РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ДОСЛІДЖЕННЯ ФОТОЛЮМІНЕСЦЕНЦІЇ
Дослідження оптичних властивостей органічних речовин вимагає, як випливає з розділу 1, використання методик вимірювання спектральних характеристик та вивчення кінетики затухання фотолюмінісценції. У зв'язку з цим для розв'язку поставлених в дисертаційній роботі задач вивчення електронної структури і спектральних властивостей та з'ясування механізму переносу енергії електронних збуджень в молекулярних кристалах і плівках обрано оригінальні методики вимірювання часів затухання та спектрів флуоресценції, що розвинені в роботі [140].
Час затухання флуоресценції речовини являє собою середній проміжок часу, на протязі якого молекула залишається в збудженому стані перед тим, як повернутися в основний стан. Знання часу життя дозволяє визначити швидкості випромінювального переходу, переносу енергії і інших процесів релаксації електронних збуджень та отримати інформацію про взаємодію збудженої молекули з оточенням. Наприклад, багато експоненціальний закон затухання флуоресценції може бути результатом того, що збуджена молекула знаходиться в декількох різних оточеннях. Для визначення часу життя флуоресценції в дисертаційній роботі використовувався імпульсний метод. В цьому методі зразок освітлювався коротким лазерним імпульсом (tі = 10 нс), а потім вимірювалась інтенсивність флуоресценції в залежності від часу.
Для вимірювання часу затухання флуоресценції в наносекундному інтервалі часу використовувалась стробоскопічна система реєстрації на базі осцилографа С7-12.
Для вимірювання часу затухання флуоресценції в часовому інтервалі від 1 мкс до 50 мс використовувалась методика з "часовим вікном". Вимірювання інтенсивності флуоресценції в останньому випадку для часу затухання флуоресценції в інтервалі 1 мкс - 100 мкс проводилось в амплітудному режимі, а для більшого часу затухання - в режимі рахунку фотонів.
2.1. Дослідження часової залежності інтенсивності та спектрів флуоресценції в амплітудному режимі з використанням стробоскопічної системи реєстрації
В методі, що грунтується на стробоскопічній системі реєстрації, для вимірювання часу затухання флуоресценції використовуються імпульсний лазер, швидкодіючий фотопомножувач та імпульсний стробоскопічний осцилограф. Блок-схема стробоскопічної установки наведена на рис. 2.1. В якості імпульсних джерел світла використовувались: азотний лазер ЛГИ-21 з тривалістю імпульсу 10 нс і потужністю в імпульсі 3 кВТ на довжині хвилі 337,1 нм, твердотільний лазер ЛТИ-П4 з тривалістю імпульсу 10 нс і потужністю в імпульсі 200кВТ на довжині хвилі 531 нм, перестроюваний лазер на кристалі. Застосовувались фотопомножувач типу ЭЛУ-ФТС і осцилограф С7-12.
Частина світла, що падала на зразок, за допомогою кварцової пластинки відгалужувалась і попадала на фотоелемент ФЭК, який використовувався для запуску осцилографа. Сигнал з ФЭУ через лінію затримки поступав на осцилограф. Для роботи осцилографа необхідне багаторазове повторення кінетичної кривої процесу, що реєструється. Цим методом можна виміряти амплітуду сигналу в ряді часових точок, що відраховується від фіксованого нульового моменту. Кожен раз, коли сигнал, що реєструється, запускає систему реєстрації, осцилограф вимірює амплітуду сигналу. Кінцевий результат відтворюється з повільною часовою розгорткою у вигляді серії точок на екрані осцилографа, які перетворюються для виведення на комп'ютер.
Дана установка дозволяє реєструвати спектри флуоресценції з наносекундним часовим розділенням. Для цього за допомогою осцилографа можна виставити час реєстрації спектра tз по відношенню до імпульсу запуску. Змінюючи довжину хвилі монохроматора можна записати розділений в часі спектр флуоресценції. В якості спектрального приладу використовувався монохроматор SPM-2.
В спектральних дослідженнях зразок поміщався в гелієвий кріостат, в робочій камері якого можна було створювати необхідну температуру в інтервалі 4,2 К - 300 К. Температура в робочій камері кріостата вимірювалась за допомогою германієвих датчиків. Точність підтримки температури зразка була не нижчою 0,1 К.
2.2. Метод дослідження спектрів та кінетики затухання флуоресценції з "часовим вікном" в режимі рахунку фотонів та амплітудному режимі
Методика вимірювання інтенсивності фотолюмінісценції з "часовим вікном" в режимі рахунку фотонів використовується для дослідження сповільненої флуоресценції і фосфоресценції. Вимірювання грунтуються на підрахунку імпульсів струму фотопомножувача. Для реєстрації імпульсів струму і подавлення слабких імпульсів шуму використовується дискримінатор з попередньо виставленим порогом дискримінації. На виході дискримінатора одержується імпульс стандартного рівня у відповідь на кожний вхідний імпульс за амплітудою, що перевищує поріг дискримінації. Даний дискримінатор формує імпульси амплітудою 5 В і тривалістю 40 нс. Імпульси дискримінатора поступають на лічильник, який вимірює число реєстрацій за одиницю часу. На рис 2.2 подана блок-схема установки. За допомогою імпульсного генератора Г5-26, що запускається лазерним імпульсом через ФЭК, формується імпульс заданої тривалості. Цей імпульс із затримкою, що регулюється, відносно імпульсу запуску поступає на дискримінатор. До приходу імпульсу від генератора дискримінатор закритий. Після приходу імпульсу з генератора дискримінатор відкривається на певний час і корисний сигнал з ФЭУ поступає на лічильник фотонів (імпульсів). Змінюючи затримку можна по точках записати форму кривої часової залежності інтенсивності флуоресценції чи в заданий момент часу tз провести реєстрацію спектра.
Дана схема подібна в роботі до стробоскопічної. Але має більшу чутливість і призначена для вимірювання часу затухання сповільненої флуоресценції від 100 мкс до 50 мс.
Для вимірювання інтенсивності фотолюмінісценції в інтервалі часу від 1 мкс до 100 мкс дана схема працювала в амплітудному режимі. В початковому стані ФЭУ-77 був закритий. Підсилений імпульс з генератора Г5-26