Изучение межмолекулярных взаимодействий в растворах органических красителей. Методики расчета их спектрально-люминесцентных характеристик. Основные теории молекулярной ассоциации. Влияние концентрации растворителя на спектральные свойства соединений.
Аннотация к работе
Настоящая работа посвящена спектроскопическому исследованию влияния природы растворителя на спектрально-люминесцентные характеристики цианиновых красителей. Актуальность работы: Органические красители широко используются в качестве активных сред в лазерах на красителях, в бессеребрянной фотографии для записи информации, в аналитической химии для определения микроколичеств различных элементов и т.д. Для рационального и эффективного использования этих красителей при решении тех или иных задач необходимо иметь сведения о влиянии природы растворителя, концентрации раствора на спектрально-люминесцентные характеристики выбранных красителей. В последнее время интерес к органическим красителям сильно возрос в связи с тем, что они нашли широкое применение в медико-биологических исследованиях. При изучении красителей с целью их возможного применения в качестве флуоресцентных зондов и метчиков основное внимание уделяется процессам комплексобразования молекул красителей с биологическими макромолекулами.Влияние растворителя на спектральные свойства сложных молекул подробно исследовалось в работах [1-6].При дальнейшем увеличении концентрации интенсивность полосы поглощения, характерная для мономерных молекул, падает и на ее коротковолновом спаде появляется новая полоса поглощения, указывающая на образование нового центра поглощения. Если в растворах имеются только мономеры и димеры, то кривые спектров поглощения, относящиеся к разным концентрациям, пересекаются в одной изобестической точке [50]. При образовании димеров или более сложных ассоциатов, форма спектров люминесценции остается постоянной, а происходит уменьшение флуоресцентной способности раствора, то есть наблюдается КТЛ. Постоянство формы спектров флуоресценции при существенном изменении спектров поглощения объясняется тем, что в поглощении участвуют как ассоциированные, так и мономерные молекулы, а в люминесценции участвуют только мономерные молекулы. Ассоциация молекул органических красителей в частности родаминов в воде одни авторы [52] связывают с большой диэлектрической постоянной среды (?=81), другие авторы [53] считают, что в процессе образования ассоциированных молекул родаминовых красителей ? растворителя не играет существенной роли.Если симметричные колебания в спектре дают коротковолновую полосу, смещенную относительно мономерных молекул, то антисимметричные колебания, вследствие постоянства дипольного момента системы, в спектре не проявляются. С помощью теории Ферстра невозможно объяснить существование двух полос поглощения димеров (64-67), кроме того для некоторых соединений полоса поглощения ассоцитов расположена с длинноволновой стороны по отношению к полосе мономерных молекул (68). Де Во вывел уравнения, позволяющие рассчитать спектр поглощения димеров по спектру поглощения мономеров при заданной геометрии димера и спектры вещественной и мнимой части комплексной поляризуемости мономеров. Если взаимодействие между молекулами А и В носит обменный характер, то волновая функция основного и возбужденного состояния димера записывается как и В зависимости от взаимной ориентации дипольных моментов и в молекулах осуществляется переход в то или иное экситонное состояние димера с различной энергией (рис. Если молекулы в димере располагаются голова хвост, то разрешен переход в состояние с энергией Е 1 (рис 4б), а в случае их сандвичевой ориентации в состояние с Е 2 (рис.Изучение взаимодействия молекул выбранных красителей с молекулами растворителя, молекул красителей между собой с и без участия молекул растворителя. Исследовалось влияние концентрации и природы растворителя на спектрально-люминесцентные характеристики цианиновых красителей. Такой выбор объектов исследования объясняется тем, что красители цианинового ряда широко используются в различных областях науки и техники. Поэтому были использованы растворители различной природы: протонодонорные (ПДР), протоноакцепторные (ПАР), амфотерные, нейтральные, различные смеси бинарных растворителей и т.д) (см. таблицу 2). Выбор этих растворителей обусловлен еще тем, что они широко используются в пищевой и фармацевтической промышленности и в других отраслях науки и техники.