Ćwiczenie 4 Wyznaczanie wydajności wantowej emisji. Wpływ długości fali wzbudzenia oraz ształtu uweti i jej ustawienia na intensywność emisji i na udział filtru wewnętrznego. Zagadnienia: spetrosopia emisyjna, budowa i działanie spetrofluorymetru, widma emisji sorygowane i niesorygowane, czynnii wpływające na ształt i intensywność widm emisji, efet filtru wewnętrznego pierwszego rodzaju, wydajność wantowa emisji i metody jej wyznaczania, wyorzystanie spetrosopii absorpcyjnej w badaniach emisyjnych, diagram Jabłońsiego, procesy dezatywacji cząstecze ze stanów eletronowo wzbudzonych. Wstęp Badania emisyjne są niezwyle cennym źródłem danych o właściwościach cząstecze i omplesów (różnego rodzaju), tóre one tworzą w stanie podstawowym i w stanach wzbudzonych. Wynii stacjonarnych i rozdzielczych w czasie badań uzysanych przy wyorzystaniu obu tych spetrosopii umożliwiają poprawną interpretację własności spetralnych, fotofizycznych i fotochemicznych nawet bardzo złożonych uładów. Szczególnie duże możliwości badawcze, ja również wiarygodną interpretację uzysanych wyniów, zapewnia jednoczesne zastosowanie spetrosopii absorpcyjnej i emisyjnej. Ze względu na wyjątowo dużą czułość metod emisyjnych są one szeroo wyorzystywane w analizie chemicznej. W wielu różnorodnych badaniach fizyochemicznych, zarówno związów chemicznych ja i uładów biologicznych, spetrosopia emisyjna jest niezastąpioną metodą badawczą. Obserwacja emisji rozdzielanych sładniów mieszaniny, powstających produtów reacji, itp., wyorzystuje się taże w metodzie HPLC, zarówno w badaniach jaościowych ja i ilościowych. Część teoretyczna. Każdy związe chemiczny ma charaterystyczny dla siebie uład poziomów energetycznych (eletronowych i oscylacyjnych), tzn. odległości między tymi poziomami są różne dla różnych związów chemicznych. Pomiędzy poziomami energetycznymi 1
zachodzą przejścia promieniste dające w efecie widmo absorpcji lub emisji, ja i przejścia bezpromieniste. W wyniu pochłonięcia promieniowania cząstecza przechodzi do stanu wzbudzonego, w tórym jest obecna bardzo róto ze względu na duży nadmiar energii w tym stanie. Może ona tracić energię w wyniu różnych procesów dezatywacji przedstawianych na diagramie Jabłońsiego. Istnieją cztery główne procesy dezatywacji wewnątrzcząsteczowej najniższego stanu singletowego S1: fluorescencja (), onwersja wewnętrzna (IC), przejście interombinacyjne (ISC), reacja fotochemiczna (R) oraz wygaszanie(+q). Dla szeregu związów fluorescencja jest jednym z ważnych procesów dezatywacji ze stanu wzbudzonego S 1. Wydajność wantowa fluorescencji opisana jest równaniem 1. Zależy ona od stosunu stałej szybości fluorescencji do sumy stałych szybości wszystich procesów dezatywacji wzbudzonego stanu S 1. IC ISC Wydajności wantowe fluorescencji dla często badanych w spetrosopii emisyjnej związów podano w tabeli 1. Tabela ta zawiera taże wartości molowych współczynniów absorpcji tych związów wyznaczone w masimum długofalowego pasma absorpcji S 0 S 1 oraz wartości stałych szybości fluorescencji ( ), przejścia międzysystemowego ( ISC ) i onfiguracja eletronowa stanu S 1, z tórego zachodzi