Люминесцентный сенсор кислородный на основе иридиевых комплексов

1.

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Радиофизический факультет
Кафедра квантовой электроники и фотоники
Люминесцентный сенсор кислородный на
основе иридиевых комплексов
Автор: Бердыбаева Ш.Т.
Научный руководитель: доцент, к.ф.-м.н. Тельминов Е.Н.
к. х. н. Гадиров Р.М.

2.

Принцип работы люминесцентного
сенсора
Чувствительный люминесцирующий материал
Приемник 2
Источник света
Светофильтр
Приемник 1
Блок-схема люминесцентного сенсора
1

3.

Интегрированный молекулярный сенсор
Блок-схема интегрированного
молекулярного сенсора
В интегрированном
молекулярном сенсоре
использована
тонкопленочная структура,
состоящая из молекулярного
сенсора, источника света и
чувствительного
фотодетектора,
объединенные в одно
устройство.
2

4.

Мультисенсорные системы
Фотография "биочипа" с
люминесцентными маркерами. Система
«электронный нос» [1].
Внешний вид мультисенсора на
несколько аналитов [1]
[1] Войтович И.Д., Корсунский В.М. «Интеллектуалные сенсоры»
3

5.

Люминесцентные сенсоры
• Назначение: обнаружение примесей (аналитов) в
газовых смесях (атмосфера, выдыхаемый воздух и
т.д.), жидкостях (сточные воды, биологические
жидкости и т.д.).
• Применение: медицина, биология, химическая
промышленность, экология, безопасность и
противодействие терроризму.
• Преимущества: портативность, высокая
чувствительность, многофункциональность,
малогабаритность, дешевизна.
• Детектируемые примеси: кислород, аммиак,
динитробензолы, алкоголь, СО, СО2.
• Минимальный предел обнаружения: 10 ppb÷10 ppm
• Быстродействие: от нескольких секунд до минут.
4

6.

Цель
• Создание и исследование люминесцентных
кислородных сенсоров на основе иридиевых
комплексов.
5

7.

Задачи:
литературный обзор по тематике работы,
выбор объектов исследования,
выбор композиции сенсора,
создание тонкой пленки сенсора,
исследование изменения спектров излучения
молекулярного сенсора при взаимодействии с
аналитом.
6

8.

Физический процесс
Диаграмма Яблонского[2]
[2] С. Паркер «Фотолюминесценция растворов»
7

9.

Стенд для испытания
созданных сенсоров
Основные технические характеристики
УФПГС-4
Входное давление: 0,5-0,6 МПа (5-6 атм);
Выходное давление: 0,1 МПа (1 атм);
Количество исходных газов: 4;
Диапазон расходов газов: 0,1-1300 см3/мин;
Диапазон концентраций: от 1000 ppm до
100 %
Погрешность: не более 2 % отн.
8

10.

Спектры поглощения и люминесценции
исследованных пленок
1
0,45
0,9
0,4
0,8
0,35
0,7
D
0,3
Ir(piq)3 в БМА-ММА
0,25
Ir(ppy)3 в ПММА
0,2
0,15
0,6
Ir(ppy)3
0,5
Ir(piq)3
0,4
0,3
0,1
0,2
0,05
0
350,000
I, отн.ед.
0,5
0,1
450,000
550,000
650,000
λ, нм
Спектры поглощения пленок Ir(ppy)3 в
ПММА и Ir(piq)3 в БМА-ММА.
0
450,000
550,000
650,000
750,000
850,000
λ, нм
Спектры люминесценции пленок
Ir(ppy)3 в ПММА и Ir(piq)3 в
ПММА.
9

11.

Кинетика люминесценции
Люминесценция пленки с Ir(ppy)3, при воздействии газовой смеси Ar-О2.
10

12.

3000
4000
5000
6000
Кинетика люминесценции
t, c
Люминесценция пленки ПММА с Ir(piq)3, при воздействии газовой смеси
Ar-О2.
11

13.

Зависимости Штерна-Фольмера для
исследованных материалов
2,6
Ir(ppy)3
y = 0,0141x + 1
2,4
Уравнение ШтернаФолмера:
2,2
F0
= 1+k q τ 0 [Q ]= 1+K дин[Q]
F
I0/Iх
2
1,8
Ir(piq)3
y = 0,0031x + 1
1,6
1,4
[3]
Кдин=31,4 л/моль для Ir(ppy)3
Кдин=6,9 л/моль для Ir(piq)3
1,2
1
0
20
60
40
Q, %
80
100
[3] Лакович Дж. «Основы
флуоресцентной спектроскопии»
12

14.

Время жизни
10000
100
1000
10
I, a.u.
I, a.u.
100
1
10
1
0,1
0,1
0
5
10
15
20
t, ms
Время жизни люминесценции Ir(piq)3.
0
1
2
3
4
5
t, ms
Время жизни люминесценции Ir(ppy)3.
13

15.

Время жизни
4
3,5
y = -0,351x + 3,6888
3
lgI
2,5
Ir(ppy)3
2
Ir(piq)3
1,5
y = -0,2984x + 2,1742
1
0,5
0
0
1
2
3
4
5
6
t, мкс
Времена жизни люминесценции исследуемых материалов.
14

16.

Заключение
• литературный обзор по тематике работы,
• создание тонкой пленки сенсора,
• исследование изменения спектров излучения
молекулярного сенсора при взаимодействии
с аналитом.
15

17.

Спасибо за внимание!
16

18.

Ir(piq)3
Ir(piq)3 в растворе ТГФ
17

19.

Тонкие пленки
Тонкие пленки Ir(piq)3 в а) БМА:ММА
б) ПММА
18

20.

Время жизни
Времена жизни люминесценции Ir(piq)3:
• 2,87 мс - долгоживущая компонента,
• 3,35 мкс - быстрая компонента.
Для Ir(ppy)3:
• 2,3 мс, 0,23 мс - долгоживущая компонента,
• 2,85 мкс - быстрая компонента.