РАЗДЕЛ 2
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ТЕХНИКА И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Описание экспериментальных установок
2.1.1. Спектрометрический комплекс для регистрации стационарных спектров. Для
измерения спектрально-люминесцентных характеристик исследуемых образцов, был
создан универсальный спектрометрический комплекс на основе двух монохроматоров
МДР-23 (рис.2.1). В качестве источника возбуждения использовалась ксеноновая
лампа ДКсШ-150 (1), которая обладала интенсивным непрерывным излучением во всём
видимом диапазоне. Для выделения возбуждающего излучения определённой длины
волны использовался первый монохроматор, т.н. монохроматор возбуждения (3),
который позволял получить достаточно узкую спектральную линию (ДнFWHM ~ 20
см-1). Далее, при помощи системы линз (2) и зеркала (6) возбуждение
фокусировалось на кювете (обычно толщиной 1-3 мм) с образцом (7) под углом 45°
к щели монохроматора (рис.2.1). Такая геометрия оптической схемы позволяла
избежать эффекта перепоглощения, т.к. возбуждалась люминесценция только
приповерхностного слоя раствора. Однако, в случаях, когда требовалось
максимальное подавление рассеянного излучения, возбуждение могло заводиться под
углом 90° к щели монохроматора. Далее, при помощи конденсора (8) излучение
образца фокусировалась на щели второго монохроматора, т.н. монохроматора
регистрации (9). Для регистрации спектров использовался ФЭУ-100 (10),
работающий в режиме счёта отдельных фотонов. Предельная чувствительность при
работе со слабыми сигналами обеспечивалась выбором оптимального напряжения
питания ФЭУ при помощи высоковольтного стабилизатора ВС-22.
Увеличения отношения сигнал/шум достигалось путем амплитудной дискриминации
анодных импульсов ФЭУ, позволяющей отсечь темновые импульсы малой амплитуды,
возникающие за счет эмиссии электронов с динодов
ФЭУ. Эту функцию выполнял усилитель -дискриминатор УФ-2К (11), уровень
дискриминации которого настраивался таким образом, чтобы обеспечить скорость
счета темновых импульсов порядка 20-50 имп/с. Автоматизированное управление и
сбор данных в данном спектрометрическом комплексе осуществлялся посредством
унифицированных электронных модулей, выполненных в стандарте КАМАК (12).
Программное управление модулями осуществлялось через интерфейс с помощью
персонального компьютера (13).
Данный спектрометрический комплекс, благодаря выбранной оптической схеме,
позволял измерять не только спектры люминесценции образцов, но и спектры
возбуждения люминесценции. Спектры возбуждения особенно важны при изучении
процессов переноса энергии и обеспечивают дополнительной информацией, не
доступной при использовании традиционных спектров поглощения и люминесценции.
Для измерения спектров возбуждения люминесценции образца, монохроматор
регистрации (9) (рис.2.1) настраивался на максимум выбранной полосы
люминесценции. Далее с помощью монохроматора возбуждения (3) сканировался
спектральный диапазон в области спектра поглощения образца и, т.о. измерялась
зависимость интенсивности люминесценции от длины волны возбуждения. Потом
полученный таким образом спектр нормировался на спектр излучения ксеноновой
лампы (1), для того чтобы учесть спектральные характеристики источника
возбуждения.
Созданный спектрометрический комплекс также позволял измерять спектры
поглощения образцов, что делало его действительно универсальным. Свет от лампы
накаливания КГМ-100 (4), которая питалась стабилизированным напряжением от
блока питания СИП-30, направлялся через диафрагму (5) на кювету с раствором
(7). Для измерений использовался широкий диапазон кювет, как стеклянных, так и
кварцевых, толщиной от 0.5 до 10 мм, что позволяло измерять спектры поглощения
растворов красителей в широком концентрационном ряду. Прошедшее через образец
излучение при помощи конденсора (8) фокусировалось на щель монохроматора (9).
Измерение спектров поглощения происходило в два этапа: сначала записывался
спектр излучения лампы, пропущенный через кювету с используемым растворителем,
– I0(l), а затем – спектр излучения, прошедшего через кювету с образцом, –
I(l). Спектр поглощения образца вычислялся по формуле D(l) = lg(I0(l)/I(l)),
где D(l) – оптическая плотность.
Для измерения спектрально - люминесцентных характеристик анализируемых образцов
при температурах выше комнатной, использовался термостат, позволяющий проводить
оптические исследования с нагреванием образца в интервале температур 15-95 °С.
Терморегулятор обеспечивал дискретную установку температуры 25, 30, 37, 56, и
95 °С с погрешностью 0,5 °С либо плавное изменение температуры от 0 до 100 °С с
разрешением 1 °С. Температура образца контролировалась при помощи
медно-константановой термопары, один спай которой фиксировался на поверхности
кюветы с образцом, а второй спай находился в калориметре с талым льдом при
температуре 0 °С. Термо-ЭДС термопары измерялось цифровым вольтметром Щ1516.
2.1.2. Оборудование для низкотемпературных исследований. В состав криогенной
части входят криостат Р-46 (7) (рис.2.2), в котором исследуемый образец
находился в гелиевом резервуаре, система контроля и регулирования температуры,
система откачки паров гелия. Температура в криостате в диапазоне 1.5-4.2 К
изменяется регулировкой скорости откачки паров гелия. При более высоких
температурах, температура образца изменялась путем регулирования рассеиваемой
мощности в нагревателе, имеющем тепловой контакт с держателем образца. Датчик
температуры имел тепловой контакт с кюветой (неотпаянной, толщиной 1 мм) с
образцом. В качестве датчика служило термосопротивление ТСАД-2МК из арсенида
галлия. Датчик является одним из плеч моста
- Київ+380960830922