Optyczna mikrocela pomiarowa mikro- i - MEMS lab

I.2008
Mikrosystemy Analityczne
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. Mikromechaniczna, przepływowa cela pomiarowa
3. Pompa perystaltyczna MasterFlex
3. Miniaturowy spektrometr VIS/NIR (Optel, Polska)
4. Komputer 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 MikroinŜynierii i Mikromechaniki
Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki
Politechnika Wrocławska
I.2008
Mikrosystemy Analityczne
Strona 2 z 4
Przebieg ćwiczenia:
Przygotowanie stanowiska:
1. Włączyć oświetlacz halogenowy (czas rozgrzewania lampy ok. 15 min)
2. Włączyć komputer. Upewnić się, Ŝe spektrometr jest prawidłowo podłączony do
złącza USB komputera. Złącze to słuŜy zarówno do transmisji danych jak i do
zasilania spektrometru.
3. Uruchomić program obsługi spektrometru (skrót na Pulpicie).
Pomiary widma transmitancji wybranych barwników fluorescencyjnych
Cel: zmierzenie widma transmitancji 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: etanol : woda (1:1)
1. Zestawić układ pomiarowy według. Rys. 3.
a. Podłączyć światłowód wejściowy S3 do oświetlacza halogenowego za
pośrednictwem.
b. Podłączyć światłowód odbiorczy S4 do spektrometru
c. Przepłukać obwód cieczowy etanolem.
d. W programie obsługi spektrometru ustawić:
1. Zakładka Parametry: „Czas integracji”: ok. 2-3 ms (dopasować tak,
aby program nie sygnalizował przekroczenia maksymalnego poziomu
światła pomiarze cieczy odniesienia)
2. Typ pomiaru „Pojedynczy”
Rysunek 3. Schemat układu do pomiaru widma transmitancji barwników fluorescencyjnych
Pracownia MikroinŜynierii i Mikromechaniki
Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki
Politechnika Wrocławska
I.2008
Mikrosystemy Analityczne
Strona 3 z 4
1. Pomiar transmitancji
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 „Transmisja”. Zmierzyć widmo transmisji (Przycisk
„Pomiar”) barwnika. Widmo zapisać na pulpicie, w katalogu Mikrosystemy
analityczne/Nazwa_grupy
e. Zanotować długość fali odpowiadającą minimum transmitancji barwnika
f. Powtórzyć pkt c-e dla pozostałych barwników.
2. Opracowanie wyników:
a. Wszystkie charakterystyki widmowe transmitancji dla poszczególnych
barwników znormalizować i przedstawić na jednym wykresie
Pomiary charakterystyk spektralnych diod LED
Cel: dobranie źródła światła wzbudzającego do pomiarów fluorescencji barwników.
1. Zestawić układ pomiarowy według Rys. 4.
a. Wybraną diodę LED zainstalować w otworze górnym obudowy mikroceli
pomiarowej (nad celą pomiarową)
b. Ustawić w programie obsługi spektrometru
i. Zakładka Parametry: „Czas integracji”: ok. 8 ms,
ii. Typ pomiaru „Pojedynczy”
c. Wypełnić celę pomiarową rozpuszczalnikiem (etanol/woda)
d. Zmierzyć i zapisać widma wszystkich diod LED
2. Opracowanie wyników:
a. Wszystkie charakterystyki widmowe transmitancji dla poszczególnych diod
LED znormalizować względem widma o największej amplitudzie i
przedstawić na jednym wykresie
b. Na podstawie zmierzonych widm dobrać diody LED jako źródła światła
wzbudzającego dla poszczególnych barwników fluorescencyjnych
Pomiary fluorescencji wybranych barwników fluorescencyjnych
1. Zestawić układ pomiarowy według Rys. 4.
a. Wybraną diodę LED zainstalować w otworze górnym obudowy detektora
b. Podłączyć światłowód wyjściowy S3 do spektrometru
c. Ustawić w programie obsługi spektrometru
i. Zakładka Parametry: „Czas integracji”: ok.160 ms,
ii. Typ pomiaru „Pojedynczy”
Pracownia MikroinŜynierii i Mikromechaniki
Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki
Politechnika Wrocławska
I.2008
Mikrosystemy Analityczne
Strona 4 z 4
Rysunek 4. Schemat układu do pomiaru charakterystyk spektralnych LED i fluorescencji
2. Pomiar fluorescencji
a. Przed kaŜdym pomiarem celę pomiarową przepłukać etanolem
b. Wypełnić celę badanym barwnikiem
c. Zmierzyć i zapisać widma fluorescencji poszczególnych barwników.
d. Zmierzyć i zapisać widma fluorescencji roztworów eozyny o róŜnej
koncentracji.
3. Opracowanie wyników:
a. Dla kaŜdego zapisanego widma fluorescencji: odjąć linię bazową a następnie
znormalizować
b. Określić długość fali, dla której przypada maksimum fluorescencji
poszczególnych barwników.
c. Przedstawić na jednym wykresie znormalizowane charakterystyki widmowe
fluorescencji barwników.
d. Przedstawić na jednym wykresie znormalizowane charakterystyki widmowe
fluorescencji eozyny dla róŜnych koncentracji.
Zakończenie pomiarów
Przepłukać układ pomiarowy wodą/etanolem a następnie układ zapowietrzyć.
Literatura:
1. S. Bargiel i in., Nanoliter detectors for flow systems, Sensors & Actuators A, 115,
2004, 245-251
Pracownia MikroinŜynierii i Mikromechaniki
Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki
Politechnika Wrocławska