emisja. r (1) Tabela 1. Wydajności wantowe fluorescencji oraz inne parametry spetralne i fotofizyczne wybranych związów. Związe Φ ε max (mol -1 dm 3 cm -1 ) (s -1 ) ISC (s -1 ) Konfiguracja stanu S 1 Benzen ~0,2 250 2 10 6 10 7 π, π* Naftalen ~0,2 270 2 10 6 5 10 6 π, π* Antracen ~0,4 8 500 5 10 7 ~5 10 7 π, π* Tetracen ~0,2 14 000 2 10 7 ~10 8 π, π* 9,10-Difenyloantracen ~1,0 12 600 ~5 10 8 <10 7 π, π * Trans-Stilben ~0,05 24 000 ~10 8 ~10 9 π, π* Benzofenon ~0,000 ~200 ~10 6 ~10 11 n, π* Biacetyl ~ 0,002 ~20 ~10 5 ~10 8 n, π* Aceton ~0,001 ~20 ~10 5 ~10 9 n, π* Perfluoroaceton ~0,1 ~20 ~10 5 ~10 7 n, π * Diaza[2.2.1]bicyloheptan ~0,0001 400 ~10 6 ~10 6 n, π * 2
Poprzez obserwację zaniu emisji w czasie wyznacza się czas życia cząstecze ( s ) i innych indywiduów świecących orzystając z równania 2: I t) I ( t 0) exp( t / ) (2) ( S gdzie: I (t=0)-intensywność emisji bezpośrednio po wzbudzeniu próbi, t-czas po wzbudzeniu, dla tórego zmierzono emisję. Czas życia opisuje również zależność 3: S IC 1 ISC r (3) Łącząc równanie 1 i 3 otrzymuje się zależność 4: S (4) Ta więc wydajność wantową fluorescencji można przedstawić jao iloczyn stałej szybości fluorescencji (oreślającej prawdopodobieństwo emisji spontanicznej) oraz czasu życia stanu wzbudzonego (czas zaniu fluorescencji). Wydajność wantową fluorescencji można taże obliczyć mierząc całowitą liczbę fotonów emitowanych w całym zaresie widma fluorescencji przez wzbudzone cząsteczi i porównując tę liczbę z liczbą zaabsorbowanych przez nie fotonów o danej częstotliwości. Jeżeli I jest całowitym natężeniem fluorescencji, a I jest natężeniem absorbowanego abs światła to wydajność wantowa fluorescencji jest równa: I I abs (5) W badaniach esperymentalnych wydajność wantową emisji badanego związu wyznacza się orzystając ze standardów, dla tórych wartości zostały bardzo doładnie wyznaczone. Wartość dla badanego związu oblicza się ze wzoru 6. I d I (1 10 ) n st A st 2 st em 0 st A 2 st I I0 (1 10 ) ( n ) emd (6) gdzie: A absorbancja roztworu dla długości fali, tórą wzbudzano próbę, I em (I E ) intensywność emisji, n współczynni załamania światła rozpuszczalnia, 3
I 0 intensywność promieniowania padającego na próbę, czynni orygujący związany z użyciem innego wzb i/lub uwety dla badanego związu i dla standardu, st indes informujący o tym, że dana wielość odnosi się do wzorca (standardu). W pomiarach stosuje się najczęściej inne rozpuszczalnii dla badanego związu i użytego standardu. Jeśli rozpuszczalnii te różnią się wartością współczynnia załamania światła to w równaniu 6 należy uwzględnić ich wartości Spetrofluorymetr jest przyrządem jednowiązowym dlatego pomiar widma emisji WE wyonuje się oddzielnie dla próbi i w identycznych warunach dla odnośnia (samego rozpuszczalnia lub z dodatiem sensybilizatora, wygaszacza, uładu micelarnego, itp.). Aby dla badanego związu poprawnie wyznaczyć WE a taże intensywność emisji dla wybranej długości fali z zaresu WE od zmierzonego WE dla próbi odejmuje się WE rozpuszczalnia po przemnożeniu go przez czynni x, A wzb x 1 10 ) / 2. 