Optyczna mikrocela pomiarowa mikro

IV.2008
Strona 1 z 4
DETEKTORY OPTYCZNE MIKRO- I NANOOBJĘTOŚCI
Ćwiczenie nr 5
Optyczna mikrocela pomiarowa mikro‐ i nanoobjętości Cel ćwiczenia: Poznanie spektrometrycznych metod pomiaru fluorescencji i absorbancji cieczy w mikroskali,
z wykorzystaniem mikromechanicznej głowicy pomiarowej z włóknami światłowodowymi
oraz miniaturowego spektrometru VIS/NIR. W ćwiczeniu zostaną zmierzone charakterystyki
spektralne fluorescencji i/lub absorbancji wybranych analitów.
Opis stanowiska: 1. Źródło światła: diody LED, oświetlacz halogenowy (Optel, Polska)
2. Mikrocela pomiarowa (przepływowa głowica pomiarowa)
3. Pompa perystaltyczna MasterFlex
3. Miniaturowy spektrometr VIS/NIR (Optel, Polska)
4. Komputer przenośny z oprogramowaniem
Rysunek 1. Mikromechaniczna głowica pomiarowa:
a) schemat integracji światłowodów w mikrokanale cieczowym ( L1 = 520 µm, L2 = 600 µm),
b) zdjęcie struktury rzeczywistej, widoczne wzbudzenie fluoresceiny światłem wprowadzonym do światłowodu S1
Rysunek 2. Schemat układu pomiarowego do pomiaru fluorescencji
oraz absorbancji barwników fluorescencyjnych
Pracownia Mikroinżynierii i Mikromechaniki
Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki
Politechnika Wrocławska
IV.2008
Strona 2 z 4
Przebieg ćwiczenia: 1. Przygotowanie stanowiska:
1. Włączyć oświetlacz halogenowy (czas rozgrzewania lampy ok. 15 min).
2. Włączyć komputer. Upewnić się, że spektrometr jest prawidłowo podłączony
do złącza USB komputera. Złącze to służy zarówno do transmisji danych jak i do
zasilania spektrometru.
3. Uruchomić program obsługi spektrometru (skrót na Pulpicie).
2. Pomiary charakterystyk spektralnych diod LED
Cel: wstępne dobranie źródła światła wzbudzającego do pomiarów fluorescencji barwników.
1. Przepłukać układ pomiarowy wodą, a następnie zapowietrzyć.
2. Zestawić układ pomiarowy według Rys. 3.
a. Wybraną diodę LED zainstalować w obudowie mikroceli pomiarowej
i podłączyć do zasilacza.
b. Ustawić w programie obsługi spektrometru:
i. Zakładka Parametry: „Czas integracji”: 700−800 ms (dopasować).
ii. Typ pomiaru: „Pojedynczy”.
c. Zmierzyć i zapisać widma natężeniowe wszystkich diod LED w katalogu
swojej grupy (Pulpit\Mikrosystemy analityczne\<Nazwa_grupy>).
3. Opracowanie wyników:
a. Wszystkie charakterystyki widmowe natężenia światła dla poszczególnych
diod LED znormalizować względem widma o największej amplitudzie
i przedstawić na jednym wykresie.
Rysunek 3. Schemat układu do pomiaru charakterystyki spektralnej diod LED
3. Pomiary widma transmisji wybranych barwników fluorescencyjnych
Cel: zmierzenie widma transmisji barwników fluorescencyjnych oraz określenie na ich
podstawie długości fali λTmin, dla której barwniki wykazują największą absorpcję światła.
•
•
•
•
Analit 1: roztwór fluoresceiny
Analit 2: roztwór eozyny
Analit 3: roztwór ryboflawiny
Rozpuszczalnik dla wszystkich barwników: woda
Pracownia Mikroinżynierii i Mikromechaniki
Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki
Politechnika Wrocławska
IV.2008
Strona 3 z 4
1. Zestawić układ pomiarowy według. Rys. 4.
a. Podłączyć światłowód wejściowy S3 do oświetlacza halogenowego.
b. Podłączyć światłowód odbiorczy S4 do spektrometru.
c. Przepłukać obwód cieczowy wodą.
d. W programie obsługi spektrometru ustawić:
i. Zakładka Parametry: „Czas integracji”: 2−3 ms (dopasować tak,
aby program nie sygnalizował przekroczenia maksymalnego
poziomu światła).
ii. Typ pomiaru „Pojedynczy”.
Rysunek 4. Schemat układu do pomiaru widma transmitancji barwników fluorescencyjnych
2. Pomiar transmisji oraz wyznaczanie absorpcji
a. Wypełnić celę pomiarową rozpuszczalnikiem.
b. Przeprowadzić normalizację spektrometru. W programie obsługi spektrometru
wybrać zakładkę „Normowanie. Wcisnąć „Zeruj pomiary”. Zmierzyć prąd
ciemny CCD, a następnie zmierzyć widmo źródła światła (postępować
według wskazówek programu).
c. Wypełnić celę pomiarową badanym barwnikiem.
d. Przejść do zakładki „Widmo”. Zmierzyć i zapisać widmo absorpcji barwnika.
e. Przejść do zakładki „Transmisja”. Zmierzyć i zapisać widmo transmisji.
f. Zanotować długość fali odcięcia dla widma transmisji (minimum transmisji).
g. Powtórzyć pkt a-f dla pozostałych barwników.
3. Opracowanie wyników:
a. Wszystkie charakterystyki widmowe transmisji dla poszczególnych
barwników przedstawić na jednym wykresie.
b. Wykonać analogiczny wykres dla widmowych charakterystyk absorpcji,
uprzednio je normalizując.
Pracownia Mikroinżynierii i Mikromechaniki
Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki
Politechnika Wrocławska
IV.2008
Strona 4 z 4
4. Pomiary fluorescencji wybranych barwników fluorescencyjnych
1. Zestawić układ pomiarowy według Rys. 5.
a. Wybraną diodę LED zainstalować w obudowie mikroceli pomiarowej.
b. Ustawić w programie obsługi spektrometru:
i. Zakładka Parametry: „Czas integracji”: 700−800 ms (dopasować).
ii. Typ pomiaru „Pojedynczy”.
Rysunek 3. Schemat układu do pomiaru fluorescencji
2. Pomiar fluorescencji:
a. Przed każdym pomiarem celę pomiarową przepłukać wodą.
b. Wypełnić celę badanym barwnikiem.
c. Zmierzyć i zapisać widma fluorescencji poszczególnych barwników.
3. Opracowanie wyników:
d. Dla każdego zapisanego widma fluorescencji: odjąć linię bazową, a następnie
znormalizować przebieg.
e. Określić długość fali, dla której przypada maksimum fluorescencji
poszczególnych barwników.
f. Przedstawić na jednym wykresie znormalizowane charakterystyki widmowe
fluorescencji barwników.
g. Przedstawić na jednym wykresie znormalizowane charakterystyki widmowe
fluorescencji eozyny dla różnych koncentracji.
h. Przepłukać układ pomiarowy wodą, a następnie zapowietrzyć.
Literatura: 1. S. Bargiel i in., Nanoliter detectors for flow systems, Sensors & Actuators A, 115,
2004, 245-251
Pracownia Mikroinżynierii i Mikromechaniki
Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki
Politechnika Wrocławska