Laboratorium specjalizacyjne Chemia sądowa ĆWICZENIE 1

Laboratorium specjalizacyjne
Chemia sądowa
ĆWICZENIE 1
WYZNACZANIE WŁAŚCIWOŚCI LUMINESCENCYJNYCH
ZWIĄZKÓW W ROZTWORZE ORAZ W CIELE STAŁYM, CZ I.
Zagadnienia:
Regulamin BHP pracowni spektroskopowej
Spektroskopia elektronowa: absorpcyjna i emisyjna
Widma elektronowe i reguły wyboru przejść elektronowych
Zjawiska luminescencji i ich podział
Diagram Jabłońskiego
Celem ćwiczenia jest charakterystyka właściwości luminescencyjnych substancji w postaci
roztworów i ciał stałych, która obejmuje:
-wyznaczenie widm absorpcji,
- wyznaczenie widm wzbudzenia i emisji
WSTĘP
Luminescencją nazywana jest każda emisja promieniowania, która nie jest świeceniem
ciał ogrzanych do wysokich temperatur. Luminescencja zachodzi z elektronowo-oscylacyjnie
wzbudzonej cząsteczki będącej w równowadze termicznej z otoczeniem. Różne rodzaje
luminescencji związane są z różnymi sposobami dostarczania energii wzbudzenia.
Fotoluminescencją nazywamy emisję promieniowania elekromagnetycznego atomów
lub cząsteczek, które po zaabsorbowaniu promieniowania ultrafioletowego, widzialnego
lub podczerwonego o odpowiedniej energii powracają do stanu podstawowego.
Schemat procesów fotofizycznych, związanych z absorpcją i emisją promieniowania
w cząsteczkach wieloatomowych o podstawowym stanie singletowym (S0), przedstawiono na
diagramie, nazywanym od nazwiska jego twórcy, diagramie Jabłońskiego (por. rys. 1).
Diagram Jabłońskiego dla cząsteczki o singletowym podstawowym stanie elektronowym.
Strzałki proste oznaczają przejścia promieniste, strzałki faliste – przejścia bezpromieniste.
Literą k z odpowiednimi indeksami oznaczono stałe szybkości promienistych i
bezpromienistych przejść elektronowych i mają one wymiar [s–1]
Fotoluminescencja, która powstaje w wyniku przejścia z najniższego poziomu
oscylacyjnego wzbudzonego stanu elektronowego S1 na dowolny oscylacyjno-rotacyjny
poziom stanu podstawowego S0. (por. przejście S1→S0 rys. 1) nazywana jest fluorescencją.
Bezpromieniste przejście elektronu z poziomu S1 do metastabilnego poziomu
trypletowego T1 powoduje pojawienie się emisji związanej z przejściem elektronowym
T1 →S0, przesuniętej ku dłuższym falom w stosunku do fluorescencji S1→S0, zwanej
fosforescencją.
Przejścia bezpromieniste pomiędzy stanami elektronowymi o jednakowej krotności
(S2→S1, T2→T1) nazywamy konwersją wewnętrzną, natomiast przejścia bezpromieniste,
które zachodzą pomiędzy stanami o różnej krotności (S1→T1 i T1→S0 na rys. 1) nazywamy
przejściami międzysystemowymi.
ĆWICZENIE 1. Wyznaczenie widm absorpcji, wzbudzenia oraz emisji.
Odczynniki
Aparatura pomiarowa
Kumaryna
Spektrofotometr UV-Vis-NIR Nicolet iS-50
Etanol
Spekrofluorymetr Hitachi F-7000
Wykonanie:
1. Przygotuj roztwór badanej substancji o stężeniu 10-5 [mol/dm3] i objętości 10mL.
2. Wykonaj widma absorpcji. Przygotuj spektrofotometr absorpcyjny do pomiarów
próbek ciekłych. Ustaw pomiar w zakresie 800 – 200nm (czas integracji 0,25s).
Wykonaj pomiar linii bazowej, a następnie pomiar widma absorpcji próbki. Zanotuj
długości fali oraz wartości absorbancji odpowiadające zaobserwowanym maksimom
absorpcji. Następnie przygotuj aparat do pomiarów w ciele stałym w tym celu
zamontuj w komorze pomiarowej sferę integracyjną ustawioną na pomiary odbiciowe.
Wykonaj pomiar linii bazowej, a następnie pomiar widma absorpcji próbki. Zanotuj
długości fali oraz wartości absorbancji odpowiadające zaobserwowanym maksimom
absorpcji.
3. Wykonaj widma emisji oraz ekscytacji przy pomocy spektrofluorymetru. Zanotuj
wartości długości fali zaobserwowanych maksimów oraz oszacuj przesunięcie
Stokesa. Czynności wykonaj dla roztworów oraz ciała stałego.
OPRACOWANIE WYNIKÓW:
Na podstawie ćwiczeń student obowiązany jest przygotować:
-widma absorpcji (zależności współczynników ekstynkcji od długości fali)
-widma ekscytacji i emisji (zależność intensywności fluorescencji od długości fali)
-w oparciu o zmierzone parametry dokonać obliczeń i uzupełnić tabelę:
Próbka
λabs [nm] λexc [nm]
(lg ε)
λem [nm]
Eem
[eV]
-wyciągnąć wnioski na podstawie uzyskanych danych.
BIBLIOGRAFIA:
1) A. Kawski, Fotoluminescencja roztworów. 1992. PWN, Warszawa (rozdz.1, 6)
2) J. R. Lakowicz, Principles of fluorescence spectroscopy. III edycja. 2006. Springer
3) C. A. Parker, Photoluminescence of Solutions. 1968. Elsevier Publishing Company