3 ( A (7) wzb Analogicznie należy wyznaczyć WE standardu. Należy pamiętać, że WE dla standardu musi być zmierzone przy taich samych parametrach ( 1/ 2 wzb, 1/ 2 em ) ja WE dla badanego związu oraz o tym, że szeroość spetralna (monochromatyczność) promieniowania wzbudzającego 1/ 2 wzb przy pomiarach WE musi być taa sama ja przy pomiarach WA. Charaterystyę najczęściej stosowanych standardów wydajności wantowej fluorescencji podano w Tabeli 2. Tabela 2. Najczęściej stosowane standardy wydajności wantowej fluorescencji Zares emisji [nm] Nazwa związu Rozpuszczalni Φ f 270 300 Benzen Cylohesan 0,05 ± 0,02 300 380 Tryptofan Woda (ph = 7,2) 0,14 ± 0,02 315 480 2-aminopirydyna 0,1 N H 2 SO 4 0,60 ± 0,05 400 500 9,10- Cylohesan 0,90 ± 0,02 difenyloantracen 400 600 Siarczan chininy 1 N H 2 SO 4 0,546 600 650 Rodamina 101 Etanol 1,0 ± 0,02 Dla bardzo wielu związów obserwuje się fluorescencję ze wzbudzonych stanów singletowych S n (najczęściej n=1), a znacznie rzadziej fosforescencję ze wzbudzonego stanu trypletowego T 1. Intensywność światła emitowanego (I E ) przez badany związe oblicza się ze wzoru 8: 4
E (1 10 A 0 E K (8) wzb I I ) wzb gdzie: I I (1 10 A ) (9) abs 0 Jest to najważniejsze wyrażenie wyorzystywane w badaniach emisyjnych zarówno przy pomiarze widm emisji ja i widm wzbudzenia emisji. Metodya badań emisyjnych jest znacznie bardziej złożona aniżeli badań absorpcyjnych. Szczególnie ważny wpływ na poprawność prowadzonych badań emisyjnych mają waruni wzbudzenia próbi i obserwacji jej emisji. Są one bezpośrednio związane z właściwościami absorpcyjnymi i emisyjnymi badanych związów. Na mierzone widma emisji i wyznaczane wydajności wantowe emisji mogą silnie wpływać tzw. filtry wewnętrzne zarówno pierwszego, ja i drugiego rodzaju. Dotyczą one rozładu wzbudzonych cząstecze w uwecie pomiarowej (filtr wewnętrzny pierwszego rodzaju) oraz naładaniu się ich widm absorpcji i emisji (filtr wewnętrzny drugiego rodzaju). Nie uwzględnienie ich wpływu na widmo emisji, a więc i na wartość powoduje uzysanie błędnych danych spetrosopowych i fotofizycznych. iltr wewnętrzny pierwszego rodzaju Podczas stacjonarnych pomiarów emisyjnych zazwyczaj próbę wzbudza się długością fali, odpowiadającą masimum długofalowego pasma absorpcji. Ma to na celu poprzez dużą wartość zaabsorbowanego światła, uzysanie dużej intensywności emitowanego światła, zgodnie z zależnością I E ~ I abs. Niestety proporcjonalność ta spełniona jest tylo do pewnej, granicznej wartości I abs, tóra zależy głównie od uładu optycznego używanego spetrofluorymetru (z jaiego obszaru uwety rejestrowana jest przez detetor emisja próbi), a taże stosowanej uwety pomiarowej, nie zależy natomiast od własności spetralnych badanej próbi. Dla ilustracji zależności I E (I em ) od I abs dla spetrofluorymetru SP-500, produowanego przez firmę Aminco-Bowmen, przedstawiono na Rys. 1. Ja widać z tego rysunu powyżej wartości I abs ~0.37, co odpowiada A wzb ~0.2, zależność przestaje mieć charater liniowy. 5
