Диссертация (1150176), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

Отношение последних в выбраннойтеоретической модели может быть представлено как функция длины волны падающегосвета, угла падения и макроскопических параметров, характеризующих природуобразца, структуру поверхностного слоя, свойства среды над поверхностью образца.Точный вид данной зависимости определяется выбранной моделью и может бытьрассчитан на основе уравнений Максвелла. Например, в наиболее простом случаечистой (без пленки) однородной изотропной поверхности уравнение (37) приобретаетвидitge sin i * tan i  ( N 2 / n1 )2  sin 2 isin i * tan i  ( N 2 / n1 )2  sin 2 i(38)где θi – угол падения, n1 – показатель преломления среды над образцом, N2 –комплексный показатель преломления исследуемого образца.Если известны Δ и Ψ, то из уравнения (37) могут быть найдены два параметрасистемы.

Для большинства моделей, однако, возможно только приближенное решениеиз-за сложности математического описания.52Одной из практически важных моделей является однослойная модель, котораяпредполагает наличие гомогенной тонкой пленки между двумя оптическими средами.Если на поверхности субстрата находится тонкая пленка, толщина которой меньше илисравнима с глубиной проникновения светового луча, то необходимо учитыватьмногократные отражения внутри пленки. В результате возникает зависимость r p/rs оттаких параметров пленки, как ее толщина и показатель преломления.

Уравнение (38) вданной модели принимает более сложный вид (уравнение Друде). Если известныпараметры субстрата, то возникает возможность спомощью эллипсометрииодновременно определять толщину и показатель преломления исследуемой пленки.Однако, для тонких пленок (d < 10 нм), изменение угла ψ мало и сопоставимо спогрешностью (±0,05о).

При расчете n и d возникает значительная ошибка, связанная спогрешностью определения относительных изменений угла ψ. Однако, эта ошибкапропадает при расчете произведения n и d.В данной работе использовался нуль-эллипсометр Multiskop (Optrel GBR,Германия) (рис. 5). Данный прибор оснащен гелий-неоновым лазером, работающим придлине волны 632,8нм. Принципиальная схема этого прибора изображена на рисунке 5.Лазер 1, соединенный с пластинкой в четверть длины волны, создает свет скруговой поляризацией. Свет проходит через поляризатор 2 и становится линейнополяризованным. Чтобы сделать падающий свет эллиптически поляризованным, в схемудобавляется компенсатор 3, который представляет собой пластинку в четверть длиныволны.

Положение поляризатора относительно компенсатора подбирается такимобразом, чтобы отраженный от поверхности образца свет был линейно поляризованным.Отраженный свет 4 гасится анализатором 5, что может быть зафиксированофотодетектором. Из величин углов поляризатора и анализатора могут быть рассчитаныэллипсометрические углы Δ и Ψ.Полностью автоматизированная система управления эллипсометром позволяетзаписыватьзависимостиэллипсометрическихугловотвремени.Показательпреломления и толщина пленки модифицированных наночастиц рассчитывались воднослойной модели.

Расчеты производились с помощью программы Elli, поставляемойвместе с прибором.53Рис. 5. Оптическая схема нуль-эллипсометраЗатем по следующей формуле может быть рассчитана поверхностная концентрацияd (nelli  nH 2O )(39)dn / dcгде d и nelli – рассчитанные толщина и показатель преломления пленки, nh20 – показательпреломления воды, ∂n/∂c – инкремент показателя преломления белка в воде.Измерения динамической поверхностной упругости показали, что адсорбционнаяпленка состоит в основном из белка. Поэтому вкладом полиэлектролита в показательпреломления пленки пренебрегали.

Все эллипсометрические измерения проводилисьпри угле падения 50о вблизи угла Брюстера, так именно при данных условияхдостигаетсянаибольшаячувствительностьэллипсометрическихугловкхарактеристикам межфазной границы.В том случае, когда величина инкремента показателя преломления не может бытьнадежноопределена,дляоценкиповерхностнойконцентрациииспользовалсяэллипсометрический угол ∆. Разница между эллипсометрическими углами Δ для54исследуемого раствора ∆s и чистой воды ∆0 пропорциональна поверхностнойконцентрации Г для гомогенного изотропного монослоя, граничащего с двумяоднородными внешними средами surf   s  0  ksurf (40)гдеg(θ)  ε surf -ε1  ε surf -ε 2 k surf =εsurf λρ(41)g (θ) – коэффициент, зависящий только от угла падения и свойств объемной фазы, λ –длина волны, ρ – плотность адсорбционного слоя, εsurf, ε1, и ε2 – диэлектрическиеконстанты для поверхностного слоя и двух сред (воздуха и воды соответственно).II.4.

