Вибрационный анализ спектра фосфоресценции 1,3,5-трифенилбензола в толуоле при 77К Текст научной статьи по специальности «Физика»

75/2011 Г^

Вестник Ставропольского государственного университета [jfbÎH

ВИБРАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ СПЕКТРА ФОСФОРЕСЦЕНЦИИ 1,3,5-ТРИ ФЕНИЛ БЕНЗОЛА В ТОЛУОЛЕ ПРИ 77К

Е. Ю. Сураева, И. В. Гаджиалиева, А. М. Шаповалова

THE VIBRATION ANALYSIS OF PHOSPHORESCENCE SPECTRUM OF 1, 3, 5-TRIPHENYLBENZOL IN TOLUOL AT77К

Suraeva E. J., Gadzhialieva I. V.,

Shapovalova A. M.

The analysis of phosphorescence spectrum of 1,3,5-triphenylbenzol (1,3,5-TPB) in toluol at 77К has been made. It is shown that the most intensive vibronic bands correspond to the fundamental vibration frequency ш= 1230 m1 and its first two overtones.

Key words: spectrum, phosphorescence, vibration analysis, oscillation frequency, anhar-monicity constant.

Проведен анализ спектра фосфоресценции 1,3,5-трифенилбензола (1,3,5-ТФБ) в толуоле при 77К. Показано, что наиболее интенсивные электронно-колебательные поло-ы соответствуют основной колебательной частоте ш = 1230 см1 и первым двум ее обертонам.

Ключевые слова: спектр, фосфоресценция, вибрационный анализ, частота колебаний, постоянная ангармонизма.

УДК 535.373

Спектр фосфоресценции 1,3,5-ТФБ в замороженных растворах изучался ранее различными авторами как в стеклообразных, так и в поликристаллических [3] матрицах. В стеклообразных матрицах спектр его фосфоресценции представлен широкими полосами, что затрудняло определение фундаментальных колебательных частот. Наиболее информативными, с точки зрения колебательной структуры, являются квазилинейчатые спектры люминесценции [1]. Квазилинейчатые спектры ароматических углеводородов можно получить методом Шполь-ского при использовании в качестве низкотемпературных матриц н.-парафинов, кристаллизующихся при замораживании [2]. Попытки получить хорошо разрешенные квазилинейчатые спектры 1,3,5-ТФБ в н.-парафиновых матрицах, предпринятые в [2], были не совсем удачными. Колебательная структура спектров, как и распределение интенсивности в них, в н.-гексане и изоок-тане существенно отличаются.

Считается, что молекула 1,3,5-ТФБ является плоской. Согласно ее структурной формуле (см. рис. 1), она должна принадлежать к точечной группе симметрии Б^.

У молекул данной группы симметрии (высокосимметричные молекулы) 0-0 переход запрещен по симметрии. Следствием этого, интенсивность 0-0 полосы в спектре люминесценции таких молекул очень мала в сравнении с колебательными полосами. Однако во всех растворителях у 1,3,5-ТФБ интенсивность 0-0 полосы соизмерима с интенсивностью колебательных полос.

Рис. 1. Структурная формула молекулы 1,3,5-ТФБ

Выполненный нами вибрационный анализ спектра фосфоресценции 1,3,5-ТФБ в н.-гексане при 77К, полученного авторами, показал, что наиболее интенсивные колебательные полосы могут принадлежать частоте 1350 см-1 и ее двум обертонам. Тогда как колебательная структура спектра 1,3,5-ТФБ в изооктане при 77К авторами [2] интерпретируется наличием четырех основных частот. Представляло интерес исследовать колебательную структуру спектра фосфоресценции 1,3,5-ТФБ в других растворителях.

В настоящей работе приведены результаты вибрационного анализа спектра фосфоресценции 1,3,5-ТФБ в толуоле при 77К.

Эксперимент. 1,3,5-ТФБ использовался марки «Ч». Растворитель - толуол «для спектроскопии» подвергался дополнительной очистке однократной перегонкой. Жидкий раствор 1,3,5-ТФБ концентрации 10-3 моль/л в кварцевой кювете подвергался быстрому замораживанию при 77К путем погружения в жидкий азот. Возбуждение фосфоресценции осуществлялось светом ртутной лампы ДРТ-240 с X = 313 нм.

Спектр записывался на спектрофлуориметрической установке, собранной на базе дифракционного монохроматора с дифракционной решеткой 1200 шт/м. Спектральная ширина щелей была 0,5 нм/мм.

