Эталон для калибровки спектрофлуорометра

(я)5 О 01 й 21 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН МУ СВИДЕТЕЛЬСТ АВТ институ лем им М.В.Корльман и ге 1 егепсе ,189 - 115 57, р,593,06,88 ПЕКТ етрологиний форГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(56) С 1 еп В.Р. Ноогезсепсе Нерп)езтапбагтз аког те тапце 0папозесопоз. Апа. В 1 осЫп), 1974, УАвторское свидетельство СССМ 1402865. кл. 6 01 й 21/64, опубл(54) ЭТАЛОН ДЛЯ КАЛИБРОВКРОФЛУОРОМЕТРА(57) Эталон позволяет провести мческую аттестацию систем измер Изобретение относится к технике оптических измерений, в частности к методам поверки и метрологической аттестации систем регистрации формы оптических импульсов и наносекундном диапазоне длительностей и в видимой области спектра электромагнитного излучения,Цель изобретения - повышение точности калибровки спектрофлюорометра по форме импульса флуоресценции.Поставленная цель достигается тем, что в качестве эталона использован монокристаллический ортоалюминат иттрия, активированный примесью церия УАОз:Се, с концентрацией церия (2,5 - 15)10 весовых процента и оптической плотностью 0,1 - 0,3,Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый эталон отличается от известного мы импульсов флуоресценции в наносекундном диапазоне и тем самым повысить точность измерений постоянной времени затухания флюоресценции. Эталон представляет собой монокристаллический ортоалюминат иттрия, активирова нный примесью церия, для которого характерны следующие особенности, строго одноэкспоненциальный закон затухания флуоресцен.ции в диапазоне двух порядков, отсутствие перекрытия спектров поглощения и люминесценции, высокая термическая и фотохимическая стабильность, высокий квантовый выход люминесценции, не зависящий от длины волны возбуждения, высокая степень сохраняемости и удобство в эксплуатации, 3 ил. тем, что в нем церий внедрен в ортоалюминат иттрия с концентрацией )2,5-15)104 весовых процента, а не в иттрий-алюминиевый гранат с концентрацией 0,5 - 0,3 весовых процента, Поскольку использование ортоалюмината иттрия, в том числе с примесью церия, в том числе с концентрацией церия (2,5 - 15)10 4 в качестве эталона времени высвечивания не обнаружено. Известно применение кристалла ортоалюмината иттрия с примесью церия (концентрация более 0,2) в ядерной физике в качестве сцинтилляторов и сцинтилляционных экранов, однако в этом случае указанный кристалл используется для визуализации излучений и изображений, а не в качестве эталона времени высвечивания, причем в виде поликристаллов. Применение же монокристалла с концентрацией церия,45 50 55 опти:еской плотностью и размерами, находящимися в указанных диапазонах, позволяет снизить абсолютную погрешность калибровки шкалы измерителей формы световых импульсов до +83 10 с и получить механически и фотохимически стабильный эталон.На фиг,1 приведена функция высвечивания предлагаемого стандарта при концентрации церия 7,5 10и размерах кристалла 1 х 1 х 1 смз, измеренная на приборе РВА (О = 0,3). Время жизни составило т (17,757+0,083) нс. Длина волны возбуждения Ле = 300 нм, длина волны регистрации Яр =350 нм. Наблюдение флуоресценции ортогонально к направлению возбуждения.На фиг,2 и 3 представлены спектры поглощения и флуоресценции соответственно, измеренные на приборах Яресогб М 40 и СДЛсоответственно. Точность измерения интенсивности в приведенных спектрах не хуже 1. Длина волны возбуждения при измерении спектра флюоресценции Я = 300 нм.Исследования зависимости формы импульса флуоресценции от концентрации. церия, оптической плотности, длины )ристалла вдоль направления возбуждения, времени и температуры проводились в течение 3-х лет. Рефлектор импульсной лампы фокусирует ее излучение в пятно с минимальным диаметром -7 мм, в связи с чем размер граней эталона, входной и выходной для возбуждающего излучения, составлял 1 см, Этот размер соответствует стандартному держателю образцов, которыми снабжаются все флюорометры, и позволяет с учетом неточности наведения излучения лампы на объект надежно охватить весь поток возбуждающего флуоресценцию излучения, Длина эталона вдоль направления возбуждения варьировалась от 0,5 до 1 см и выбиралась из условия, что с учетом аберраций оптической системы и неточности ее наведения на флуоресцирующий объем вся апертура сбора флуоресценции должна быть заполнена излучением флуоресценции. Это требование объясняется тем, что как эталон, так и исследуемый образец должны дать однотипные изображения на фотокатоде фотоприемника, Исходя из необходимости удовлетворения этому требованию выбирался и диапазон значений О эталона, который должен был соответствовать диапазону, наиболее часто используемому во флюорометрии и ограниченный значениями Р - 0,1-0,3, что при длине эталона 1 см соответствует диапазону значений концентрации церия (0,00025-0,00075) 5 10 15 20 25 30 35 40 вес.0 при длине 0,5 см - (0,0005, - 0,00150)вес %В течение четырех лет в пределах погрешности измерений прибора РРА, составляющей 20 , не было обнаруженозависимости г от: (1) длины волны возбуждения при изменении ее в диапазоне 270320 нм; (2) длины волны регистрации приизменении ее в диапазоне ЗЗО в 4 нм;(3)температуры в диапазоне ее изменений+10 - +50 С; (4) О в диапазоне 0,1-0,3; (5)толщины в диапазоне 0.5 - 1 см; (61 концентрации в диапазоне (0,25-1,5) 10 з %.