Đánh giá ảnh hưởng công suất, tần số lặp lại của laser kích thích trong phép đo thời gian sống huỳnh quang trong dung dịch và môi trường tế bào hạt Nano

Tên đề tài:
Đánh giá ảnh hưởng công suất, tần số lặp lại của laser kích
thích trong phép đo thời gian sống huỳnh quang trong dung dịch
và môi trường tế bào hạt Nano.

Học viên: Hoàng Thị Hải Yến


Nội dung

-

Tổng quan


Cơ sở lí thuyết

-

Thời gian sống huỳnh quang: là tổng số thời gian trung bình trên trạng thái kích thích sau khi
mẫu được kích thích.

-

Thời gian sống của các phân tử trên trạng thái kích thích được định nghĩa là khoảng thời gian
mà cường độ huỳnh quang giảm đi e lần so với cường độ ban đầu.

I(t): cường độ huỳnh quang tại thời điểm t,
I(0): cường độ huỳnh quang tại thời điểm t=0,
τ: thời gian sống huỳnh quang
Ý nghĩa: Thời gian sống của các phân tử trên trạng thái kích thích là một thơng số động học quan

trọng, đặc trưng cho phân tử trong một môi trường và cung cấp những thông tin như về: khả năng
hấp thụ, phát xạ và laser; sự biến đổi cấu trúc phân tử và đặc biệt trong sự truyền năng lượng giữa
hai phân tử khác nhau


Cơ sở lí thuyết
-

Trong thực nghiệm, chúng ta khơng thể quan sát được độ tích lũy trên trạng thái kích thích nhưng chúng ta
có thể quan sát thơng qua cường độ phát xạ tương ứng.

-

Nguyên tắc đo: ghi lại profile đường cong suy giảm theo thời gian của cường độ tín hiệu. Sự phân bố thời
gian của photon phát xạ chính là đường suy giảm cường độ phát quang.


Các phương pháp đo thời gian sống huỳnh quang

A. Đo theo miền tần số
B. Đo theo miền thời gian
- Đo bằng kỹ thuật lấy mẫu tương tự
- Đo bằng streak camera
- Đo bằng kỹ thuật đếm đơn photon tương quan thời gian(TCSPC)


A. Đo theo miền tần số

•
•

Ưu điểm: nguyên lý đo đơn giản
Nhược điểm: không thể hiện trực tiếp đường suy giảm huỳnh quang của mẫu.

- Thời gian sống huỳnh quang liên quan đến độ lệch pha của tín hiệu kích thích và tín hiệu huỳnh quang


B. Đo theo miền thời gian
-

Đo bằng kỹ thuật lấy mẫu tương tự

•

Ưu điểm: nguyên lý đo đơn giản, rẻ tiền

•

Nhược điểm: Do đáp ứng của đầu thu và ADC nên chỉ đo được các mẫu có thời gian sống huỳnh quang cỡ ns.

-

Đo bằng streak camera

•

Ưu điểm: rất phù hợp trong các thí nghiệm quang phổ phân giải thời gian.

•

Nhược điểm: ngun lí, hệ thống phức tạp.


Phương pháp đếm đơn photon tương quan thời gian




là một kỹ thuật phổ biến nhất trong phương pháp đo miền thời gian.
Có sẵn ở viện vật lý.
Ưu điểm:
Ghi lại được sự suy giảm rất nhanh của cường độ huỳnh quang- khó khăn của hệ điện tử thu tín hiệu.
Ghi lại được tín hiệu huỳnh quang rất yếu.