I em [j.u.] 16 14 0.514 0.6270.728 0.44 0.3250.38 12 0.251 10 8 0.173 6 0.104 4 2 0.058 0.045 0.078 0.025 0.013 punty pomiarowe (wartość absorbancji) 0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 I abs Rys. 1: Przyładowy wyres zależności intensywności emisji od ilości zaabsorbowanego światła. dla spetrofluorymetru SP-500. Efet filtru wewnętrznego pierwszego rodzaju, jest wyniiem nierównomiernej absorpcji światła w próbce i nie wpływa na ształt widma emisji, a tylo na jego intensywność. Dlatego też w przypadu, iedy pomiary widm emisji mają na celu np. wyznaczenie wydajności wantowej emisji, porównanie widma emisji dla ilu stężeń, badanie wpływu rozpuszczalnia, czy też wzb na wartość E, to należy ta dobrać wartość absorbancji próbi dla długości fali promieniowania wzbudzającego (A wzb ), aby spetrofluorymetr pracował w liniowym zaresie zależności I E od I abs. Wyznaczenie tej ważnej zależności dla spetrofluorymetru MP-3 jest głównym celem Ćwiczenia 3. Jednym z celów Ćwiczenia 4 jest zbadanie wpływu ształtu i położenia uwety, w tórej znajduje się emitujący związe na intensywność emisji, tóra poprzez monochromator emisji dochodzi do detetora (fotopowielacza). Jednocześnie na tą intensywność wpływa rozład wzbudzonych cząstecze w badanej próbce. Na rysunu 2a, schematycznie przedstawiona została sytuacja, w tórej padająca wiąza światła wzbudzającego została równomiernie zaabsorbowana co odpowiada niedużej wartości absorbancji próbi A wzb 0.05. W tych warunach emisja w ażdym miejscu wzbudzonej próbi będzie bardzo podobna. Wówczas, niezależnie z jaiego obszaru uwety rejestruje detetor tę emisję (patrz Rys 2 a, detetor 1 i detetor 2) będzie ona proporcjonalna do ilości zaabsorbowanego światła. Przypade, iedy intensywność absorbowanego promieniowania zmienia się wyraźnie na drodze padającego światła schematycznie przedstawia Rys. 2b. W tych warunach wartość A wzb próbi jest znacząco więsza od 0.1. W miarę wniania promieniowania świetlnego do 6
roztworu, zgodnie z równaniem 2 intensywność światła absorbowanego esponencjalnie maleje, a zatem, więcej emitowanego światła przez wzbudzone cząsteczi będzie wychodziło z początu uwety (patrząc od strony wiązi wzbudzającej) niż z jej ońca. Ponieważ do detetora nie dochodzi emisja z całego obszaru wzbudzonej próbi, a tylo ze środowego fragmentu uwety (patrz Rys 2b, detetor 1 i detetor 2), to zmierzona wartość emisji zostaje istotnie zaniżona. b) a) zmiana natężenia wiązi wzbudzającej D 1 D 2 D 1 D 2 wzbudzenie D 1, D 2 detetor pierwszy i drugi emisja Rys. 2 Schematyczne przedstawienie wpływu filtru wewnętrznego pierwszego rodzaju na intensywność emisji, gdy roztwór absorbuje a)mało, A wzb <0.05 i b)dużo, A wzb >0.5 padającego promieniowania. Dobór parametrów do pomiaru widm emisji (WE) i widm wzbudzenia emisji (WWE), problemy metodyczne. Spetrofluorymetr jest aparatem jednowiązowym dlatego WE i WWE wyonuje się oddzielnie dla próbi i rozpuszczalnia, zapewniając identyczne waruni pomiarów. Dobór parametrów dla pomiaru WE i WWE jest znacznie bardziej złożony aniżeli dla pomiaru widm absorpcji (WA). Dla badanego związu zależy on przede wszystim od ształtu WE, wzajemnego położenia WA i WE oraz od wartości E. Najważniejsze czynnii mające wpływ na ształt WE i WWE oraz na ich intensywność, a taże przyczyny znieształcenia tych widm podano poniżej. Zgodnie z równaniem 1 im więsza jest wartość I abs tym więsza jest intensywność emisji (I E ), mniejszy udział rozpraszania Rayleigha i Ramana oraz mniejszy udział w widmie próbi emisji rozpuszczalnia i zanieczyszczeń w nim obecnych. Dzięi temu mniejszy jest błąd pomiaru WE. Dlatego w pomiarach WE i WWE należy stosować próbi o możliwie ja 7
