Фотофизические процессы в микрогетерогенных полимер-мицеллярных растворах сложных органических соединений (1105156)
Текст из файла
На правах рукописиБУЛАКОВ Дмитрий ВладимировичФОТОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В МИКРОГЕТЕРОГЕННЫХПОЛИМЕР – МИЦЕЛЛЯРНЫХ РАСТВОРАХ СЛОЖНЫХОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ01.04.05 – оптикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква 2007Работа выполнена на кафедре общей физики физического факультетаМосковского Государственного Университета им. М.В. Ломоносова.Научный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор А.М. Салецкий,физический факультет МГУим.
М.В. ЛомоносоваОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор В.З. Пащенко,биологический факультет МГУим. М.В. Ломоносова;доктор физико-математических наук,профессор Р.З. Сюняев, РГУ нефти игаза им. И.М. ГубкинаВедущая организация:Оренбургский ГосударственныйУниверситетЗащита состоится " 1 " ноября " 2007г. в " 18 " час. на заседанииСпециализированного совета Д 501.001.67 при Московском ГосударственномУниверситете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992, г.
Москва, Ленинскиегоры,ГСП-2,Физическийфакультет,Физическаяаудиторияим Р.В. Хохлова.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультетаМГУ.Автореферат разослан " 28 " сентября 2007г.Ученый секретарьСпециализированного совета Д 501.001.67кандидат физико-математических наук2А.Ф. КоролёвОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. Изучение микрогетерогенных молекулярныхструктур является в последнее время одной из важнейших задач современнойфизики, оптики и спектроскопии. Это объясняется значимостью такого родаструктур в природных системах, а также их растущим практическимприменением в биофизике, медицине, химической физике, промышленности.Одним из примеров таких структур являются полимер-мицеллярныекомплексы–высокомолекулярныесоединенияполиэлектролитовсповерхностно-активными веществами.
Данные системы обладают легковарьируемымибиологическиеформойиразмерами,свойства.имеютСуществованиеособыекакоптическиеиэлектростатическихвзаимодействий между заряженными компонентами комплекса, так игидрофобныхвзаимодействиймеждуполимернымицепочкамиимицеллярной основой обуславливают способность к самоорганизации.Поэтому полимер-мицеллярные системы можно рассматривать в качественанореактора с легко варьируемыми размерами, формой и “природой”стенок.Отличительнойособенностьюполимер-мицеллярныхкомплексовявляется их способность связывать заряженные частицы. В связи с этим,особый интерес представляет изучение фотофизических процессов, в томчисле переноса энергии электронного возбуждения и молекулярнойассоциации, происходящих в ансамблях молекул сложных органическихсоединений,внедренныхвмикрогетерогеннуюполимер-мицеллярнуюматрицу.
Интерес к этим процессам обусловлен тем, что их эффективностьнапрямую зависит от пространственной организации системы, и в первуюочередь, от её гетерогенности, обусловленной наличием областей сповышенной концентрацией молекул. Поэтому выявленные закономерности3фотофизических процессов в таких гетерогенных молекулярных системахпозволяют определить их структурные изменения.Цель проведенных исследований состояла в изучении структурыполимер-мицеллярныхвнедреннымисистем,молекуламифотофизическихсложныхорганическихпроцессовмеждувеществ,влиянияструктуры образующихся комплексов на эффективность таких процессов.В частности, в задачи диссертационной работы входили исследования:1.
Структурныхособенностейполимер-мицеллярныхкомплексовметодами лазерной корреляционной спектроскопии.2. Однородной и разнородной ассоциации молекул органическихкрасителей в полимер-мицеллярных растворах.3. Процессов переноса энергии электронного возбуждения междумолекулами органических красителей в полимер-мицеллярных растворах.Научная новизна.Впервые методами лазерной корреляционной спектроскопии показановлияние концентрации, степени полимеризации, количества заряженныхзвеньевполиэлектролитанаформу,размерыиполидисперсностьобразующихся полимер-мицеллярных комплексов. Впервые проведеноисследование процессов однородной и разнородной ассоциации молекулкрасителейвполимер-мицеллярныхрастворах.Установлено,формированиеполимер-мицеллярныхкомплексовстабилизирующеедействиеобразующихсянаструктуручтооказываетассоциатовкрасителя.
Впервые исследованы процессы переноса энергии электронноговозбуждения между молекулами активных красителей в растворах полимермицеллярных комплексов с добавлением органических растворителей.Зарегистрирована высокая эффективность таких процессов вмицеллярныхрастворах,обусловленнаяформированиемполимеркластерныхструктур с фрактальной размерностью распределения взаимодействующихмолекул.4Научная и практическая значимость полученных результатов.Результаты исследования фотофизических процессов в растворах смикрогетерогенной структурной организацией расширяют представления омеханизмах взаимодействия в сложных молекулярных и биологическихсистемах.
Предложенные экспериментальные подходы в исследованияхсложных молекулярных систем и полученные результаты могут бытьиспользованы в качестве методики изучения структуры микрогетерогенныхмолекулярных систем и фотофизических процессов, проходящих в этихсистемах, и для построения модели сложных полимер-мицеллярныхструктур.Полученныеданныеоструктуреполимер-мицеллярныхкомплексов могут служить основой для создания и разработки новыхмикрогетерогенных структур, применяемых в медицине, пищевой инефтедобывающей промышленностях.Основные защищаемые положения.1. Структура, форма и распределение по размерам образующихсяполимер-мицеллярныхкомплексовопределяютсяэлектростатическимивзаимодействиями макромолекул системы и регламентируются степеньюполимеризациииконцентрациейполиэлектролита.Увеличениеконцентрации и уменьшение степени полимеризации полиэлектролита врастворе обуславливает уменьшение его полидисперсности.
При большихконцентрациях полиэлектролита в растворах наблюдается формированиеассоциатов полимер-мицеллярных комплексов.2. Уменьшение размеров и изменение формы полимер-мицеллярныхкомплексов при добавлении в раствор органических растворителей (спиртов)связаносуменьшениемполярностисредыиусилениемэффектапротивоионной ассоциации.3.
Высокая эффективность однородной и разнородной ассоциациимолекул органических соединений в растворах макромолекул поверхностно-5активных веществ и полиэлектролитов обеспечивается за счет внедренияионных молекул красителей в полимер-мицеллярный комплекс.4. Высокая эффективность процессов переноса энергии электронноговозбуждения между молекулами красителей в полимер-мицеллярныхрастворах обусловлена формированием кластерных структур с фрактальнойразмерностью системы взаимодействующих молекул.5. Вмикроструктурированныхполимер-мицеллярныхрастворахпроцессы насыщения люминесценции молекул красителей при малыхинтенсивностях возбуждающего света связаны с усилением процессовстатического и динамического тушения флуоресценции.Апробация работы: Основные результаты диссертационной работы былипредставлены на следующих конференциях:1.
10-яМеждународнаяконференциястудентовиаспирантовпофундаментальным наукам “Ломоносов-2003” (Москва, 2003).2. 3-я Международная конференция молодых ученых и специалистов«Оптика –2003» (Санкт-Петербург, 2003).3. Международная конференция «Современные проблемы физики и высокиетехнологии» (Томск, 2003).4. 4-ая Международная конференция молодых ученых и специалистов«Оптика – 2005» (Санкт-Петербург, 2005).5. 3-я Международная конференция «Фундаментальные проблемы физики»(Казань, 2005).6. 4-ый Международный конгресс «Оптика –21 век» (Санкт-Петербург,2006).7.
