СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В ДИАПАЗОНЕ ОТ 4 ДО 300 К
METHOD OF DETERMINING TEMPERATURE RANGING FROM 4 TO 300 K

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.
3
3
Известен способ измерения температуры, основанный на измерении времени жизни фосфоресценции диацетила (CHCOCOCH), 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.
2
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), 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.
2
2
2
-5
-5
Молекулы комплекса P1(2-(2-тиенил)-пиридинат) (далее - Pt(2-thpy)) (см. фиг.1) растворяют в 2-метил-тетрагидрофуране при комнатной температуре и концентрации ~1·10 M, которую определяют спектрофотометрически при комнатной температуре с использованием известных величин коэффициентов экстинкции. Растворы Pt(2-thpy) помещают в стеклянный капилляр, откачивают до давления воздуха ~1·10Торр 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.
2
На фиг.2 приведена кинетика затухания фосфоресценции Pt(2-thpy) 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.
фос
фос
фос
фос
фос
2
фос
фос
фос
фос
-1
Вероятность дезактивации фосфоресцирующего триплетного состояния k рассчитывается как величина, обратная времени жизни фосфоресценции τ:k=1/τ. На фиг.3 представлена полученная зависимость вероятности дезактивации k фосфоресцирующего триплетного состояния Pt(2-thpy) от температуры. Калибровочные зависимости для определения температуры (в градусах Кельвина) имеют вид Т=(k-0,0316)/0,00102, где величина k дана в мкс, либо, если непосредственно используется величина времени жизни фосфоресценции t (в мкс), T=(1/τ-0,0316)/0,00102.
фос
2
Таким образом, для определения температуры необходимо измерить время жизни фосфоресценции τ, испускаемой фосфоресцирующим датчиком. Измерения могут быть выполнены на любой длине волны в области спектра фосфоресценции Pt(2-thpy) 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.