Влияние природы растворителя на спектрально люминесцентные характеристики красителей Су 40 и ТО

Спектрально-люминесцентные характеристики красителей Су 40 и ТО воде

Как уже отмечалось в 1.1 влияние природы растворителя на спектрально-люминесцентные свойства молекул растворенного вещества настолько сложно и многообразно, что в настоящее время отсутствуют работы, которые могли бы объяснить все эти явления. Кроме того, один и тот же растворитель не одинаково влияет на оптические свойства родственных соединений, отличающихся своими заместителями. Учитывая то, что решение этой задачи позволяет глубоко понять природу электронных переходов в растворах органических красителей, а также отличить процессы молекулярной ассоциации от других физико-химических явлений в настоящей работе была поставлена цель: изучить влияние природы растворителя на спектрально-люминесцентные характеристики некоторых цианиновых красителей, структура которых приведена в таблице 2.1.

Прежде всего, было изучено влияние концентрации на спектрально-люминесцентные характеристики красителей Cyan 40 и ТО в воде. Результаты проведенных опытов показывают, что в интервале концентраций 10^-5-10^-6 М спектры поглощения и флуоресценции остаются постоянными (см. рис. 7, кривая 1 и 2). Эти экспериментальные результаты указывают на то, что в исследуемом интервале концентраций молекулы исследуемых красителей находятся в мономерной форме. Для них по методике описанной в 2.3 были рассчитаны основные спектрально-люминесцентные характеристики: положение максимума поглощения () и флуоресценции (), коэффициент экстинкции (), сила осциллятора (f_e), квантовый выход (B) время жизни возбужденного состояния (), частота 0−0 перехода и величина Стоксова сдвига (SS) которые приведены в таблице 3.

Таблица 3. Спектрально-люминесцентные характеристики изученных красителей в воде (с=10-5 М).

Дальнейшее увеличение концентрации красителей в водных растворах (10^-5-10^-3 М) приводит к процессам агрегации. При этих же условиях в спектре поглощения водных растворов красителя Cyan 40 наблюдается, полоса, которая располагается со стороны коротких длин волн (рис. 7). Из рисунка 7 видно, что в спектрах поглощения красителя Cyan 40 при концентрациях 2Ч10^-5-5Ч10^-6М наблюдается полоса с л_макс=435 нм, которая соответствует полосе поглощения мономерных молекул (рис. 7, кривая 1−3), не обладающих люминесцентной способностью. Обнаружено, что с увеличением концентрации красителя наблюдается уменьшение поглощательной способности и небольшое уширение полосы с л_макс=435 нм (рис. 7, кривая 4). Дальнейшее увеличение концентрации красителя приводит к появлению новой полосы поглощения с л_макс=405 нм (рис. 7, кривая 5). В спектрах флуоресценции с увеличением концентрации красителя наблюдается увеличение интенсивности свечения полосы с л_макс=589 нм (рис. 8, кривые 4 и 5). Аналогичная картина в спектрах поглощения и флуоресценции наблюдается для водных растворов красителя TO.

На рис. 9, кривая 1 соответствует спектру поглощения мономерных молекул ТО в воде (_мах=502 нм). По мере увеличения концентрации ТО в воде наблюдается падение поглощательной способности раствора, и в спектрах поглощения появляется новая полоса с _мах=470 нм. Это объясняется образованием ассоциированных молекул ТО в растворе.

Рис. 7. Концентрационная зависимость спектров поглощения красителя Cyan 40 в воде: 1−5Ч10^-6, 2−10^-5, 3−2Ч10^-5, 4−2Ч10^-4, 5−2Ч10^-3 M

Рис. 8. Концентрационная зависимость спектров флуоресценции красителя Cyan 40 в воде: 1−5Ч10^-6, 2−10^-5, 3−2Ч10^-5, 4−2Ч10^-4, 5−2Ч10^-3 M

Рис. 9. Концентрационная зависимость спектров поглощения красителя ТО в воде: 1−10^-5, 2−2,5*10^-5, 3−10^-4, 4−10^-3 M

Рис. 10. Концентрационная зависимость спектров флуоресценции красителя ТО в воде: 1−10^-5, 2−10^-4, 3−10^-3 M

Спектр люминесценции разбавленного раствора ТО в воде (с=10^-5 М) состоит в основном из полосы свечения мономерных молекул с _max=535 нм (см рис. 10, кривая 1). По мере увеличения концентрации, в спектрах флуоресценции с длинноволновой стороны по отношению к полосе свечения мономерных молекул возникает новая полоса свечения с _max= 635 нм (рис. 10, кривая 2). Дальнейшее увеличение концентрации приводит к исчезновению полосы мономерных молекул, а интенсивность новой полосы свечения возрастает (рис. 10, кривая 3). Новая полоса свечения соответствует спектру флуоресценции ассоциированных молекул ТО в воде.

Наблюдаемые явления в спектрах поглощения и флуоресценции, красителя Cyan 40 и ТО, объясняются образованием ассоциированных молекул красителей при помощи молекул растворителя (воды), где молекулы растворителя выступают в качестве связующего мостика между молекулами красителей. Спектральные проявления характерные для этих красителей свидетельствуют об образовании ассоциатов обладающих люминесцентной способностью. Отличие наблюдаемого типа ассоциатов для красителя Cyan 40 и ТО в воде от других типов ассоциатов, например, полимеров Шайбе заключается в расположении полосы со стороны коротких длин волн относительно полосы поглощения мономерных молекул и большим значением стоксового сдвига. Тогда как образование ассоциатов типа полимеров Шайбе характеризуются расположением полос поглощения со стороны длинных волн, а спектр флуоресценции совпадает с длинноволновой полосой поглощения.