Результаты и их обсуждение. Спектр фосфоресценции 1,3,5-ТФБ в толуоле при 77К, представленный на рисунке 2, по своей структуре подобен спектру его фосфоресценции в н.-гексане [3] при этой же температуре.

Рис. 2. Спектр фосфоресценции 1,3,5-ТФБ в толуоле при 77К

75/2011 Г^

Вестник Ставропольского государственного университета [¡вдН

В нем также наблюдаются четыре наиболее интенсивные полосы. Однако распределение интенсивностей между полосами немного иное. В н.-гексане интенсивность наиболее коротковолновой полосы, соответствующей 0-0 переходу, в два раза меньше интенсивности рядом расположенной колебательной полосы. В стеклообразном толуоле (см. рис. 2) интенсивности этих полос соизмеримы. Относительное распределение интенсивностей между колебательными полосами приблизительно одинаково.

Кроме этого спектр фосфоресценции 1,3,5-ТФБ в толуоле смещен на 20 см-1 в коротковолновую область в сравнении с его спектром фосфоресценции в н.-гексане. Результаты определения положения максимума полос и их отнесения приведены ниже в таблице.

№ X, (А) и, (см-1) Частота колебаний Интерпр етация

1. 4415 22640 0-0 0-0

2. 4670 21410 1230 И0-1

3. 4945 20220 2420 И0-2

4. 5245 19060 3580 И0-3

Вибрационный анализ спектра проводился в предположении, что постоянная ангармонизма в основном и в возбужденном триплетном состояниях равны.

Тогда для возбужденного триплетного состояния можно записать

ю01 = ( - 2(с = 1230 см-1 (1)

(002 = 2( - 6(с = 2420 см-1 (2)

(03 = 3( -12(0с = 3580 см-1 (3)

Здесь ие - собственная частота нормального колебания 1,3,5-ТФБ; ш0% - постоянная ангар-монизма. Эти параметры данного колебания можно вычислить путем совместного решения системы из двух любых уравнений (1) - (3). Совместное решение (1) - (2) дает ш% = 20 см-1; (2) и (3) дает 17 см-1; (1) и (3) дает 18 см-1.

Таким образом, можно считать, что постоянная ангармонизма колебания активного в спектре фосфоресценции 1,3,5-ТФБ равна 18±3 см-1, а частота данного колебания и0 = 1260 см-1.

Колебания с данной частотой, значение которой в зависимости от растворителя изменяется от 1260 до 1280 см-1, наблюдаются у молекулы дифенила, имеющей два бензольных кольца. Поэтому можно предположить, что данная фундаментальная частота принадлежит «скелетным» колебаниям бензольных колец 1,3,5-ТФБ.

Заключение. Структура спектра фосфоресценции 1,3,5-ТФБ в толуоле определяется фундаментальной частотой колебания и0 = 1260 см-1 и ее обертонами. Постоянная ангармонизма этого колебания и0 = 18±3 см-1. Данная частота является характеристической частотой «скелетных» колебаний бензольных колец.

ЛИТЕРАТУРА

1. Теплицкая Т. А. Квазилинейчатые спектры люминесценции как метод исследования сложных природных органических смесей. — М.: Изд-во МГУ, 1971. - 77 с.

2. Шпольский Э. В. Проблемы происхождения и структуры квазилинейчатых спектров органических соединений при низких температурах // Успехи физических наук. — 1962. — Т. 77. — № 2 — С. 321—336.

3. Ruziewicz Z., Fulinska-Wojcik G. Configuration of molecules of 1,3,5-triphenyl benzene and the structure ofphosphorescence spectra of its solutions at 77K// BULLETIN DE L'ACADEMIE POLONAISE DES SCIENCES. Serie des sciences math., astr. etphys. — 1970. — V. 15. — № 10. — P. 629—634.

Об авторах

Сураева Елена Юрьевна, ГОУ ВПО «Ставропольский государственный университет», аспирант. Сфера научных интересов - межмолекулярный перенос энергии электронного возбуждения. sel-21 @ yandex.ru

Гаджиалиева Ирина Вячеславовна, Невинно-мысский государственный гуманитарно-технический институт, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики и математики. Сфера научных интересов - преобразование энергии электронного возбуждения в молекулярных средах. gadzalina@ yandex. ru

Шаповалова Анна Михайловна, ГОУ ВПО

«Ставропольский государственный университет», аспирант. Сфера научных интересов - фотофизические процессы с участием триплетных состояний.

shapovalova_a612 @rambler.ru