najwięszej wartości I abs, ta jedna dobranej aby dla użytego spetrofluorymetru spełniona była liniowa zależność między I E i I abs. Od wartości szeroości spetralnej pasma emisji w połowie wysoości ( E ½ ) dla badanego związu, zależy dobór szeroości szczeliny na monochromatorze emisji spetrofluorymetru. Aby mierzone WE nie było znieształcone z powodu zbyt dużej szeroości spetralnej ( 1/2 ) monochromatora emisji musi być spełniony warune 1/2 ~0.1 należy dobrać szeroość szczeliny wzbudzania w pomiarze WWE, biorąc pod uwagę WA. 1/2 E. Analogicznie 1/2 A w Należy użyć taą długość fali promieniowania wzbudzającego ( wzb ), aby było ono absorbowane przez badany związe, a nie było absorbowane przez rozpuszczalni i obecne w nim zanieczyszczenia emitujące. Jeśli to możliwe to znieształcało mierzonego WE. Położenia wzb powinno być ta dobrane, aby położenie pasma Ramana nie zależności Ramana = wzb - 3000cm -1 zaś wzb = 1/ wzb. pasma Ramana można wyznaczyć z prostej Począte WE od strony rótofalowej powinien być ta dobrany aby I E I Rayleigha. Należy dobrać taą szczelinę promieniowania wzbudzającego ( wzb), aby intensywność światła padającego na próbę (I 0 ) nie była za duża ta aby nie zachodził zani fotochemiczny badanego związu w czasie pomiaru WE. Optymalny dobór jednocześnie wszystich podanych wyżej parametrów nie zawsze jest możliwy i jest tym trudniejszy im wartość E jest mniejsza, zaś WA i WE badanego związu naładają się na siebie. Czułość spetrosopii emisyjnej Spetrosopia emisyjna jest najczulszą metodą badawczą. Dobrze ilustrują to poniższe dane. -najmniejsza E jaą można wyznaczyć zależnie od czułości spetrofluorymetru wynosi E min =10-3 -10-8, -najmniejsze stężenie badanego związu, dla tórego można zmierzyć WE wynosi 10-12 mol. dm -3, -najmniejsza ilość badanego związu, dla tórego można zmierzyć WE wynosi 10-15 g, dla objętości próbi ~50 l. 8
Co wpływa na mierzoną wartość I E (ilość h /sec) oprócz emisji badanego związu Bardzo duża czułość spetrofluorymetru powoduje, że na mierzoną emisję wpływa taże: 1-ciemny prąd, tóry wynosi 1-10 h /sec, gdy fotopowielacz mierzący emisję jest chłodzony, (w T <-20 o C), gdy fotopowielacz nie jest chłodzony ciemny prąd wynosi 100-1000 h /sec, 2-emisja zanieczyszczeń obecnych w badanym związu i w rozpuszczalniu, nawet jeśli dla λ wzb A z <10-4 ale E(z) jest duża, np.