close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY12544

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.10.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 12544
(13) C1
(19)
G 01K 11/00
G 01N 21/00
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
В ДИАПАЗОНЕ ОТ 4 ДО 60 К
(21) Номер заявки: a 20080861
(22) 2008.06.27
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт физики
имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Старухин Александр Степанович; Крук Николай Николаевич (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) LUPTON J.M. // Applied Physics Letters. 2002. - V. 81. - № 13. - P. 2478-2480.
SU 1758451 A1, 1992.
SU 1364913 A1, 1988.
US 5161890 A, 1992.
BY 12544 C1 2009.10.30
(57)
Способ определения температуры в диапазоне от 4 до 60 К, в котором в исследуемый
объем помещают температурный датчик на основе красителя, в качестве которого используют Pt-порфин, растворенный в н-парафине, обеспечивающем формирование спектров
Фиг. 2
BY 12544 C1 2009.10.30
фосфоресценции молекул красителя с высоким спектральным разрешением, измеряют интенсивности линий в спектре фосфоресценции возбужденных молекул красителя, соответствующих их излучательным переходам из нижнего триплетного состояния и термически
активируемого состояния в основное, и определяют температуру в указанном объеме по
заранее построенной калибровочной температурной зависимости отношения измеренных
интенсивностей.
Изобретение относится к области оптики, нанотехнологии и органической химии и
может быть использовано для создания миниатюрных датчиков для дистанционного зондирования температуры объектов в режиме реального времени для применения в различных областях науки и техники, использующих криогенные температуры. В частности,
способ может применяться в условиях воздействия электромагнитных полей для контроля
температуры кристаллов различного типа и биологических объектов.
Известен способ оптического определения температуры, заключающийся в создании
люминесцентного датчика, фотовозбуждении люминесценции датчика, регистрации спектров люминесценции и измерении интенсивностей полос люминесценции, по соотношению которых судят о температуре исследуемого объекта [1]. В качестве люминесцентного
датчика использована полимерная матрица, активированная молекулами Pt-2, 3, 7, 8, 12,
13, 17, 18-октаэтилпорфина. Температура определялась из отношения пиковых интенсивностей полос термически активируемой замедленной флуоресценции и фосфоресценции.
В данном способе узкий измеряемый температурный интервал (возможность измерения температуры в диапазоне от 270 до 320 К) и относительно низкая чувствительность,
обусловленная малой квантовой эффективностью замедленной флуоресценции. Данный
способ характеризуется большой трудоемкостью, которая обусловлена сильным различием (больше 103) пиковых интенсивностей фосфоресценции и замедленной флуоресценции.
Это требует применения высокочувствительной системы регистрации свечения с большим динамическим диапазоном.
Задачей данного изобретения является создание люминесцентного способа определения температур в диапазоне от 4 до 60 К.
Для выполнения поставленной задачи предложен способ определения температуры в
диапазоне от 4 до 60 К, использующий зависимость люминесценции молекул от температуры и заключающийся в измерении интенсивностей полос люминесценции, по соотношению которых судят о температуре исследуемого объекта.
Поставленная техническая задача решается тем, что в способе определения температуры в диапазоне от 4 до 60 К в исследуемый объект помещают температурный датчик на
основе красителя, в качестве которого используют Pt-порфин, растворенный в н-парафине, обеспечивающем формирование спектров фосфоресценции молекул красителя с
высоким спектральным разрешением, измеряют интенсивности линий в спектре фосфоресценции возбужденных молекул красителя, соответствующих их излучательным переходам из нижнего триплетного состояния и термически активируемого состояния в
основное, и определяют температуру в указанном объеме по заранее построенной калибровочной температурной зависимости отношения измеренных интенсивностей.