П р и м е р 1, После проведения указанных исследований изготовлен эталон с размером поверхности, на которую поступаетизлучение возбуждения флюоресценции 10гМх 10 мм при концентрации церия 5 10 0 ,Толщина эталона равна 10 мм и выбираласьиз условия, чтобы О составляла (0,20 +0,01)- наиболее часто используемое значениеплотности, Поверхности, через которыепроходит излучение возбуждения, полировались по 14 классу с целью сведения к .минимуму уровня рассеяния возбуждающего излучения, Наблюдение флуоресценциипроводится со стороны одной из боковыхповерхностей перпендикулярно направлению возбуждения. Сами боковые поверхности могут быть неполированными,поскольку интенсивности флуоресценциивследствие высокого квантового выхода достаточно для надежных измерений. Поскольку кристалл кубический, нетзависимости коэффициента поглощения отсостояния поляризации излучения, вследствие чего ориентация граней эталона относительно вектора поляризации излученияможет быть любой. На фиг,1 в логарифмичес)ом масштабе по шкале интенсивностейпредставлена функция высвечивания предлагаемого эталона,П р и м е р 2. Второй образец имел такой же размер 10, х 10 х 10 мм, концентрация. церия 2,5 10% При этом О составила 0,1, Функция высвечивания для данного образца идентична представленной на фиг.1, условия наблюдения те же.П р и м е р 3. Третий образец имел размер 10 х 10 х 10 мм, концентрация церияз7,5 10 %, = 0,3. Функция высвечивания для данного образца идентичная представленной на фиг,1. Условия наблюдения те же.При измерениях т трех образцов длиной 0,5 см с концентрацией церия 5 104;10; 15 10 вес. были получены зависимости, идентичные представленной на фиг,1,Уменьшение О менее 0,1 во-первых, увеличивало время измерений более чем в 2 раза по сравнению с О = 0,2, во-вторых, не соответствовало диапазону значений О, наиболее часто исследуемых во флюорометрии (что может приводить к неидентичности 5 геометрии засветки Фотокатода фотоприемника при измерениях т эталона и объекта). Увеличение О более 0,3, во-первых, не соответствовало диапазону значений О, наиболее часто используемых во флюорометрии, 10 во-вторых, приводило к неоправданному расходу церия, в-третьих, увеличивало вероятность возникновения дефектов решетки,При калибровке системы регистрации 15 на место исследуемого объекта квазиортогонального к направлению, возбуждения полированными поверхностями устанавливается эталон. Через центр полированных граней пропускается излучение возбужде ния с длиной волны 260-320 нм. Квазиортогонально направлению возбуждения, через центр одной иэ боковых граней проводится наблюдение излучения флуоресценции системой регистрации, позволяющей измерять 25 форму импульса флуоресценции в спектральном диапазоне 320 - 420 нм, Отладка и настройка системы регистрации и(или) системы цифрового расчета импульса флуоресценции проводится до тех пор, пока не 30 будет получена одноэкспоненциальная форма среза импульса флуоресценции с величиной постоянной времени спада интенсивности флуоресценции в е раз т = (17,757 М,083) нс. 35 По сравнению с прототипом предлагаемый эталон имеет в 3,3 раза меньше т. Это позволяет, в отличие от прототипа, проводить калибровку наиболее "быстрых" шкал времени систем регистрации формы световых импульсов и тем самым снизить абсолютную погрешность шкалы времени, Например, для прототипа на шкале времени с верхним значением 640 нс было получено 71 - (59,078+0,216) нс (см;верхнюю правую часть фиг.1 описания заявки для прототипа), т.е. абсолютная погрешность Ьт 1 = 0,216 нс, Для предлагаемого эталона на шкале с верхним значением 160 нс получено г 2 = =(17,757+0,083) нс (см,верхнюю правую часть фиг,1 настоящей заявки), т,е, Лт 2 = =0,083 нс. Следовательно, сжатие диапазона измерений в 4 раза уменьшило абсолютную погрешность калибровки в 2,6 раза, Все остальные преимущества прототипа по сравнению с жидкими стандартами предлагаемый эталон сохраняет.Формула изобретения Эталон для калибровки спектрофлюорометра, на основе иттрий-алюминиевого граната, активированного примесью ионов группы редкоземельных элементов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения возможности калибровки по форме импульса флуоресценции, эталон выполнен из монокристаллического ортоалюминэта иттрия, активированного примесью церия УАОз:Се с концентрацией церия (2,5 15) х 10 мас,фи оптической плотностью 0,1 - 0,3.,2 Составитель М, Мейльманедактор С, Кулакова Техред М.Моргентал Корректо Керецман аз 1374 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 од, ул,Гагарина, 101 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г,