φ (z) 0,1 to I E (z) =10 2-10 4 h /sec, 3-emisja rozpuszczalnia, 4-emisja niewystarczająco czystych uwet, 5-rozpraszanie Rayleigha i Ramana. Dobór parametrów gdy po raz pierwszy wyonuje się pomiar WE nieznanego związu 1. Znając WA wybiera się wzb, najczęściej odpowiadające max, zwyle z długofalowego pasma absorpcji S 0 S 1, 2. I max E nie może być za duże, aby nie zniszczyć fotopowielacza mierzącego emisję próbi, dla MP-3 I max E <500000 h /sec, 3. Ponieważ nie znana jest wartość E badanego związu, dlatego początowo dobiera się niezbyt szeroie szczeliny wzbudzenia, ( wzb 5nm i emisji, max em~5nm), ta aby I E nie było za duże. Obszerny opis dotyczący badań emisyjnych znajduje się na stronie internetowej: http://www.staff.amu.edu.pl/~iwonam/student.htm, a taże w opisie Ćwiczenia 1 w srypcie izya Chemiczna- Materiały do ćwiczeń, Poznań 2007. Część esperymentalna Pomiary emisyjne będą wyonane na spetrofluorymetrze MP-3. Obszerny opis jego budowy, najważniejszych parametrów i działania opisano poniżej. Zmodernizowany spetrofluorymetr MP-3 Budowę i zasadę działania spetrofluorymetru MP-3 producji Perin-Elmer-Hitachi przedstawiono poniżej. Schemat bloowy tego aparatu zamieszczono na Rys. 3. 9
Monochromator wzbudzenia Lampa senonowa Zasilacz lampy senonowej Zasilacz 1 Rodamina B filtry Zasilacz uładu chłodzącego 1 1 Monochromator emisji 2 Zasilacz 2 filtry próba PC Uład liczenia fotonów wzmacniacz wzmacniacz Rys.3 Schemat bloowy zmodernizowanego spetrofluorymetru MP-3. Spetrofluorymetr MP-3 firmy Perin-Elmer-Hitachi w stosunu do oryginału został znacznie zmodyfiowany. Dodane zostały: liczni wantów, a w nim fotopowielacz referencyjny, tóry mierzy intensywność światła padającego na próbę (I 0 ), chłodzenie fotopowielacza pomiarowego, co znacznie zmniejsza intensywność ciemnego prądu detecja z użyciem liczenia pojedynczych fotonów, co znacznie zwięsza czułość spetrofotometru bardzo stabilne źródło światła, sterowanie urządzeniem (nie wszystie funcje są dostępne, np. ustawianie długości fali wzbudzenia, emisji, szeroości szczelin itp) i rejestracja widm za pomocą omputera, stabilizacja temperatury uwety pomiarowej. Źródłem światła jest lampa senonowa (o mocy 150W, firmy Hamamatsu), tóra charateryzuje się ciągłym widmem promieniowania z zaresu 200-1000nm i wyjątowo dużą stabilnością świecenia, (zmiana I 0 <0.5% w czasie jednej godziny). Promieniowanie to służy do wzbudzania badanego związu i jest ierowane przez uład soczewe i zwierciadło płasie do monochromatora wzbudzenia zapewnia on uzysanie monochromatycznego 10
promieniowania z zaresu λ=200-600 nm i szeroości spetralnej Δλ 1/2 =0,5-40 nm. Pomiędzy monochromatorem wzbudzenia, a próbą znajduje się światłodzieląca płyta warcowa, tóra ieruje część wiązi ( 8%) do licznia wantów. Słada się on z uwety ze stężonym roztworem rodaminy B w gliolu etylenowym, absorbującym całowicie padające światło o dowolnej długości fali (w zaresie 200-580nm). Obecny w torze referencyjnym liczni wantów słada się ponadto z filtru przepuszczającego wyłącznie światło emitowane przez rodaminę oraz fotopowielacza odniesienia 2. Uład ten umożliwia uzysanie sorygowanych widm wzbudzenia poprzez uwzględnienie zmian natężenia padającego promieniowania lampy, a taże znajduje zastosowanie do pomiaru wartości natężenia światła padającego na próbę (I 0 ) w przypadu pomiaru wydajności wantowych emisji oraz porównania intensywności widm emisji badanego związu dla różnych długości fali wzbudzenia. Z monochromatora wzbudzenia, wiąza o wybranej długości fali i zadanej szeroości spetralnej, oreślanej przez szeroość szczeliny pada na próbę. Pod ątem 90 0 do ierunu padania światła wzbudzającego następuje zbieranie emisji promieniowania pochodzącego od badanej próbi. Po zognisowaniu przez soczewę promieniowanie to wchodzi do monochromatora emisji. Promieniowanie wychodzące z monochromatora emisji jest ognisowane przez soczewę i rejestrowane przez chłodzony (do temperatury 30 0 C) fotopowielacz pomiarowy 1. Chłodzenie fotopowielacza zapewnia znaczne (ponad 100 rotne) zmniejszenie ciemnego prądu fotopowielacza. Sygnały z fotopowielaczy 1 i 2 (R928 Hamamatsu, specjalnie wyselecjonowane do pomiarów liczenia pojedynczych fotonów) są przeazywane do arty omputera za pomocą wzmacniaczy. Karta ta steruje również pracą monochromatorów z użyciem silniów roowych. W celu zmniejszenia intensywności światła rozproszonego oraz wyeliminowania promieniowania pochodzącego od drugiego rzędu ugięcia siati stosuje się odpowiednio dobrane filtry wstawione za próbą a przed monochromatorem emisji. Inne parametry pomiarowe spetrofluorymetru MP-3 to: masymalna wartość mierzonego sygnału emisji [ilość h /sec]: 500000, szeroość spetralna szczelin wzbudzenia i emisji [nm]: 1 40, ro pomiarowy [nm]: 0.1 1.0, doładność ustawienia długości fali wzbudzenia i emisji (wyniająca z działi) [nm]: 2, 11
czas uśredniania mierzonej emisji dla jednej długości fali [ms]: 10 65000, ierune zbierania widma: od rótszych do dłuższych wartości długości fal. Uład liczenia fotonów (zarówno w torze pomiarowym ja i referencyjnym) służy do rejestracji widm optycznych metodą zliczania pojedynczych fotonów, czyli eletronicznym zliczaniu impulsów odpowiadających pojedynczym fotonom emitowanym przez próbę i padającym na fotoatodę fotopowielacza. Dzięi taiemu rozwiązaniu możliwe jest badanie widm emisyjnych z równoczesną detecją natężenia światła wzbudzającego oraz badanie widm wzbudzenia emisji z równoczesną orecją na rozład spetralny źródła światła wzbudzającego. W celu zarejestrowania widm ustawia się ręcznie odpowiednie szeroości szczelin wzbudzenia i emisji, tóre muszą być dobrane ta, aby intensywność emisji nie przeroczyła 500 000 zliczeń na seundę ta na fotopowielaczu 1 ja i 2. W tych warunach oba fotopowielacze pracują liniowo. Długość fali wzbudzenia i początową długość fali przy pomiarze widma emisji oraz analogicznie długość fali emisji i początową długość fali przy pomiarze widma wzbudzenia ustawia się ręcznie. Spetrofluorymetr MP-3, ta samo ja wszystie spetrofluorymetry, jest przyrządem jednowiązowym i dlatego osobno rejestruje się w nim w identycznych warunach odpowiednie widma dla próbi, tj., dla badanego związu w rozpuszczalniu i dla samego rozpuszczalnia. Widma są rejestrowane na omputerze za pomocą programu Easy Scan, w tórym wybiera się typ rejestrowanego widma, początową i ońcową wartość długości fali emisji (wzbudzenia) oraz długość fali wzbudzenia (emisji) w przypadu rejestracji widm emisji (wzbudzenia emisji) oraz czas zliczania fotonów dla ażdej długości fali w widmie (tzw. czas trwania jednego rou). Wyonanie pomiarów Wydajności wantowe fluorescencji będą wyznaczane dla antracenu w stanie S 1 w c-c 6 H 12 oraz trans-stilbenu w stanie S 1 w etanolu lub hesadeanie dla wybranych długości fali wzbudzenia. Jao standard do pomiaru stosowany będzie siarczan chininy (QS) w 0.05 mol dm -3 roztworze wodnym wasu siarowego. Dla tego standardu =0.52, dla długości fali wzbudzenia w zaresie λ wzb =280-360nm. 12
