مقاله جا به جایی طیفی سرخ و آبی ناشی از نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بر طیف گسیل فلوئور سانس رودامین G6 برانگیخته شده با لیزر موج پیوسته CW هارمونیک دوم Nd : YAG

بخشی از مقاله

چکیده

در این پژوهش به بررسی طیف گسیل ذرات معلق جامد در مایع - سوسپانسیون - نانوذرات دیاکسیدتیتانیوم در محلول رودامین 6G، به دلیل اهمیت آن در مطالعه مشخصههای اپتیکی محیطهای با پراکندگی بالا پرداخته شدهاست. نتایج حاکی از جابه-جایی طیفی سرخ بهسمت طولموجهای بلندتر و در مواردی جابهجایی آبی بهسمت طولموجهای کوتاهتر، در غلظتهای مختلف رنگینه و نانوذره است. جابهجاییهای فرکانسی ناشی از دو مکانیسم غالب رقابتی بازجذب، بازگسیل - همپوشانی طیف جذب و گسیل - و نیز تغییر انبوهش مولکولهای رنگینه در حضور نانوذرات تیتانیا است. در ناحیه مشخصی نیز پدیده جایگزیدگی ضعیف فوتون مشاهده میگردد. در چگالی پایین نانوذره، جابهجایی سرخ و در چگالیهای بالا جابهجایی آبی دیده شده است.

کلید واژه- طیف سنجی فلوئورسانس القایی لیزری، رودامین 6G ، نانوذرات دیاکسیدتیتانیوم.

-1 مقدمه

مطالعه طیف گسیل فلوئورسانس سوسپانسیون نانوذرات فلزی و نیمه هادی در محلول رنگینه به دلیل اهمیت بالای آن در برررسی مشخصههای اپتیکی محیطهای با پراکندگی بالا از قبیل لیزرهای کاتورهای، مورد توجه خاصی قرار دارد. محیط فعال لیزری در لیزر کاتورهای متشکل از یک محلول رنگینه و نانوذراتی است که به منظور ایجاد پراکندگی چندگانه نور در آن وجود دارند. مشخصههای طیف گسیل به عواملی از جمله غلظت رنگینه، چگالی نانوذرات و توان دمش بستگی دارد. مطالعات انجام گرفته در این زمینه، شامل مطالعه وابستگی طیف گسیل فلوئورسانس به توان دمش توسط تاتسوکا[1] و وانگ[2]، و وابستگی آن به چگالی نانوذره توسط شاو[3] و همکاران است. در اینجا به بررسی اثر نانوذرات تیتانیا بر طیف گسیل غلظتهای مختلف رودامین 6G محلول در اتانول پرداخته میشود. مطالعه در چگالیهای مختلف نانوذره، جابهجایی سرخ و سپس جابهجایی آبی را با افزایش چگالی تیتانیا نشان میدهد. این امر به دلیل عواملی از جمله اثرات رقابتی بازجذب، بازگسیل، اثر انبوهش - aggregation - رنگینه و فرایند جایگزیدگی ضعیف فوتون گسیلی در اثر پراکندگی قوی توسط چگالی بسیار بالای نانوذره، است. جابهجایی طیفی قله گسیل با تغییر غلظت رنگینه و چگالی نانوذرات قابل تغییر است.

-2 آزمایشها و نتایج

در این پژوهش طیف گسیل نانوذرات دیاکسیدتیتانیوم - مخلوط آناتاز و روتایل با میانگین اندازه ذرات 21nm و درجه خلوص - %99/5 در محلول رودامین 6GC28H31N2O3Cl - ، درجه خلوص %99، MW=479.01 - gr/mol  بررسی شده است. از اتانول - - MW= 46.07 gr/mol به عنوان حلال استفاده شد که برای کاهش اثرات انبوهش در محلول رنگینه مورد مناسبی است. به منظور برانگیختگی مولکولهای رودامین 6G از هماهنگ دوم لیزر Nd:YAG با طول موج 532 nm استفاده شده است. نمونه مورد آنالیز، در سلول کوارتز به ابعاد 4/5×1×1 سانتیمتر ریخته شد . به منظور ثبت طیف فلوئورسانس، ابتدا طیف سنج Solar  Laser  Systems -  مدل  S-150  با  قدرتتفکیکپذیری 0/5 nm، فلوئورسانس تولید شده توسطیک تار نوری - UV 600/660, SMA-905 - به شکافورودی آن هدایت میشود - ، با استفاده از لیزر He:Ne با طول موج اصلی 632/8 nm و لیزر Nd:YAG با طول موج 532 nm، کالیبره میشود.

طرحواره سامانه آزمایشگاهی مربوط به این آزمایش در شکل - 1 - نشان داده شده است.با توجه به این موضوع که تغییر غلظت رنگینه سبب جابهجایی فرکانسی طیف گسیل میشود، به بررسی این اثر پرداخته شده است. شکل - 2 - تغییرات طول موج قله گسیل فلوئورسانس و شدت آن را در غلظتهای مختلف رودامین 6G نشان میدهد.با افزایش غلظت رودامین 6G در غلظتهای پایین افزایش شدت فلوئورسانس و در غلظتهای بالاتر از 0/25 ×10-4 مولار، کاهش فلوئورسانس مشاهده میشود. کاهش فلوئورسانس در غلظتهای بالا به دلیلفرایند خودجذبی و خودفرونشانی ناشی از برخورد وفرایند fluorescence  resonance  energy   - FRET - transfer است. همچنین در غلظتهای بالا اثر انبوهش سبب کاهش فلوئورسانس و جابهجایی سرخ میشود.[4]

شکل - 3 - طول موج قله گسیل در غلظتهای مختلف را نشان میهد.در ادامه، چگالیهای مختلف نانوذره در سه غلظت 0/125×10-1 ، 0/625×10-2 و 0/312×10-2 مولار رنگینه وارد میشود. نمونهها قبل از آزمایش جهت پخش یکنواخت و همگن، در حمام فراصوت قرار داده شده اند. طیفهای حاصل برای غلظت 0/312×10-2 M رودامین 6G در شکل - 4 - مشاهده میشود.همچنین شکل - 5 - تغییرات شدت فلوئورسانس در اثر ورود چگالیهای مختلف نانو ذره به محلول 0/312×10-2 مولار رودامین 6G را نشان میدهد.قله گسیل فلوئورسانس برای سه غلظت رودامین 6G در چگالیهای مختلف نانوذره، در شکل - 6 - قابل مشاهده است. نتایج حاکی از جابهجایی به قرمز در چگالیهای پایین تیتانیا و جابهجایی آبی در مقادیر بیشتر نانوذره است.

-3 تحلیل نتایج

همانطور که در شکل - 2 - مشاهده میشود با افزایش غلظت رودامین 6G جابهجایی طیفی به سمت طول موجهای بلندتر وجود دارد. این امر به دلیل افزایش بازجذب فوتون گسیلی در ناحیه همپوشانی طیف جذب و گسیل و بنابراین، بازگسیل در طول موجهای بلندتر است. با توجه به اینکه دیمرها، تریمرها و پلیمرها، طول موج گسیل بالاتری نسبت به مونومرها دارند، در غلظتهای بالاتر، اثر انبوهش سبب جابهجایی سرخ میشود.[4]