Исследование процессов переноса энергии электронного возбуждения в поликристаллах бензойной кислоты с примесью полифенилов спектрально-люминесцентными методами Зароченцева, Елена Петровна

Введение к работе

з

Диссертационная работа посвящена исследованию спектрально-люминесцентными методами переноса энергии электронного возбуждения в молекулярных поликристаллах бензойной кислоты с примесью полифенилов

Актуальность работы. Одной из фундаментальных проблем физики многоатомных молекул является установление связи между спектрально-люминесцентными свойствами и особенностями внутри- и межмолекулярных взаимодействий. Многообразие молекулярных систем, исключительная сложность внутри- и межмолекулярных взаимодействий, а также возрастающие потребности практики объективно обусловливают возникновение важных в научном и прикладном смысле задач по выявлению таких связей.

При отсутствии взаимодействия между молекулами излучение света происходит в тех же молекулах, которые были непосредственно возбуждены внешним источником. В реальных же средах, особенно в конденсированных, между молекулами всегда существует тот или иной тип взаимодействия и, следовательно, происходит изменение энергетических и кинетических характеристик, свойственных изолированной молекуле. В случае молекулярных кристаллов эти изменения проявляются в спектрах в виде сдвигов и уширения полос поглощения и люминесценции, изменения степени разрешенное колебательной структуры и т. д. Кроме того, может происходить миграция энергии от возбужденных молекул к невозбужденным. Миграция является промежуточным процессом, который происходит между первичным актом фотовозбуждения молекул и теми процессами, в которых электронная энергия реализуется. Этот процесс играет важнейшую роль в жизни живой и неживой природы, поэтому его необходимо изучать и учитывать при решении проблем физики твердого тела, фотохимии, лазерной техники, молекулярной биологии и других областей науки и практики.

Молекулярные кристаллы - огромный по многообразию класс веществ, в большинстве своем органических - представляют особый интерес по ряду причин. Молекулы в них в значительной степени сохраняют свою индивидуальность и, следовательно, на них можно одновременно изучать как молекулярные, так и кристаллические свойства. Кроме того, молекулярные кристаллы можно рассматривать как относительно простые физические модели более сложных биологических конструкций. Такие модели, более доступные для эксперимента и интерпретации являются шагом к исследованию молекулярно-биологических проблем. В

частности, для такого моделирования большой интерес представляют исследования миграции энергии в молекулярных кристаллах.

Цель работы. Целью настоящей работы являлось исследование спектрально-люминесцентными методами процессов переноса энергии в примесных органических поликристаллах. В качестве матрицы была использована бензойная кислота, в качестве примеси - полифенилы и галоген-полифенилы.

Новизна полученных результатов. В процессе работы впервые:

были получены спектры люминесценции и возбуждения люминесценции поликристаллов бензойной кислоты с примесью полифенилов в широком диапазоне концентраций (от 1«10~² до 5^10^-6 М/М).

в спектрах люминесценции поликристаллов бензойной кислоты с примесью дифеннла при малых концентрациях примеси было обнаружено появление полосы сенсибилизированной фосфоресценции бензойной кислоты при комнатной температуре, возникающей при возбуждении примеси.

для поликристаллов бензойной кислоты с примесью терфенила и кватерфенила был обнаружен коротковолновый сдвиг максимумов спектров люминесценции и возбуждения люминесценции при уменьшении концентрации примеси.

для поликристаллов бензойной кислоты с примесью бром- и диб-ромдифенилов, а также бром- и дибромтерфенилов наблюдалась сенсибилизированная матрицей фосфоресценция примесей при комнатной температуре.

Практическая значимость работы. Полученные результаты могут быть использованы для разработки методики определения микрозагрязнений среды. Фиксация молекул в кристаллической матрице существенно увеличивает интенсивность фосфоресценции. Более того, температурный диапазон свечения расширяется в область комнатных температур, что представляет существенное методическое удобство. Перенос энергии электронного возбуждения с матрицы на примесь - сенсибилизированная фосфоресценция - заметно увеличивает интенсивность излучения. Таким образом, использование явления сенсибилизированной фосфоресценции бинарных органических кристаллов позволяет достаточно просто и надежно обнаруживать малые количества соединений ароматического ряда. Подбирая пары примесь - матрица, можно добиться избирательной регистрации заданных соединений с высокой чувствительностью.

Кроме того, изучение фотопроцессов в примесных молекулярных кристаллах можно рассматривать как исследование модели более сложных биологических конструкций.

5 Основные положення, выносимые на защиту

1.В поликристаллах бензойной кислоты с примесями полифенилов наблюдается сенсибилизированная матрицей люминесценция примесей.

2.На основании анализа спектров люминесценции и возбуждения люминесценции поликристаллов бензойной кислоты с примесью дифе-нила с различными концентрациями показано, что молекулы дифенила могут входить в решетку бензойной кислоты, по крайней мере, двумя способами.

3. При встраивании в решетку матрицы бензойной кислоты струк
тура молекул терфенила и кватерфеннла изменяется. Фенильные кольца
в молекуле полнфенила становятся некомплаиарными. С уменьшением
концентрация примеси в матрице возрастает доля примесных молекул с
большими двугранными углами между кольцами.

1. В поликристаллах бензойной кислоты с примесями п-бромдифенила н п-дибромдифенила наблюдается фосфоресценция примеси, обусловленная триплет-триплетным переносом энергии от матрицы к примеси.

2. В поликристаллах бензойной кислоты с примесями п-бромдтерфенила и п-дибромдтеренила наблюдается фосфоресценция примеси, при этом перенос энергии от матрицы к примеси происходит по синглет-синглетному механизму.

Апробация работы. Результаты работы были доложены на следующих всесоюзных и международных симпозиумах, конференциях и сешшарах. Международная конференция по фотохимии (Киев, 1992); Международная конференция по высокоорганизованным соединениям (Санкт-Петербург. 1996); Международный симпозиум по фотохимии и фотофизике молекул и ионов, посвященный 100-летию акад. А.Н. Тере-нина (Санкт-Петербург. 1996); 5th Int. Conf. on Methods and Applications of Fluorescence Spectroscopy (Berlin, Germany, Humboldt-Univ ,1997); Всероссийский семинар "Проблемы и достижения люминесцентной спектроскопии" (Саратов, 1998); П Съезд биофизиков России (Москва, 1999); 6^th International Conf. on Methods and Applications of Fluorescence Spectroscopy (Paris, 1999)

Публикации. Результаты работы опубликованы в 5 статьях в отечественных журналах и в материалах 7 Всероссийских и международных конференций и совещаний.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 118