Лабораторная работа № 5 изучение поляризованной люминесценции

Целью работы является изучение методов измерения степени поляризации люминесценции, анализ поляризационных спектров.

Задание:

1. Приготовить растворы красителя в этиловом спирте и глицерине. Обосновать выбор концентрации. (Планируется проводить измерения в условиях, когда концентрационные эффекты отсутствуют).

2. Провести измерение степени поляризации для спиртового и глицеринового растворов. Длины волн возбуждения и регистрации выбрать вблизи максимумов контуров поглощения и люминесценции соответственно. Особое внимание при измерениях обратить на определение поправочного коэффициента, учитывающего поляризующее действие монохроматора (см. подробности ниже).

3. Измерить для глицеринового раствора зависимость степени поляризации по спектру поглощения, включая возбуждение в ультрафиолетовой области. Полученный поляризационный спектр построить совместно со спектром поглощения, зарегистрированным в той же области. Проанализировать спектр. Высказать соображения о взаимной ориентации осцилляторов, отвечающих различным переходам, а также о наличии в спектре поглощения "скрытых" электронных полос.

Методические рекомендации

При измерениях степени поляризации необходимо учитывать неидентичную чувствительность регистрирующей части установки к свету с вертикальной и горизонтальной поляризацией. Главная причина этой неидентичности – поляризующее действие монохроматора. В решеточных монохроматорах дифракционная решетка имеет различную дифракционную эффективность для света с электрическим вектором, параллельным и перпендикулярным штрихам. В призменных монохроматорах присутствуют поверхности, неперпендикулярные лучу. Здесь поляризующее действие обусловлено различными коэффициентами отражения (потерь) для волн взаимно-перпендикулярных поляризаций.

Учет обсуждаемого поляризующего действия производится путем введения поправочного коэффициента в формулу для расчета степени поляризации:

, .

Для определения коэффициента k следует измерить отношение сигналов и , даваемых системой в том случае, когда свечение объекта заведомо неполяризованное. Ясно, что для идеального прибора это отношение было бы равно 1, в общем же случае оно и дает искомый коэффициент:

.

Реализовать условия, при которых объект испускает неполяризованную люминесценцию можно, возбуждая образец светом, электрический вектор которого совпадает по направлению с направлением регистрации, т.е. в случае стандартной геометрии возбуждения и наблюдения, проводя возбуждение через поляризатор с горизонтальным направлением пропускания электрического вектора. Степень поляризации при этом должна быть равна нулю, т.к. распределение возбужденных молекул по ориентациям является аксиально-симметричным относительно направления наблюдения.

Контрольные вопросы

1. Объяснить, почему при возбуждении линейно поляризованным светом люминесценция изотропного ансамбля молекул может быть поляризованной.

2. Может ли изотропный ансамбль молекул (раствор) излучать поляризованную люминесценцию при возбуждении неполяризованным светом?

3. В каком диапазоне может варьироваться предельная степень поляризации в изотропном ансамбле при изменении угла между осциллятором поглощения и испускания?

4. Объяснить, как формируется поляризационный спектр.

5. Дать качественное объяснение механизму вращательной деполяризации люминесценции.

6. Можно ли утверждать, базируясь на формуле Левшина-Перрена, что при изменении температуры раствора величина, обратная степени поляризации, линейно растет с температурой?

7. Пусть в растворе имеет место вращательная деполяризация. Как изменится степень поляризации при тушении первого и второго рода?

8. Дать качественное объяснение концентрационной деполяризации люминесценции.

9. Что такое критическое расстояние переноса энергии? От каких молекулярных характеристик оно зависит?

10. Дать интерпретацию полученного поляризационного спектра.

11. Из полученных результатов измерения степени поляризации водного и глицеринового растворов дайте приближенную оценку времен вращательной релаксации, исходя из того, что время жизни возбужденного состояния родамина 6Ж около 5 нс, а предельная поляризация равна 0,44. Проанализируйте влияние на полученные результаты ошибок измерений степени поляризации, а также ошибки в данных по предельной поляризации.