Aby wartości były poprawnie wyznaczone onieczne jest użycie taiej samej szeroości spetralnej promieniowania wzbudzającego ( ) w spetrofluorymetrze MP-3 i szeroości spetralnej ( A) w spetrofotometrze V-550, przy tórej mierzona będzie wartość absorbancji dla długości fali promieniowania wzbudzającego (A=A wzb ) badanych związów i użytego QS jao standardu. Ponadto aby wyznaczona wartość dla antracenu i transstilbenu była poprawna szczelina w monochromatorze emisji dla próbe tych związów i dla QS ma być taa sama. Jeśli w pomiarach widm emisji badanego związu i standardu stosowane będą różne długości promieniowania wzbudzającego to onieczny jest dla nich pomiar intensywności padającego światła (I 0 ). Aby zbadać wpływ ształtu uwety i jej położenia na intensywność emisji i względną wydajność wantową emisji (wzgl) wyonane będą pomiary widm emisji dla roztworu siarczanu chininy (QS). W pomiarach stosowane będą: typowa uweta o rozmiarze 1 x 1 cm oraz uweti o rozmiarach 1 x 0.4 cm i 1 x 0.2 cm ustawione w dwóch położeniach względem promieniowania wzbudzającego. Z prowadzącym ćwiczenia ustalić jai roztwór QS (o jaiej wartości A) oraz jaie λ wzb oraz szczeliny Δλ wzb i Δλ em zastosować w pomiarach. Opracowanie wyniów Wartości wydajności wantowej fluorescencji dla badanych roztworów antracenu i trans stilbenu wyznaczone będą z równania 6. Jeśli intensywność emisji i rozpraszania światła samych rozpuszczalniów nie będzie znacznie mniejsza ( 1%) od intensywności emisji roztworów badanych próbe onieczne będzie jej odjęcie od wartości zmierzonej dla próbi. W tym celu należy zastosować równanie 7. Wartości współczynniów załamania światła stosowanych rozpuszczalniów wynoszą odpowiednio dla cylohesanu n=1.42, dla etanolu n=1,357 i dla wody n=1.335 (dla promieniowania z lampy sodowej). Dla roztworów QS badanych w uwetach o rozmiarach 1/0.4cm i 1/0.2cm, dla obu ich położeń należy wyznaczyć względne wydajności wantowe, fluorescencji (wzg) porównując otrzymane wartości do uzysanych dla roztworu QS w uwecie 1/1cm. 13
Literatura [1]-Materiały dotyczące spetrosopii emisyjnej dostępne w internecie na stronie http://www.staff.amu.edu.pl/~iwonam/student.htm, [2]-Materiały do ćwiczeń izya chemiczna, opracowanie zbiorowe pod redacją Bronisława Marciniaa, Poznań 2007, [3]-H. Haen, H.C. Wolf, izya moleularna z elementami chemii wantowej, Wydawnictwo Nauowe PWN, Warszawa 1998, [4]-Paul Suppan, Chemia i światło, Wydawnictwo Nauowe PWN, Warszawa 1998, [5]-Wolfgang Demtroder, Spetrosopia laserowa, Wydawnictwo Nauowe PWN, Warszawa 1993, [6]-Joseph R. Laowicz, Principles of luorescence Spectroscopy, Second Edition, Kluwer Academic/Plenum Publishers, New Yor, 1999, [7]-George G. Guilbault, Practical luorescence, Second Edition, Madison Avenue, New Yor, 1990. 14