Sơ đồ tổng quát của hệ TCSPC


•
-

Mẫu đo:
CdTe: C=10^-3M, đỉnh phổ huỳnh

quang 610nm

-

thời gian sống huỳnh quang dài.
Có sẵn.

có những ứng dụng hết sức to lớn trong rất nhiều lĩnh vực như quang điện tử, y sinh, thông tin lượng
tử, …


Mẫu đo:
RhB:C= 10^-5M. Đỉnh phổ huỳnh
quang 580nm

-

RhB: thời gian sống huỳnh quang ngắn.
Rhodamine B được sử dụng trong sinh

học như một loại thuốc nhuộm nhuộm huỳnh quang, đôi khi kết hợp với auramine O, như các vết auraminerhodamine để chứng minh sinh vật acid-nhanh chóng, đặc biệt là Mycobacterium.

-

Rhodamine B có khi được sử dụng như một loại thuốc nhuộm laser.


•

Laser: laser diode 405nm

-

tiết kiệm năng lượng, tuổi thọ cao, kích thước nhỏ, phát ra bước sóng ngắn, năng lượng cao.

-

nhỏ và thuận tiện.


Thực hiện:

1. Thực hiện đo trên 2 mẫu CdTe: C=10^-3M, đỉnh 610nm và RhB: C= 10^-5M, đỉnh 580nm.
2. Thay đổi công suất laser bằng thay đổi điện thế nguồn nuôi.
3. Đo thời gian sống huỳnh quang ở 2 tần số 12Mhz và 4Mhz.


Sự phụ thuộc của cống suất laser kích thích theo điện áp nguồn

Điện thế(V)

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Cơng suất(µW)

7

20

33

44

53

61

67

73

78


Sự phụ thuộc của cống suất laser kích thích theo điện áp nguồn

Hình 1. xung laser khi điện thế nguồn 9V
Hình 2. xung laser khi điện thế nguồn 14V


Sự phụ thuộc của thời gian sống huỳnh quang CdTe vào cơng suất laser kích thích

Cơng suất(µW)
Thời gian sống(ns)

7

20

33

44

53

61

67

73

78

22.05088

22.08475

22.09377

22.10038

22.12112

22.16012

22.18997

22.21279

22.22413


Sự phụ thuộc của thời gian sống huỳnh quang RhB vào cơng suất laser kích thích

Cơng suất(µW)
Thời gian sống(ns)

7

20
1.79169

1.80231

33
1.81169

44
1.81901

53

1.82657

61
1.83603

67
1.84129

73
1.84287

78
1.84382


Sự phụ thuộc của thời gian sống huỳnh quang RhB và CdTe vào tần số laser kích thích

Hình 3. phổ huỳnh quang CdTe khi bị kích thích bởi laser tần số 4MhZ( bên trái) và 12 MHz(bên phải).


Hình 4. phổ huỳnh quang RhB khi bị kích thích bởi laser tần số 4MhZ( bên trái) và 12 MHz(bên phải).


Sự phụ thuộc của thời gian sống huỳnh quang RhB và CdTe vào tần số laser kích thích


Thảo luận:

•

Về dạng xung của laser theo cơng suất: xung bị rộng ra khi công suất ( thế nuôi
laser) tăng do tốc độ bơm tăng .

•

Thời gian sống theo cơng suất: do hiệu ứng nhiệt, do dạng xung laser thay đổi
nên gây ra sai khác về thời gian sống.

•

Thời gian sống theo tần số:

- với tần số12 Mhz thì thời gian thu dữ liệu nhanh gấp 3 lần khi dùng 4Mhz.
- Với RhB có thời gian sống ngắn nên thích hợp với cả 4Mhz và 12 Mhz.
- Với CdTe do có thời gian sống dài nên dùng 4 Mhz là hợp lí nhất. Nếu dùng 12
Mhz thì do CdTe có thời gian sống dài ( cỡ 22 ns) nên khi CdTe chưa kịp hồi phục về
trạng thái cân bằng thì lại bị xung laser khác kích thích gây ra nền của đường dữ liệu
bị dâng lên, thời gian sống có thể bị đo sai.


Kết luận:
1. Đã nắm vững được kĩ thuật đo TCSPC, nguyên lí sơ đồ của mạch laser.
2. Đã đo được các mẫu CdTe và RhB với các công suất và tần số khác nhau.