14-ая Всероссийская конференция «Структура и динамика молекулярныхсистем» (Яльчик, 2007).8. 13-я Всероссийская научная конференция студентов–физиков и молодыхучёных (Ростов-на-Дону, 2007).69. Международная конференция «Laser applications in life sciences» (Москва,2007).10. 13-я Международная конференция студентов, аспирантов и молодыхученых по фундаментальным наукам “Ломоносов-2007” (Москва, 2007).Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ.Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав,заключения и списка цитируемой литературы. Объём диссертации составляет124 страницы, включает 49 рисунков, а также список использованнойлитературы из 174 наименований.Во введении рассматриваются актуальность поставленной задачи иобсуждаются цели настоящей работы.Первая глава, состоящая из 3 параграфов, посвящена обзорулитературы, относящейся к описанию структурных особенностей комплексовна основе полиэлектролитов и поверхностно-активных веществ, а такжеисследуемых фотофизических процессов.Во второй главе перечислены вещества, использовавшиеся в работе,представленыметодикиприготовленияобразцов,описаныэкспериментальные методы исследования структуры полимер-мицеллярныхкомплексов и фотофизических процессов.В третьей и четвертой главах представлены и обсуждены полученныеэкспериментальные результаты.В заключение отдельным пунктом вынесены основные результаты ивыводы.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель изадачи исследований, показана новизна и научно-практическая значимостьрезультатов, изложены основные защищаемые положения диссертации.Глава 1, состоящая из трех параграфов, посвящена описаниюструктуры комплексов на основе полиэлектролитов и поверхностно –7активных веществ (§1.1.), обзору литературы, посвященной исследованиюфотофизическихпроцессов:ассоциации(§1.2)ипереносуэнергииэлектронного возбуждения (ПЭЭВ) (§1.3) между молекулами сложныхорганических соединений в микрогетерогенных молекулярных системах.Глава 2 посвящена методической части экспериментов: представленыобъекты исследования и методики приготовления образцов (§2.1.), описаныэкспериментальные методы исследования: динамическое светорассеяние(§2.2.), люминесцентно-спектральный анализ (§2.3.), абсорбционный метод(§2.4.).Глава 3 посвящена исследованию структуры микрогетерогенныхполимер-мицеллярных комплексов.Впараграфекомплексообразования§3.1.впредставленырезультатымикрогетерогенныхсистемахисследованийнаосновеполиэлектролита (ПЭ) – полиакриловой кислоты (ПАК) и поверхностноактивноговещества(ПАВ)–цетилпиридинийхлорида(ЦПХ)абсорбционным методом в водных и этанольных растворах.На основании полученных данных установлено, что увеличениеконцентрации ПЭ в полимер-мицеллярных комплексах (ПМК) для всехстепеней полимеризации ведет к уменьшению критической концентрацииассоциации (ККА).
При малых концентрациях ПАК (<10-5 моль/л) ККАраствора больше критической концентрации мицеллообразования (ККМ) дляЦПХ в водном растворе. Однако в дальнейшем, с ростом концентрации ПАК,наблюдается уменьшение ККА, более чем на порядок, связанное сувеличением ионной силы раствора. Существенный рост (~ 6 раз) ККА ПМКс увеличением степени полимеризации ПЭ наблюдается только для малыхконцентраций ПАК (<10-5моль/л). Таким образом, меняя концентрацию истепень полимеризации ПЭ можно существенным образом влиять на степеньсвязывания ПАВ и ПЭ в растворе.8Исследования влияния этанола подтвердили деструктивное действиеспирта на процесс полимер-детергентного комплексообразования. Прималых концентрациях ПЭ, т.е. когда ККА превышает ККМ ЦПХ, добавлениеспирта уменьшает значение концентрации ЦПХ, при которой наблюдаютсясущественные изменения оптической плотности раствора.
Вместе с тем, дляполимер-мицеллярных растворов, содержащих ПЭ с концентрацией > 10-4моль/л, значение ККА растет с ростом объёмной доли содержания спирта ипри значениях больших 10% становиться равной ККМ ЦПХ в водномрастворе.В параграфе §3.2. представлены результаты исследований размера иформыПМКдляразличныхзначенийконцентрацииистепениполимеризации ПЭ методом лазерной корреляционной спектроскопии.Зависимость гидродинамическогорадиуса комплекса ПАК-ЦПХ (R)отконцентрации(CПАК)истепени полимеризации (L) ПЭпредставлена на рис.1.Экспериментальное исследованиевлиянияПЭнаструктуруобразующихся комплексов ПАК –мицелла показало, что гидродинамическийрадиусобразу-ющихся комплексов, возрастает с увеличением концентрации ПЭ (рис.1).При этом градиент этой зависимости в области концентраций ПАК от 10-5 до10-3 моль/л является незначительным.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