Исследование морфологии поверхностных пленокМорфология поверхностных пленок в данной работе изучалась методом атомносиловой микроскопии (АСМ). В качестве образцов использовались адсорбционныепленки белков или комплексов белок/полиэлектролит, перенесенные на твердуюподложку (слюда).Для переноса адсорбционных пленок с поверхности раствора на поверхностьслюды использовался метод Ленгмюра-Блоджет.

Исследуемый раствор заливался вкювету и выдерживался до образования на его поверхности равновесной адсорбционнойпленки. Процесс образования равновесной адсорбционной пленки контролировался спомощью измерений поверхностного натяжения. После установления постоянныхзначений поверхностного натяжения через кювету с помощью двух перистальтическихнасосов прокачивался буферный раствор в количестве, превышающем объем кюветы в4-5 раз. Эта операция проводилась для того чтобы при переносе пленки вещество израствора не попадало на поверхность твердой подложки. Замена исследуемого растворана буфер не вызывало заметных изменений структуры адсорбционной пленки, так какзначения поверхностного натяжения не менялись.

Чтобы исключить возможностьобразования бислоя, на поверхность жидкости опускалось тонкое фторопластовое55кольцо, внутри которого поверхность очищалась от адсорбционной пленки. После этоговнутрь этого кольца с помощью механического лифта опускалась пластина слюды.После погружения слюды в жидкость кольцо опускалось, и пластинка медленновытягивалась из воды. После этого образец высушивался в эксикаторе в течение суток.В основе метода АСМ лежит использование зависимости силы взаимодействиямежду зондом в виде острой вольфрамовой иглы и поверхностью исследуемогообразца от расстояния зонд-образец. В процессе сканирования зонд может находитьсянад участками поверхности, имеющими различные физические свойства в результатечего величина и характер взаимодействия зонд-образец будут изменяться. Кроме того,если на поверхности образца есть неровности, то при сканировании будет изменятьсяи расстояние ΔZ между зондом и поверхностью, соответственно будет изменяться ивеличина локального взаимодействия.

Если зонд оказывается над областью, гдевзаимодействие слабее, то образец приподнимается, в противном случае – образецопускается. Перемещение образца по высоте регистрируется системой слежения ипреобразуется в изображение, где изменение яркости пропорционально величинеперемещения. Сила взаимодействия зонда с поверхностью в общем случае зависит какот величины зазора зонд-поверхность, так и от локальных характеристик поверхности.Рис. 6. Функциональная схема сканирующего зондового микроскопа.56Принципиальная схема сканирующего зондового микроскопа (рис.6) включает всебя зонд 1, сканируемый образец 2, измерительную головку 3, электронный блок 4,управляющийкомпьютер 5 и детектор положения образца 6. Сигналвзаимодействияпослепреобразованияот датчикав предварительном усилителе поступает вэлектронный блок. Управляющие сигналы от электронного блока поступаютизмерительнуюголовку.

Управлениеэлектроннымблокомвосуществляетсякомпьютером.В настоящей работе использовался микроскоп NanoScope IV (Digital Instruments,США)вполуконтактномрежиме.Еслинаповерхностиобразцаимеетсяадсорбированный слой, то при соприкосновении зонда с его поверхностью возникаетпритяжение за счет капиллярных и/или электростатических сил. При дальнейшемуменьшениирасстояниявозникаютсилыотталкивания. В случае измерений вполуконтактном режиме зонд частично соприкасается с поверхностью, перемещаясь изобласти притяжения в область отталкивания и наоборот. Так как время контакта мало,то зонд мало воздействует на поверхность, но при этом повышается точностьизмерений.II.5. Определение размеров наночастиц в водном раствореРазмеры глобул белков и агрегатов белок/полиэлектролит в водных растворахопределялись методом динамического рассеяния света на приборе Zetasizer ZS Nano(Malvern Instruments, Великобритания).

Характеристики

Список файлов диссертации