Способ определения угла поворота электрического дипольного момента молекулы

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСйУБЛИН 01 И 21 У ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДИЕЛЬСТВУ еку:Вв ГОСУДЮфСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(71) Институт физики АН БССР (72) Д.М, Гакамский, Н.А. Немкович, А.Н. Рубинов и В.И. Томин (53) 535.8(088.8)(56) Бахтиев Н.Г, Спетроскопия межмолекулярных взаимодействий, Л.: Наука, 1973, с. 362.Саржевский А.М., Севченко А.Н. Анизотропия поглощенияи испускания света молекулами. Изд-во БГУ им. В.И. Ленина, 1971, с. 332. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА ПОВОРО- . ТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДИПОЛЬНОГО МОМЕНТА МОЛЕКУЛЫ(57) Изобретение относится к мол лярной спектроскопии и квантовой электронике и может быть использовано"для контроля параметров синтезируемых соединений и получения данных,необходимых для расчета характеристиклазеров на красителях. Цель изобретения - повышение точности. 11 ри осуществлении способа возбуждают твердый исследуемый раствор импульсомполяризованного лазерного излучения,длительность которого короче длительности затухания люминесценции. Ре-гистрируют кинетику аниэотропии испускания твердого раствора, Определяют угол поворота электрического дипольного момента молекулы по формуле ю = агсоз (5 КС;1где Кс оэ значение анизотропии испускания, постоянное во времени, 3 ил, 1378565Изобретение относится к молекулярной спектроскопии и квантовойэлектронике и может быть использовано в научных и прикладных исследованиях при расчетах параметров лазеров на красителях, а также для контроля параметров синтезируемых соединений.Цель изобретения - повышение .точ ОностиСущность изобретения поясняетсячертежами: На фиг. 1 показана онзагеровская полость, с находящейся вней дипольной молекулой; на фиг,2 -блок-схема установки для измерениякинетики анизотропии испускания; нафиг. 3 приведены импульс.люминесценции (А) и кинетика анизотропии исопускания(В) замороженного (Т=-7 б С) 2 Ораствора 4-аминофталимида в глице-,рине,Способ основан на явлении вынужденного (индуцированного лазернымизлучением) поворота молекул в . 25твердом растворе и является наиболеепрямым методом определения угла по-.ворота электрического дипольного момента молекулы. Сущность способа заключается в следующем. Пусть мопекулы обладает электрическим дипольныммоментом в основном состоянии ца в возбужденном - це (см. фиг.1),Угол й = р ре является углом поворота электрического дипольного момен 3та молекулы ггри переходе ее в другоеэлектронное состояние и обусловлен перераспределением электронной плотное"ти молекулы в результате электронно- .го перехода. Наличие угла е у щОмолекулы, т.е. изменение ориентацииэлектрического дипольного момента молекулы, весьма сильно влияет на люминесцентные и генерационные характеристики растворов, Так как в основном состоянии молекула находитсябесконечно долго, то она ориентируется по направлению внутреннего элек трического поля Е, осуществляющегов растворе внутри онзагеровской сфе"ры (см. фиг.1),. Возбуждение молекулы нарушает равновесие ее диполя рас полем полости Е, что вызывает появление возвращающей силы, котораядействует на молекулы, В том случае,когда раствор твердый, .конфигурациямолекулы растворителя на границесферы Онзагера остается неизмейнойи, следовательно, направление поляЕ остается также постоянным, Это вынуждает молекулу люминофора совершить быстрый поворот и восстановить прежнее направление электрического дипольного момента, Подобные повороты приводят к деполяризации люминесценции до определенного уровня, непосредственно связанного с величиной угла МВеличина анизотропии испускания (АИ) сразу после возбуждения К е, (предельное значение анизотропйи) рассчитывается по формуле3 созк - 1 Кее 11 где еС - угол между направлениями дипольных моментов осцилляторов переходов, отвечающих за поглощение и испускание света молекулой. Для боль- . шинства молекул е = О и, таким.об разом, предельное значение анизотро; пии К ,= 0,4. Если молекула сразу . после возбуждения совершает быстрый вынужденный поворот, связанный, как рассмотрено выше, с ориентацией во внутреннем электрическом поле полости Е, то это приводит к уменьшению предельной анизотропии испускания, Угол вынужденного поворота, который в отсутствии заметных стерических эффектов, равен углу поворота электрического дипольного момента молекулы, можно определить из формулы (1), т.