Комплексные подходы к характеризации наноалмазов детонационного синтеза и их коллоидных растворов (1105580), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Сигнал(интенсивность в центре зондирующего луча) с фотодиода подается на блок АЦП–ЦАП,связанный с PC-совместимым компьютером, осуществляющим синхронизацию измерений припомощи специальной программы. Относительное стандартное отклонение измерений наспектрометре 0.01–0.02. Термолинзовый спектрометр позволяет перестраивать геометриюоптической схемы и мощность индуцирующего излучения в достаточно широком интервалепараметров.Для контроля мощности всех лазеров и измерений оптической плотности натермолинзовом спектрометре использовали измеритель мощности Ophir Optronics Nova II свысокочувствительным термоэлектрическим датчиком 3A.15913452761091681715111920181316171412Рис.
52. Блок-схема коаксиального двухлучевого термолинзового спектрометра. 1 –индуцирующий лазер; 2 – зондирующий лазер; 3 — дихроичное зеркало типа ЗР-88; 4, 9,11 — дихроичные зеркала типа ЗР-100; 5 – кварцевая призма; 6 и 8 – фокусирующиелинзы; 7 – прерыватель (затвор); 10 – исследуемый образец; 12 – широкополосныйсветофильтр; 13 – диафрагма; 14 и 15 – фотодиоды типа L-3DP3C Panasonic; 16, 17 и 18 –аналоговые усилители сигнала и преобразователи тока в напряжение; 19 – АЦП–ЦАПмодуль; 20 – ПК.Дляфототермическихиоптоакустическихмикроскопическихизмеренийфототермический микроскоп (рис.
53), основанный на интегральной схеме инвертированногомикроскопа Olympus IX81 (Olympus America, Inc., Center valley, PA). Возбуждение термолинзыв образце осуществляется излучением перестраиваемого оптического параметрическогоосциллятора (ОПО, Opolette HR 355 LD, OPOTEK, Inc., Carlsbad, CA, USA). Параметрыизлучения: длина волны в диапазоне, 410–2400 нм; длительность импульса, 5 нс; частотаповторения импульса, 100 Гц, мощность изучения, 1–104 мДж/см2; размер луча в образце 0.3или 1.5 мкм для фокусирующих объективов 100× и 20×, соответственно. Энергия лазерногоимпульса контролировалась измерителем энергии (PE10-SH, OPHIR, Israel). В режиметермолинзовых измерений вызванные нагревающим лазером изменения в показателепреломления образца были детектированы путём измерения интенсивности в центре пробноголуча (model #117A, Spectra-Physics, Inc.; wavelength, 633 nm; 1.4 mW) фотодиодом, лежащим вдальней зоне (PDA36A, 40 dB amplification, ThorLabs Inc., USA).
Пробный луч соосеннагревающему, фокус пробного луча расположен до фокуса нагревающего, положение лучейконтролировалосьиндивидуальнымителескопами(BE02M-A,ThorlabsInc.,USA);хроматические аберрации объектива были минимизированы путём использования объективовахроматов. Для сбора излучения, прошедшего через образец, использовался либо стандартный160конденсор микроскопа, либо длиннофокусный объектив с увеличением ×40 (LWD, DL, Nikon,Japan).Для сбора данных и синхронизации оборудования использовался ПК (Dell Precision 690),оснащённый высокоскоростным (200 МГц) аналого-цифровым преобразователем PCI-5124, 12бит, 128 MB (National Instruments, Inc., USA), который фиксировал показания фотодиода иизмерителя энергии. Синхронизация оборудования и обработка сигналов осуществлялись ведином программном модуле (LabView 8.5, National Instruments, Inc., USA). Микроскопическиеизображения были получены при помощи цветной цифровой камеры (DP-72, Olympus), котораятакже использована для наведения и настройки лучей в образце.Рис.
53. Блок-схема термолинзового микроскопа. Образец помещался на предметныйстолик (XY сканирование)6.1.3. Обработка результатов измеренийРегистрацию спектрофотометрических данных с прибора Shimadzu UVmini 1240проводили при помощи программного обеспечения Shimadzu UVProbe, с прибора HitachiU2900 — Hitachi UV Solutions Aplications (сборка 469).161Для сбора и обработки данных термолинзовых измерений разработан специальныйалгоритм. Прикладная программа реализована на языке программирования C++, версия 5(Borland Corp., США).6.1.4. РеагентыВ качестве модельных окрашенных систем использованы следующие красители: сульфаттрис(1,10-фенантролината) железа(II), Fe(C12H8N2)3SO4 (ферроин) (ч.д.а., «Лабтех»); 4-((4диметиламинофенил)-фенил-метил)-N,N-диметиланилин,C25H30N3Cl(генциановыйфиолетовый) (Sigma Aldrich); гексагидрат нитрата кобальта(II), Co(NO3)2×6H2O (ч.д.а., Реахим)6.1.5.
Методики приготовления растворовМетодика 29. Приготовление водных дисперсий наноалмазовПорошок наноалмазов (~0.2–0.5 г в зависимости от типа наноалмаза и желаемойконцентрации) помещали в коническую колбу на 500 мл. Добавляли 500 мл дистиллированнойводы, неплотно закрывали колбу пробкой. Обрабатывали ультразвуком в УЗВ непрерывно втечение ~ 5 ч при 70C. В зависимости от типа наноалмазов получали дисперсии различногоцвета: от молочно–белого до темного–серого.
