СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В ДИАПАЗОНЕ ОТ 4 ДО 300 К Российский патент 2011 года по МПК G01N21/00 B82B1/00 

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 k_фос рассчитывается как величина, обратная времени жизни фосфоресценции τ_фос:k_фос=1/τ_фос. На фиг.3 представлена полученная зависимость вероятности дезактивации k_фос фосфоресцирующего триплетного состояния Pt(2-thpy)₂ от температуры. Калибровочные зависимости для определения температуры (в градусах Кельвина) имеют вид Т=(k_фос-0,0316)/0,00102, где величина k_фос дана в мкс^-1, либо, если непосредственно используется величина времени жизни фосфоресценции t_фос (в мкс), T=(1/τ_фос-0,0316)/0,00102.

Таким образом, для определения температуры необходимо измерить время жизни фосфоресценции τ_фос, 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.

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.

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.