9 µs, 사용 1 µs 통합 시간 시간 지연에 대 한 그리고 마지막으로, 10, 시간 지연에 대 한 20,... 90 µs, 10 µs 통합 시간을 사용 합니다. 이 레이저 펄스에 의해 규정 100 밀리초 시간 창까지 연장 될 수 있습니다 하지만이 지역 프로토콜에 사용 되지 않습니다.
  3. 샘플 배치
    1. 솔루션 배치
      1. 멧 홀더 샘플 영역에 맞게 또는 온도 제어가 필요한 경우는 cryostat에 베트를 맞는.
        참고: 온도 따른 연구에 사용 되는 생성 베트를 사용 하 여 큐 벳 설명한 단계 1.1, 하지만 크기는 cryostat 맞게 조정 degassing의 사용에 비슷합니다.
      2. 홀더에 생성 멧을 놓고 안전한 실험실을 사용 하 여 서.
      3. 확인, photoluminescence의 주의 관찰에 의해 레이저 빔은 베트 안타.
      4. 감지기에 의해 기록 되 고 어떤 방에 빛을 방지 하 고 레이저 산란의 위험을 줄이기 위해 샘플 단위를 커버.
    2. 영화를 배치
      1. 샘플 영역에서 cryostat 장소입니다. 1.2 단계에서 계속 합니다.
      2. 확인, photoluminescence의 주의 관찰에 의해 레이저 빔 샘플 안타. 필요한 경우는 빔 경로 또는 cryostat 위치를 조정 합니다.
      3. 샘플 단위 감지기에 의해 기록 되 고 어떤 방에 빛을 방지 하 고 레이저 산란을 감소 커버.
  4. 샘플 및 레이저 빔 경로 정렬
    1. 셔터와 함께 레이저 빔 경로 커버 하 고 단일 배경 (Ctrl + D)를 실행 합니다.
    2. 빔 경로 폭로 하 고 스펙트럼 (Ctrl + R)를 기록 합니다.
    3. (영화에만) 방출은 카메라 이미지의 세로 크기 중간 이어야 한다. 그렇지 않은 경우에 수직 방향으로 레이저 빔 위치/샘플 위치를 조정.
    4. (영화에만) 2.4.2-2.4.3 단계를 반복 하 여 방출 조정 됩니다.
    5. 스펙트럼 이미지의 가로 치수에 맞지 않는 경우 그에 따라 단색 위치를 조정 합니다. 적절 한 교정 커브를 사용 하 여 새 단색 위치에 대 한.
      참고: 보정이 이루어집니다 (날카로운 봉우리)으로 넓은 방출 범위와 표준 Hg-아칸소 교정 램프를 사용 하 여 UV에서 NIR에. 램프의 스펙트럼은 지정 된 단색 위치에 기록 그리고, 카메라 소프트웨어를 사용 하 여 픽셀 위치로 변환 되는 파장, 교정 램프 피크 위치 알려져 있습니다.
    6. 최대 방출 강도 10 보다 작으면6MCP 이득 전압을 증가 하거나 단색 슬릿을 확대. 검출기의 채도 스펙트럼 맥시 마의 또는 이미지에서 아티팩트 모양을 변형으로 관찰 된다. 이 관찰 되는 경우 레이저 전원, MCP 이득 전압 또는 단색 슬릿을 줄일 수 있습니다.
      참고: 검출기를 흠뻑 젖 게 피해 야 한다,이 MCP를 손상 시킬 수 있습니다. 신호 강도 자리 레이저 광선의 크기를 조정 하 여 또한 통제 될 수 있다. 레이저 빔 강도 또한 중립 밀도 필터를 사용 하 여 줄일 수 있습니다.
    7. 최적화 시스템을 사용할 준비가입니다.
  5. 실험 설정
    1. 셔터를 사용 하 여 레이저 경로 커버.
    2. Ctrl + D 단축키를 사용 하 여 배경 방출을 측정 합니다.
    3. 자동 측정 스크립트를 열고 실험 파일의 이름 텍스트 상자에 입력 합니다. Enter 및 실험 파일의 시작 줄을 입력 합니다. Enter 키를 다시 및 실험 파일의 마지막 줄을 입력 합니다. 그런 다음 스크립트를 실행 하려면 끝에 Enter 를 누릅니다. 자동 스크립트 파일에 주어진 다른 지연 시간 집합에 방출의 측정을 허용 합니다.
    4. 완료 되 면, 한 스펙트럼 및 규모를 선택 합니다. 파일을 클릭 하 여 파일에 스펙트럼을 수출 | 수출 | 텍스트로 curve(s) 이름 및 디렉터리를 선택 하십시오. 결과 이제 적절 한 소프트웨어에 의해 처리 될 준비가.