Предлагаемый способ определения температуры в диапазоне от 4 до 60 К использует
эффект получения высокоразрешенных спектров люминесценции органических соединений при растворении их в предельных углеводородах с последующим охлаждением полученных образцов до температур жидкого азота (77 К) либо жидкого гелия (4,2 К) [2]. При
фотовозбуждении растворов тетрапиррольных соединений в н-парафинах при низких
температурах в спектрах люминесценции наблюдаются наборы узких линий с полушириной ∆λ ≤ 10 см-1. В спектрах фосфоресценции Pt-порфина в растворах н-парафинов при
низких температурах наблюдалась хорошо разрешенная колебательная структура [3, 4] и в
2
BY 12544 C1 2009.10.30
выполненных авторами экспериментах была установлена зависимость регистрируемых
спектров фосфоресценции от температуры.
Пример 1
Pt-порфин (фиг. 1) растворяют в н-парафинах при комнатной температуре и концентрации ∼ 1⋅10-6 М, которую определяют спектрофотометрически при комнатной температуре с использованием известных величин коэффициентов экстинкции. Растворы Ptпорфина в матрицах н-парафинов помещают в стеклянный капилляр и запаивают.
Полученный датчик помещают в оптический криостат. Спектры фосфоресценции регистрируют на автоматизированном люминесцентном спектрометре. Для возбуждения образцов используют ультрафиолетовое излучение с длиной волны 350-400 нм.
На фиг. 2а, б приведены спектры фосфоресценции Pt-порфина в матрице н-нонана при
температурах 4,2 и 30 К соответственно.
Как видно из фиг. 2б, при повышении температуры до 30 К в спектре проявляются новые линии, наиболее интенсивные из которых имеют максимумы при 16295, 16355 и
16392 см-1. Интенсивность этих линий последовательно увеличивается с ростом температуры. Проявление этих линий обусловлено излучательной дезактивацией высокорасположенных триплетных состояний молекулы Pt-порфина, которые начинают заселяться по
мере роста температуры. При этом монотонно падает интенсивность линии с частотой
16278 см-1 с ростом температуры, которая является самой интенсивной в спектре при
4,2 К.
Для доказательства факта температурной активации линий в спектрах фосфоресценции Pt-порфина были построены аррениусовские зависимости. В качестве анализируемой
величины взято отношение интенсивности термически активируемой линии, соответствующей излучательному Тi→S0 переходу, к интенсивности линии 16278 см-1, соответствующей испусканию фосфоресценции из нижнего триплетного состояния Т1. На фиг. 3
представлена зависимость для линии с частотой 16295 см-1. Путем экстраполяции зависимостей к "нулевому значению" интенсивности определена температура, при которой возможно наблюдать в спектрах фосфоресценции соответствующую линию. Величина этой
температуры равна примерно 4 К и представляет собой нижнюю границу измерения температуры с помощью данного датчика. Калибровочная зависимость для определения температуры имеет вид Т = 20.66/(2.386 - ln(I16295/I16278)).
Пример 2
Аналогичные измерения проведены с тем же датчиком при детектировании изменения
интенсивности линии с частотой 16355 см-1. Построена зависимость Аррениуса для этой
линии (фиг. 4). Калибровочная зависимость для определения температуры имеет вид
Т = 35,6/(2.684 - ln(I16355/I16278)).
Таким образом, для определения температуры необходимо измерять интенсивности
фосфоресценции из нижнего триплетного T1 и термически активируемого Ti состояний
фосфоресцирующего датчика. На основании полученных результатов можно предложить
способ создания семейства дистанционных молекулярных термометров для измерения
температуры в диапазоне от нескольких градусов К до 60 К.
Источники информации:
1. Lupton J.M. // Appl. Physics Letters. - 2002. - V. 81. - 2478-2480.
2. Шпольский Э.В. // УФН. - 1960. - Т. 71. - 215-242.
3. Noort M., Jansen J., Canters G.W., Van der Waals J.H. // Spectrochimica Acta. - 1976. V.32A. - 1371-1375.
4. Starukhin A., Kruk M. // Proceedings SPIE. - 2007. - V. 6727, 67272Q-1-67272Q-10.
3
BY 12544 C1 2009.10.30
Фиг. 1
Фиг. 3
Фиг. 4
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
268 Кб
Теги
by12544, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа