Способ определения температуры в диапазоне от 4 до 300 к
Владельцы патента RU 2424501:
Государственное научное учреждение "Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
Изобретение относится к области оптики и нанотехнологии. В способе в исследуемый объект помещают температурный датчик на основе красителя, в качестве которого используют комплекс Рt(2-(2-тиенил)-пиридинат)2, растворенный в 2-метил-тетрагидрофуране. Измеряют кинетику затухания фосфоресценции молекул красителя. Определяют температуру в указанном объекте по заранее построенной калибровочной зависимости вероятности дезактивации фосфоресцирующего триплетного состояния от температуры. Техническим результатом является создание люминесцентного способа определения температур в диапазоне от 4 до 300 К и возможность измерений температуры на длинах волн, соответствующих окну прозрачности биологических тканей. 3 ил.
Изобретение относится к области оптики, нанотехнологии, молекулярной спектроскопии, химии и может быть использовано для создания миниатюрных датчиков для дистанционного зондирования температуры объектов в режиме реального времени, где температура исследуемых объектов варьируется от нескольких градусов К до 300 К. В частности, способ может применяться в условиях воздействия электромагнитных полей для контроля температуры кристаллов различного типа и биологических объектов.
Известен способ измерения температуры, основанный на измерении времени жизни фосфоресценции диацетила (CH3COCOCH3), по изменению величины которого судят о температуре [1]. Диапазон измерения температуры с помощью данного способа составляет от 273 до 393 К.
Недостатками данного способа являются: невозможность измерения температуры ниже 273 К и ограниченная применимость для измерения температуры в биологических тканях.
Задачей данного изобретения является создание люминесцентного способа определения температур в диапазоне от 4 до 300 К и возможность измерения температуры на длинах волн, соответствующих окну прозрачности биологических тканей.
Для выполнения поставленной задачи предложен способ определения температуры в диапазоне от 4 до 300 К, использующий зависимость вероятности дезактивации возбужденных триплетных состояний молекул от температуры и заключающийся в измерении времени затухания фосфоресценции, по обратной величине которого судят о температуре исследуемого объекта.
Способ определения температуры в диапазоне от 4 до 300 К, в котором в исследуемый объект помещают температурный датчик на основе красителя, в качестве которого используют комплекс Pt(2-(2-тиенил)-пиридинат)2, растворенный в 2-метил-тетрагидрофуране, измеряют кинетику затухания фосфоресценции молекул красителя и определяют температуру в указанном объекте по заранее построенной калибровочной зависимости вероятности дезактивации фосфоресцирующего триплетного состояния от температуры.
Предлагаемый способ определения температуры в диапазоне от 4 до 300 К использует явление температурной зависимости вероятности дезактивации энергии электронного возбуждения триплетных состояний органических соединений [2].
Пример 1.
Молекулы комплекса P1(2-(2-тиенил)-пиридинат)2 (далее - Pt(2-thpy)2) (см. фиг.1) растворяют в 2-метил-тетрагидрофуране при комнатной температуре и концентрации ~1·10-5 M, которую определяют спектрофотометрически при комнатной температуре с использованием известных величин коэффициентов экстинкции. Растворы Pt(2-thpy)2 помещают в стеклянный капилляр, откачивают до давления воздуха ~1·10-5 Торр и запаивают.
Полученный датчик помещают в оптический криостат. Кинетики затухания фосфоресценции регистрируют на автоматизированном люминесцентном спектрометре. Для возбуждения образцов используют излучение неодимового лазера с длиной волны 530 нм.
На фиг.2 приведена кинетика затухания фосфоресценции Pt(2-thpy)2 в 2-метил-тетрагидрофуране, измеренная при температуре 77 К. Как видно из фиг.2, кинетика затухания фосфоресценции является моноэкспоненциальной. Моноэкспоненциальный закон затухания выполняется во всем исследованном температурном диапазоне.
Вероятность дезактивации фосфоресцирующего триплетного состояния kфос рассчитывается как величина, обратная времени жизни фосфоресценции τфос:kфос=1/τфос. На фиг.3 представлена полученная зависимость вероятности дезактивации kфос фосфоресцирующего триплетного состояния Pt(2-thpy)2 от температуры. Калибровочные зависимости для определения температуры (в градусах Кельвина) имеют вид Т=(kфос-0,0316)/0,00102, где величина kфос дана в мкс-1, либо, если непосредственно используется величина времени жизни фосфоресценции tфос (в мкс), T=(1/τфос-0,0316)/0,00102.
Таким образом, для определения температуры необходимо измерить время жизни фосфоресценции τфос, испускаемой фосфоресцирующим датчиком. Измерения могут быть выполнены на любой длине волны в области спектра фосфоресценции Pt(2-thpy)2 от 580 до 670 нм.
Источники информации
1. А.с. СССР1 647288 A1, МКИ G01K 11/20. Устройство для измерения температуры.
2. С.Мак-Глинн, Т.Адзуми, М.Киносита. Молекулярная спектроскопия триплетного состояния. - М.: Мир, 1972.
Способ определения температуры в диапазоне от 4 до 300 К, в котором в исследуемый объект помещают температурный датчик на основе красителя, в качестве которого используют комплекс Рt(2-(2-тиенил)-пиридинат)2, растворенный в 2-метил-тетрагидрофуране, измеряют кинетику затухания фосфоресценции молекул красителя и определяют температуру в указанном объекте по заранее построенной калибровочной зависимости вероятности дезактивации фосфоресцирующего триплетного состояния от температуры.