3. 마무리는 실험

  1. 모든 계획 된 실험을 모두 반대 순서로 진행으로 그것 설정 장비를 해제 합니다.
  2. (영화에만) cryostat에서 샘플을 제거 합니다.
    1. 배기 밸브를 열고, 클램프, 놓고 진공 공기 흐름판을 제거.
    2. 샘플 홀더에서 샘플을 제거 합니다.
    3. 장소는 cryostat 돌아가기 진공 공기 흐름판을 분리 합니다.
  3. (솔루션만) 소유자에서 생성 베트를 제거 하 고 그것을 청소.
    주의: 연구소의 폐기물 관리 규칙에 따라 용 매 처리. 질소 산 부식성입니다. 그것을 사용할 때 주의. PPE를 사용 합니다. 작업 연기 찬 밑 에서만 작동 합니다.
    참고: 일반적인 청소 절차는 베트 종류 및 사용 입구 밸브. 일부 밸브를 분리 해서는 안; 따라서, 청소는 밸브를 제거 하지 않고 수행 되어야 합니다.
    1. 입구를 열고 밸브 및 솔루션의 처분.
    2. 아세톤, 모든 내부 벽을 씻어 돌과 멧 린스. 3 린스를 반복 하 여 x.
    3. 경우에 베트의 청결의 물으로 그것을 씻어 다음 그것을 채울 집중된 한 질소 산 (HNO3) 그리고 하룻밤 둬. 이온을 제거 된 물으로 씻어 그리고 그것을 건조 합니다.

Representative Results

톨루엔에 형광체 플래티넘 기반 솔루션의 Photoluminescence 스펙트럼 (그림 2)을 degassing 전후를 기록 했다. 공기 포화 솔루션은 거의 비-발광 degassed 솔루션 밝은 photoluminescence 보여줍니다 하는 동안. 그림 3 은 톨루엔 솔루션 (그림 3a) 및 80 K에서 기록 된 인광 스펙트럼과 같은 실험 (그림 3b)에 기록 된 시간 해결 스펙트럼에 TADF 미터의 감퇴 프로필 뿐만 아니라 한 고체 폴리머 호스트그림 3(c)와 시간 해결 스펙트럼에서 실내 온도 인광 분자의 감퇴 프로필 기록 같은 80 공화국에서 기록 된 인광 스펙트럼 (그림 3d) 실험에

그림 3 두 개의 다른 분자의 다른 샘플 양식 (솔루션 및 단단한 필름)에 기록 된 데이터의 두 세트를 선물 한다. 그림 3에서 두 시간 정권 구별 될 수 있다: ~ 100 아래 ns, 프롬프트 형광 붕괴 관찰, 최신 시간에서 그것은 관찰 되는 지연된 형광 붕괴. 그림 3b에서 볼 있듯이, 신속 하 고 지연 된 형광을 거의 연관 스펙트럼 겹칠 서로 예상 했던 대로,이 방출은 동일한 전자 상태에서 유래 하기 때문에. 낮은 온도에서 기록 된 인광 비교에 대 한 표시 됩니다. TADF 미터는 일반적으로 작은 내의 triplet 에너지 갭을; 있다 따라서, 인광 스펙트럼 형광에 가까운 매우 수 있습니다. 그림 3 c 실 온 인광 유기 분자의 부패를 보여줍니다. 자연 붕괴, 나타날 수 있지만 (그림 3d) 스펙트럼의 비교 확인 지연된 방출은 형광, 인광. 짧고 긴 시간 정권 사이 점의 부족 긴 방출 (, > 10 ms)는 특히 긴 수명을 하는 경우 일반적입니다. 이유는,이 시간 정권 프롬프트 형광은 이미 너무 약한 그것 이미 부패 했다, 하지만 수명이 긴 방출 시간 복사 평생 통합 보다 상당히 짧은 시간을 사용 하 여 통합 하는 경우는 아직 관찰 충분히 강한 감지. 룸에서 인광 스펙트럼 기록 하 고 낮은 온도 분자 쇼 rigidochromism로 크게 다르다.