Концентрацию полученного раствора определялигравиметрически.Аликвотнуючастьисследуемогораствора(10.00 мл)помещаливпредварительно взвешенный стеклянный стакан (m ~ 20 г). Раствор упаривали в сушильномшкафу при температуре 110–120C. После испарения всего раствора стакан с сухиминаноалмазами снова взвешивали и определяли их содержание в исходном растворе в мг/мл.Методика 30. Приготовление растворов наноалмазов для спектрофотометрическихизмеренийБазовый раствор наноалмазов готовили по методике 29. Если возраст базового растворасоставлял более суток, то перед приготовлением рабочих растворов его тщательноперемешивали интенсивным ручным встряхиванием и озвучивали в бане в течение часа. Затемготовили серию рабочих растворов согласно таблице 38 в полипропиленовых одноразовыхпробирках типа Eppendorf объемом 2 мл.162Таблица 38 — Составы рабочих растворов наноалмазов для спектрофотометрическихизмеренийОбъем базовогораствора, мклОбъем воды,мклОбъем базовогораствора, мклОбъем воды,мкл102003004005006007008009001000190018001700160015001400130012001100100011001200130014001500160017001800190020009008007006005004003002001000Методика 31.
Приготовление растворов наноалмазов RUDDM (1) для сравнениятермолинзового и спектрофотометрического определенияБазовый раствор готовили по методике 29. Если возраст базового раствора составлял болеесуток, то перед приготовлением рабочих растворов его тщательно перемешивали интенсивнымручным встряхиванием и озвучивали в бане в течение часа. Затем готовили серию рабочихрастворов согласно табл. 39 в полипропиленовых одноразовых пробирках типа Eppendorfобъемом 2 мл.Таблица 39 — Составы рабочих растворов наноалмазов RUDDM (1)Объем базового раствора, мклОбъем воды, мкл51995101990151985201980251975301970351965401960Объем базового раствора, мкл4550556065708090Объем воды, мкл19551950194519401935193019201910Регистрировали оптическую плотность растворов (на спектрофотометре), стационарный ивремяразрешенный термолинзовый сигнал (на термолинзовом спектрометре) в кювететолщиной 10 мм на длине волны 488.0 нм (Coherent Innova 90), мощности индуцирующегоизлучения около 150 мВт и апертуре выходного отверстия 2 мм.Методика 32.
Приготовление растворов наноалмазов SDND для термолинзового определения.Для приготовления базового раствора в мерную колбу на 100 мл помещали количествокоммерческого раствор наноалмазов, необходимое для получения раствора с концентрацией1 мг/мл. Содержимое колбы разбавляли до метки дистиллированной водой, точнуюконцентрацию определяли гравиметрически (см. методику 29). Если возраст базового растворасоставлял более суток, то перед приготовлением рабочих растворов его тщательноперемешивали интенсивным ручным встряхиванием и озвучивали в бане в течение часа. Затемготовили серию рабочих растворов согласно табл.
40 в полипропиленовых одноразовыхпробирках типа Eppendorf объемом 2 мл. Регистрировали на термолинзовом спектрометрестационарный и времяразрешенный сигнал в кювете толщиной 10 мм на длине волны 488 нм163(Coherent Innova 90), при мощности индуцирующего излучения 500 мВт и апертуре выходногоотверстия 6 мм.Таблица 40 — Составы рабочих растворов наноалмазов SDND для термолинзовогоопределенияОбъем базового102030405060708090100раствора, мклОбъем воды, мкл1990 1980 1970 1960 1950 1940 1930 1920 1910 19006.1.6.
Методики исследованийМетодика 33. Регистрация оптических плотностей красителей и наноалмазов на лазерномфотометре и спектрофотометреДля растворов красителей, приготовленных по методикам 38–40, и наноалмазов (методика30) регистрировали оптическую плотность растворов в диапазоне450–540 нм (шагсканирования 0.1 нм, скорость сканирования 100 нм/мин) в кюветах толщиной 10 мм наспектрофотометре Shimadzu UVmini 1240 (базовая линия — кювета с дистиллированной водой).На термолинзовом спектрометре при помощи измерителя мощности Ophir Optronics Nova II свысокочувствительным термоэлектрическим датчиком регистрировали мощность излучения безкюветы (I0) и мощность излучения, прошедшего через кювету с исследуемым раствором (I).Расстояние от кюветы до датчика составляло около 2 см. Такое малое расстояние обеспечивалопри надлежащем контроле попадание прошедшего излучение на кристалл датчика. Особоевнимание уделяли концентрированным растворам, в которых индуцируется мощная термолинза,вызывающая сильное расхождение луча.
Кроме того, для корректного сравнения с оптическойплотностью, измеренной спектрофотометром, измерения мощности проводили и для кюветы сдистиллированной водой.Измерения проводили на длинах волн аргонового лазера Coherent Innova 90 (514.5, 501.7,496.5, 488.0, 476.5, 472.7, 465.8, 457.9 и 454.5 нм) и длине волны второй гармоники DPSS лазера(532.0 нм)Мощностьпадающегоизлученияподдерживаласьмаксимальновысокой,определялась характеристиками трубки и рабочего тела лазера и варьировалась в зависимостиот длины волны в пределах от 15 мВт (454.5 нм) до 1 Вт (488.0 нм).
Так модовый составлазерного пучка при измерении оптической плотности не играет никакой роли, то работали приполностью открытой апертуре выходного отверстия (> 12 мм). Из измерений мощностиизлучения вычисляли оптическую плотность по формуле:0(23)Так как оптические плотности, зарегистрированные на спектрофотометре, измерены = lgотносительно кюветы с водой, то для корректного сравнения из всех оптических плотностей,164найденных при помощи лазерного фотометра, вычитали соответствующие оптическиеплотности кюветы с водой. Тем самым получали исправленную оптическую плотность,которую использовали для дальнейших расчетов. Параметры градуировочных зависимостейнаходили при помощи функции линейной аппроксимации (Linear fit) пакета Origin Pro 8.1.Методика 34.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