В работе измерялись оптические плотности (D) исследуемых растворов, по значениям которых определялись коэффициенты экстинкций (?) из закона Бугера-Ламберта-Беера: ; (13) где I - интенсивность прошедшего света через поглощающий раствор, I0 - интенсивность света, падающего на исследуемый раствор, d-толщина поглощающего слоя в см, С - концентрация раствора в молях/литр (М). Измерение спектров флуоресценции и возбуждения осуществлялось на люминесцентной установке, собранной на базе двух монохроматоров типа МДР-76 с фотоэлектронной регистрацией ФЭУ-38, на выходе которого сигнал проходя через усилитель регистрировался самописцем КСП-4. Световой луч от источника света, проходя через осветительную систему и входную щель S1, отразившись от плоского зеркала М 1, попадает на сферический зеркальный объектив М 2, который фокусирует параллельный пучок на р
План
Содержание
Введение
Глава 1. Межмолекулярные взаимодействия в растворах органических красителей и их спектроскопическое проявление
1.1 Влияние природы растворителя на спектрально-люминесцентные свойства органических соединений
1.2 Ассоциация молекул и ее спектроскопическое проявление
1.3 Основные теории молекулярной ассоциации
Глава 2. Выбор объектов исследования. Техника и методика эксперимента
2.1 Выбор объектов и методика приготовления растворов
Глава 3. Влияние природы растворителя на спектрально люминесцентные характеристики красителей Су 40 и ТО 3.1 Спектрально-люминесцентные характеристики красителей Су 40 и ТО воде
3.2 Изучение влияние природы растворителя на спектрально-люминесцентные характеристики красителей Су 40 и ТО Заключение
Список литературы
Введение
Настоящая работа посвящена спектроскопическому исследованию влияния природы растворителя на спектрально-люминесцентные характеристики цианиновых красителей.
Актуальность работы: Органические красители широко используются в качестве активных сред в лазерах на красителях, в бессеребрянной фотографии для записи информации, в аналитической химии для определения микроколичеств различных элементов и т.д. Кроме того, эти соединения являются очень удобными модельными системами при изучении ряда фотофизических, фотохимических, фотобиологических и других процессов. Для рационального и эффективного использования этих красителей при решении тех или иных задач необходимо иметь сведения о влиянии природы растворителя, концентрации раствора на спектрально-люминесцентные характеристики выбранных красителей. В последнее время интерес к органическим красителям сильно возрос в связи с тем, что они нашли широкое применение в медико-биологических исследованиях. При изучении красителей с целью их возможного применения в качестве флуоресцентных зондов и метчиков основное внимание уделяется процессам комплексобразования молекул красителей с биологическими макромолекулами. При этом зачастую пренебрегается возможностью гомогенной агрегации молекул красителей. В то же время хорошо известно, что в зависимости от строения и микроокружения молекулы органических красителей могут образовать молекулярные комплексы различного строения. Образование гомогенных агрегатов молекул зондов вследствие концентрирования в биологических средах может привести к нежелательному эффекту тушения люминесценции или спектральным смещениям, а также к неопределенности, вызванной тем, что одной и той же интенсивности люминесценции могут соответствовать разные концентрации красителя. О строении образующихся межмолекулярных комплексов можно судить по характерным спектроскопическим проявлениям.
В этом направлении накоплен большой экспериментальный материал. Однако, наблюдаемые явления настолько сложны и разнообразны, что для выяснения их природы и обобщения имеющихся данных необходимо проведение дополнительных исследований. В связи с этим в последнее время интенсивно изучается влияние межмолекулярного взаимодействия (ММВ) на спектрально-люминесцентные свойства органических красителей в растворах.
Учитывая выше изложенное, была поставлена цель: изучить влияние природы растворителя на спектрально- люминесцентные характеристики цианиновых красителей.
Задачи исследования. Спектрально-люминесцентным методом изучить: · Влияние концентрации на спектрально-люминесцентные характеристики цианиновых красителей в протонодонорных и протоноакцепторных растворителях.
· Процессы образования ассоциатов цианиновых красителей с участием молекул растворителя.