그것은 실험만 까지의 9 수십 시간, 하지만 강도 또한 8-9 년간 강도와 방출 스펙트럼의 녹음 수를 주의 하는 가치가 있다. 스펙트럼은 부드럽고 좋은 품질의 있습니다.

Figure 1
그림 1 : Triplet 수확 분자 사이의 차이점을 보여주는 계획: 지연 (TADF) 형광 및 인광 (RTP). (온도 따라 측정에 의해 확장) 하는 경우 여기에 제시 된 프로토콜 이러한 분자를 조사 하 고 기록 그들의 키 속성에 사용할 수 있습니다. 참고: 일부 RTP 분자에 프롬프트 형광 수 있습니다 하지 관찰. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 2
그림 2 : Photoluminescence 스펙트럼 솔루션 기체 제거 후 photoluminescence 강도의 증가 보여주는. 그림은이 작품에서 제시 하는 프로토콜을 사용 하 여 백 금 기반 인광 metalocomplex의 톨루엔 솔루션 degassing의 효과 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 3
그림 3 : 대표적인 결과. ()이이 패널 톨루엔에 발광 감퇴의 TADF 미터의 과도 보여줍니다. (b)이이 패널 표시 패널 에서 같이 동일한 실험에 기록 된 대표 스펙트럼 인광 스펙트럼과 80에 기록 K. (c)이이 패널에서는 발광 감퇴 RTP 분자의 과도 쿠 올레 핀 중합체입니다. (d)이이 패널 패널 c, 낮은 온도 인광 스펙트럼 함께 에서처럼 동일한 실험에 기록 된 스펙트럼을 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 4
그림 4 : 측정 시스템의 개략도. Nd: yag 레이저 생산 제 3 고조파에 355 nm. 레이저 빛 빛의 일부를 흡수 하 고 방출 후 곧 photoluminescence 샘플을 했다. photoluminescence 조명을 그리고 어디 굴절 되었다 분 광 기에 집중 했다. 빛 다음 시간 영역에서 스펙트럼을 기록 사용 iCCD 카메라에 의해 기록 되었다. 고체와 액체 샘플의 구성을 note합니다 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 5
그림 5 : 실내 온도 측정에 사용 되는 생성 멧의 사진. 석 영 형광 세포, 유리 어 플라스 크, 그리고 밸브는 베트에 의하여 이루어져 있다. 모든 요소는 유리 튜브와 연결 됩니다. 참고는 베트 상업적으로 사용할 수 있는 항목이 아니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오. 

Figure 6
그림 6 : 일반 생성 베트와 낮은 온도 실험을 위해 사용 하는 베트의 비교. 낮은-온도 측정용 베트 정기적으로 한 매우 비슷합니다. 그러나, 그것은 액체 질소 cryostat의 크기에 맞게 긴 유리 튜브 장착 그리고 석 영 형광 셀 되어 석 영;의 한 조각 따라서, 그것은 넓은 온도 범위에서 온도 변화에 저항입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오. 

Discussion

솔루션을 degassing이 방법에서 가장 중요 한 포인트 중 하나입니다. 플라스틱 입구 밸브 쉽게 착용 되 고 시스템이 밀폐 되 고 중지 합니다. 의심 하는 경우에 설립 생성 인자 알려진 소재 베트를 확인 하는 것이 좋습니다. 큐 벳은 또한 깨지기 쉬운; 따라서, degassing 주의 하 여 수행 되어야 한다.

시스템은 일반적으로 펄스 nd: yag 레이저를 필요로, 레이저 단위의 적절 한 유지 보수는 정기적으로 수행 되어야 합니다. 펌핑 flashlamp 정기적으로 대체 되어야 하 고이 자격 갖춘된 기술자 또는 다른 경험 있는 사람에 의해 이루어져야만 한다.