к. быстрый поворот молекулы на определенный угол тождественен той ситуации, когда дипольные моменты осцилляторов переходов образуют между собой такой же угол. Таким образом, угол поворота электрического дипольного момента молекулы равенМ. = агсоз где Ксопвй - значение АИ после того, как завершился вынужденный поворот молекулы, которое в твердом растворе сохраняется постоянным во времени,Для того, чтобы обнаружить вынужденные повороты молекул в растворе, измерения анизотропии испускания необходимо проводить с достаточно высоким временным разрешением, которое определяется длительностью возбуждающего импульса и полосой пропускания регистрирующей аппаратуры.45 50 Длительность возбуждающего импульсадолжна быть короче времени затухания люминесценции, тогда можно нахвосте импульса люминесценции регистрировать деполяриэацню излучения вчистом виде. Кинетика анизотропии испускания,т.е, зависимость К(1) твердого раствора, в котором происходятвынужденные повороты, имеет характерный быстрый участок деполяризациисразу после возбуждения, а затем.К(С) со временем не изменяется иравно постоянному начению Ксопзй, которое таким образом, непосредственноизмеряется из кинетики аниэотропии ,испускания.П р и м е р. Исследовали спиртовые и глицериновые растворы органических соединений, в частности, раствор 4-аминофталимида (4 АФ) в глицерине. Указанный раствор помещали в оптический криостат и охлаждали дотемпературы ниже точки замерзанияОТ = -76 С. Возбуждали твердый раствор импульсом лазера на красителе"Гном".с длительностью ьй 1/2=1 нс,.на порядок меньшей длительности затухания люминесценции указанного раствора= 10 нс, Линейная поляризация возбуждающего излучения обеспечивалась оптическим поляризатором,размещенным между лазером на красителях и криостатом. Компоненты люминесценции, поляризованные парал"лельно 1 и перпендикулярно 1 квектору возбуждающего света, выделялй анализатором, расположеннымпод прямым углом к направлению возбуждающего излучения,Регистрацию кинетики анизотропиииспускания осуществляли с помощью установки, блок-схема которой изображена на фиг.2.Установка включает азотный лазер1 (Р = 150 кВт, 61/2=1 нс Ец, == 50 Гц), лазер на краситель 2 (ширина линии излучения 1-2 А), поляризатор 3, криостат с исследуемым веществом 4 и анализатор 5. Регистрирующая часть установки включает моно.хроматор 6 и стробоскопический ос, циллограф 7 (С 7-8), исследуемый сигнал на который поступает с выхода 6,через Фотоэлектронный умножнтель8 (18-ЭЛУ-ФМ). Синхронизацию осциллографа 7 осуществляли сигналом сфотоэлемента 9 (ФЭК), на которыйс помощью пластинок 10 ответвляется часть излучения. Регистрируемые сигналы накапливаются в анализаторе импульсов 11 (АИ-6) и затем выводятся через блок 12 (Ф) наперфоратор 13 (ПЛМ), Синхронизацию разверток монохроматора 6, осциллографа .7 и анализатора импульсов 11 осуществляли с помощью блока 1 О согласования 14. Ввод информации вмикро-ЭВМ. 15 (Электроника) осуществляется с помощью фотосчитывателя 16 (СП). Обработанные данные вграфическом виде выводятся на само писец 17 (ПДП 4-002) и цифропечатающее устройство 18 (СМ 6312-01), атакже дисплей 19. Монохроматором бФиксируется определенная длина волны спектраь Стробоскопическпй осцдл лограф 7 работает в режиме автоматической развертки, регистрируя сигналы с фотоэлектронного умножителя8, Подобным образом регистрируютсякривые затухания люминесценции для 25 компонент, поляризованных параллельЛно 1 и перпендикулярно 1 вектору возбуждающего света. Затем с помощью ЭВМ 15 по зависимостям 11 Г1 И) рассчитывали зависимость ани зотропии спускания от времени К(1) .Из кинетики анизотропии испускания, К(й) непосредственно определяли постоянное во времени значение Ксопз 1:,по которому из формулы (2) рассчитывали угол поворота электрическогодипольного момента молекулы послевозбуждения. Измеренный таким образом угол поворота электрического дипольного помента 4-аминофталимпдаК = 35 . Из фиг. 3 следует, что сра зу происходит быстрое уменьшениеанизотропии испускания от предельного значения К,д= 0,4 до постоянного значения 0,25, связанное с вынужденными поворотами молекул люминофора. Формула изобретения Способ определения угла поворота электрического дипольного момента молекулы, основанный на возбуждении исследуемого твердого раствора поляризованным светом и регистрации анизотропии испускания, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точноСти, твердый раствор возбуждают импульсом излучения лаэе 13785 Ь 5ра, которыВ короче длительности затухания люминесценции, регистрируют временную зависимость анизотропии испускания раствора, а угол поворота й определяют с помощью соотношения Й,- 1к агсоз ,, где Е - йостоянное во времени значение анизотро"пии испускания.1;и иг. Редактор Я; Коля Составитель Втехред Л Сардак орректор О. Кравцова 6, Тираж 415 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 133035, Москва, Ж, Раушская наб., д.