УДК 535.373.2
А.В. Авдеев, М.В. Ерина
ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ РЕАБСОРБЦИИ ИЗЛуЧЕНИЯ ДОНОРА НА ТРИПЛЕТНЫХ МОЛЕКУЛАХ АКЦЕПТОРОВ ЭНЕРГИИ
Представлены результаты исследования влияния поглощения излучения донора молекулами акцептора в триплетном состоянии на интенсивность фосфоресценции донора энергии в твердых растворах органических соединений. Приведено сопоставление результатов теоретических расчетов с экспериментальными данными, которые хорошо согласуются между собой.
Введение
Возможно вы искали - Лабораторная работа: Изучение зрительной трубы
К настоящему времени накоплен и обобщен большой теоретический и экспериментальный материал по межмолекулярному триплет-триплетному переносу энергии электронного возбуждения [1,2]. Основные закономерности переноса энергии триплетного возбуждения между молекулами, в большинстве своем, были установлены на основании результатов экспериментального исследования тушения фосфоресценции донора молекулами акцептора в твердых растворах органических соединений. Однако, некоторые особенности фосфоресценции донорно-акцепторных смесей в твердых матрицах к настоящему времени не получили достаточно полного объяснения. Одной из необъясненных до конца особенностей тушения фосфоресценции донора молекулами акцептора [1] является то, что сильное тушение фосфоресценции донора в присутствии молекул акцептора сопровождается лишь незначительным сокращением времени ее затухания. Существенный вклад, на наш взгляд, в уменьшение интенсивности фосфоресценции донора без изменения ее времени затухания может вносить реабсорбция излучения донора на молекулах акцептора в триплетном T1 -состоянии. Действительно, в работе [3] было обнаружено поглощение фосфоресценции донора (бензофенона) триплетными молекулами акцептора (нафталина). Однако, закономерности этого явления и его вклад в изменение интенсивности фосфоресценции донора не были исследованы. В настоящей работе установлены и исследованы закономерности реабсорбции фосфоресценции бензофенона (донор энергии) на молекулах дифенила, нафталина и аценафтена (акцепторы энергии), которые позволяют оценить вклад данного явления в изменение интенсивности фосфоресценции донора в присутствии акцептора и определить параметры триплетных молекул акцептора (время их накопления и концентрацию).
Теория
Пусть некоторая часть излучения, возникающая по всему объему образца, регистрируется детектором и в отсутствие поглощения его интенсивность равна 
. Тогда, при наличии в образце поглощающих центров, равномерно распределенных по объему, обобщая закон Бугера-Ламберта-Бера [4], имеем:
, (1)
где 
– регистрируемая интенсивность излучения, 
– молярная концентрация поглощающих центров, 
– функция распределения фотонов по длинам проходимым ими в образце, 
– молярный коэффициент экстинкции.
Похожий материал - Лабораторная работа: Изучение компенсационного метода измерений
Формула (1) применима как для стеклообразных, так и для рассеивающих образцов. Вид функции определяется условиями эксперимента. Так для стеклообразного образца, когда на детектор попадают световые потоки, излучаемые вдоль оптический оси установки, а излучающие центры равномерно распределены в нем
, (2)
где 
– расстояние от точки в которой рождается фотон до передней грани образца; 
– длина образца.
Полагая, что поглощающими центрами являются молекулы акцептора в триплетном состоянии, концентрация которых после включения возбуждения изменяется по закону
, (3)
Очень интересно - Лабораторная работа: Изучение конструкций реле, применение в схемах релейной защиты
в случае, когда время жизни молекул донора в триплетном состоянии 
намного меньше времени жизни молекул акцептора в триплетном состоянии 
, а интенсивность излучения донора 
есть величина постоянная, выражение (1) после интегрирования с учетом условий (2) и (3) примет следующий вид:
, (4)
где 
.
Из вышеуказанного следует, что равенство (4) справедливо только в том случае, когда выполняется следующее соотношение:
. (5)
Вам будет интересно - Учебное пособие: Изучение некоторых вопросов термодинамики
Именно такие системы, удовлетворяющие условию (5), чаще всего используются на практике [1], для удобства проведения экспериментальных исследований.
Значение 
можно оценить, используя следующее экспериментально определяемое отношение:
. (6)
Результаты эксперимента и их обсуждение
Экспериментальная проверка формулы (4) проведена на растворе бензофенон + дифенил, в толуоле при 77 K. Бензофенон использовался в качестве донора энергии, а дифенил являлся акцептором. В спектре фосфоресценции бензофенона с помощью монохроматора выделялся для регистрации участок 415–420 нм, который перекрывается спектром триплет-триплетного поглощения дифенила. Возбуждение осуществлялось ртутной лампой ПРК-2 с фильтром 365 нм. Дифенил излучение с данной длинной волны не поглощает. Величина рассчитывалась по формуле (6). Время накопления молекул дифенила в триплетном состоянии определялось непосредственно из кинетики разгорания фосфоресценции.
Похожий материал - Курсовая работа: Изучение особенностей электрических свойств магнитных жидкостей
В качестве примера на рис. 1 приведена одна из кривых изменения интенсивности фосфоресценции бензофенона, обусловленного реабсорбцией излучения на молекулах дифенила в триплетном состоянии в процессе их накопления. Теоретическая кривая (сплошная линия) построена при значениях 
и 
. При таком значении 
экспериментальные точки наилучшим образом укладываются на теоретическую кривую.
Концентрация дифенила в растворе (Cд =0,25 моль/л) равнялась концентрации бензофенона (Cб =0,25 моль/л). При такой концентрации раствора фосфоресценция бензофенона эффективно тушится в результате передачи энергии молекулам дифенила. Это давало возможность определять непосредственно время разгорания фосфоресценции молекул дифенила в триплетном состоянии из кинетики разгорания сенсибилизированной фосфоресценции и сравнивать его со значением полученным из кинетики реабсорбции излучения бензофенона. Время накопления , определенное из кинетики разгорания сенсибилизированной фосфоресценции дифенила равнялось 
. Таким образом, разница между значениями , полученными двумя независимыми способами, не превышала 2% от данной величины.
Рис. 1. Кинетика изменения регистрируемой интенсивности фосфоресценции бензофенона в результате реабсорбции на триплетных молекулах дифенила в процессе их накопления
Подставляя значения в известную формулу для определения стационарной концентрации молекул в Т-состоянии [5,6], основанную на измерениях времен накопления и распада 
триплетных возбуждений