레이저 필요로 30 분 워밍업, 그것은 샘플 기체 제거 하기 전에 레이저에 설정 하는 것이 좋습니다. 일단 샘플 degassed 레이저는 측정에 대 한 준비 되어야 합니다. 그러나, 영화에 대 한 생성 시간이이 장비를 사용 하 여 결정 하기가 어렵습니다. 따라서, 그것은 가치가 생성 시간을 추정 하는 기존의 fluorometer와 정상 상태 실험을 수행 하기 위해 (아래로 펌핑 시 photoluminescence 강도의 안정화).

짧은 방출 (, 그 누구의 형광 몇 나노초 내 부패)만 몇 스펙트럼 방출 붕괴 지속 시간의 짧은 기간으로 기록 될 것입니다. 이 경우에, TCSPC 또는 행진 카메라 훨씬 더 수행할 것. 다른 한편으로, 수명이 긴 미터 이상 100 밀리초 (, 인광) 동안 방출 하는 경우 문제가 될 수 있습니다. 효과적인 시간 창 확장, 이러한 경우에는 질소 레이저 사용 합니다. 이로써 1 hz 레이저의 반복 속도 줄이고 1 시간 창 확장 s.

여기에 표시 된 프로토콜 모범만 이며 새롭고 미숙한 사용자 전용입니다. 경험이 연산자는 다양 한 다른 방법으로 프로토콜을 수정할 수 있습니다. 저기 빨간색으로 카메라의 감도 확장 하려면 시스템 추가 개발 잠재력 및 (NIR) 소개에서 설명 했 듯이, 광 음극을 대체 하 여.

이 실험의 경우 데이터 분석은 ca를 제공 하는 각 실험 시간이 걸리는 일 이다. 100 스펙트럼입니다. 스펙트럼 발광 감퇴를 재구성 하기 위해 통합 시간으로 나눈 하 고 수시로 또한 다른 지연 시간에 스펙트럼의 분석을 촉진 하기 위하여 정규화 (최대, 표준, 또는 지역 정규화 분할). 분석, 중 스펙트럼 (, 점진적인 빨간색 이나 파란색 교대) 차이 되 보였다. 온도에서 측정을 수행 하는 경우 스펙트럼 지연된 형광 또는 인광, 또는 둘 다, 사용 온도 또는 시간 지연에 따라의 존재를 표시할 수 있습니다. 변이 부패 한다 그들의 각각 통합 시간 각 스펙트럼을 나눈 다음 시간 지연에 대 한 통합 된 발광 스펙트럼을 그려서 얻을 수 있습니다. Photoluminescence 과도 부패는 고 프롬프트 지연된 형광 또는 인광의 복사 수명 계산 하기 위하여 맞을 수 있다.

Disclosures

저자는 공개 없다.

Acknowledgments

이러한 결과 연구 EPSRC, EP/L02621X/1 및 유럽 연합의 지평선 2020 연구와 Marie Skłodowska 퀴리 부여 계약 번호 674990 (EXCILIGHT), 혁신 프로그램에서 자금을 받고 있다.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Degassing cuvette Not commercial product
Nd:YAG laser EKSPLA EKSPLA NL204-0.5K-TH
Gated iCCD camera Stanford Computer Optics 4Quick Edig
Spectrograph Horiba Instruments inc. TRIAX180
Liquid nitrogen cryostat Janis Research
Helium closed cycle cryostat Cryomech
Fluorolog fluorometer Jobin Yvon
Liquid nitrogen Technical
Cyclo olefin polymer Zeon Zeonex 480
Toluene ROMIL H771 Toluene SpS

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시간 해결 Photophysical 특성화 Triplet 수확 유기 화합물은 산소가 없는 환경을 사용 하 여는 iCCD 카메라
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Pander, P., Data, P., Dias, F. B. Time-resolved Photophysical Characterization of Triplet-harvesting Organic Compounds at an Oxygen-free Environment Using an iCCD Camera. J. Vis. Exp. (142), e56614, doi:10.3791/56614 (2018).More

Pander, P., Data, P., Dias, F. B. Time-resolved Photophysical Characterization of Triplet-harvesting Organic Compounds at an Oxygen-free Environment Using an iCCD Camera. J. Vis. Exp. (142), e56614, doi:10.3791/56614 (2018).

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