Plan B

 TCSPC  ‑  시간  상관  단일  광자  계수란? (What is Time-Correlated Single Photon Counting?) 시간 상관 단일 광자 계수(TCSPC)는 형광 수명 측정을 위해 확립된 일반적인 기술이며 광자의 이동 시간 측정, 광학 시간 영역 반사  측정 및 비행 시간 측정에서도 점점 더 중요해지고 있습니다. TCSPC의 원리는 단일 광자를 감지하고 기준 신호(일반적으로  광원)에 대한 도착 시간을 측정하는 것입니다. TCSPC는 필요한  통계 데 이터 정밀도를 위해 충분한 수의 광자 이벤트를 축적하기 위해 높은 반복 광원이 필요한 통계 방법입니다. TCSPC 전자 장치는 두 개의 입력이 있는 빠른 스톱워치와 비교할 수 있습니다(그림 1). 시계는 START 신호 펄스에 의해 시작되고  STOP 신호 펄스에 의해 중지됩니다.  하나의 START – STOP 절차에 대해 측정된 시간은 히스토그램에서 메모리 값의 증가로 표시되 며 x축의 채널은 시간을 나타냅니다. 반복률이 높은 광원을 사용하면 수백만 개의 START  –  STOP 절차를 단시간에 측정할 수 있습 니다.  결과 적으로 히스토그램 수 대 채널은 형광 강도 vs 시간을  나타냅니다. 일반적으로 TCSPC 전자 장치에 대한 입력 중 하나(START and STOP)는 단일 광자에 의해 생성된 펄스 입니다. 본질적으로  높은 감도를 가진 광검출기로 단일 광자를 감지할 수 있습니다.  이러한 광검출기의 대부분은 광전자 증배관 또는 마이크로  채널 플 레이트 광전자 증배관이지만 단일 광자 사태 광다이오드이기도 합니다. 통계상의 이유로 플래시당 하나 이상의 단일 광자 이벤트가  감지되지 않도록 하는 것이 중요합니다. 다중  광자 이벤트는 히스토그램 통계에 영향을 미치고 잘못된 측정 결과를 산출...

 UV-VIS로 선글라스 분석하기 이 연구는 Edinburgh Instruments의 응용 팀이 여행 및 대면 회의가 발생할 수 있었던 2019년 캘리포니아 샌디에이고로 여행을 떠난 후 시작되었습니다. 우리 팀 중 한 명이 선글라스를 잊어버린 후 어려움을 겪고 있어 노점상에게서 저렴한 선글라스를 구입하게 되었다고 합니다. 이 사건이 선글라스의 품질에 대한 토론으로 이어졌으며 저렴한 가격의 이 제품은 태양 광선으로부터 보호 기능이 있을 까란 생각으로 이어지게 되었습니다. 스코틀랜드에 기반을 두고 있는 Edinburgh Instruments 멤버들에게 이것은 관심있는 이슈 였기 때문에 조금 더 자세히 알아보았다고 합니다. 선글라스가 위험할 수 있을까요? 국가마다 선글라스 공급업체가 충족해야 하는 기준이 다릅니다. 어떤 경우에는 브랜드가 없는 저렴한 선글라스는 손상을 주는 UV 광선은 통과 시키고 가시 광선만을 차단할 수 있습니다. 사실, 가시광선만 차단하는 착색된 렌즈는 선글라스를 전혀 착용하지 않는 것보다 눈에 더 해롭습니다! 왜냐하면 착색 된 렌즈가 가시 광선을 차단 함으로 동공이 확장하게 됩니다. 눈은 동공이 확장된 상태에서 자외선에 그대로 노출이 되기 때문입니다. 그렇다면 자외선은 무엇이며 왜 위험한가요? 그리고 선글라스 선택에선 무엇을 주의해야 할까요? 자외선(UV) 은 X선과 가시광선 사이에 있는 전자기파의 일종입니다. 햇볕에 그을리거나 화상을 입히는 원인이 바로 이 방사선 의 영향입니다. UV 방사선에 너무 많이 노출되면 위험할 수 있습니다. UV 광선은 A, B, C의 세 가지 유형으로 나뉩니다(그림 2). UVC는 100-280 nm의 파장은 UV 복사 중 가장 강력하게 손상을 주는 유형이지만 오존층에 완전히 흡수되어 지구의 표면에 도달하지 않습니다. 반면, 280-315 nm의 UVB 방사선은 지구 표면에 도달할 수 있으며 각막에 완전히 흡수되고 수정체 와 망막 에 영향을 줄 수 있습니다. 또한 315-380 nm의 UVA 방사선도 오...

형광 분광기의 내부 필터 효과란 ? 내부 필터 효과는 특히 스펙트럼 측정에 영향을 미치는 형광  분광법의 일반적인 문제입니다.  고농축 용액의 경우 조사 된 빔은 샘플에 의 해 감쇠되며 여기  빔된 빔에 의해 표면만 강하게 형광을 발현하게 합니다.  형광 분광기의 방출 모노크로메이터에 의해 이미지화 되는 데이터의 경우 큐벳의 중심을 감지 함으로 이 부분에서 나오는   형광  방출은 표면에 비하여 더 낮은 형광입니다.  위에서 설명한 여기 빔의 감쇠는 기본 내부 필터 효과로 알려져 있습니다. 또한 여기와 방출 스펙트럼이 크게 겹치면 중앙에서 방출된 빛  이 시료 자체에서 재 흡수 될 수 있습니다.  이를 2차 내부 필터 효과라고 합니다. 내부 필터 효과로 인해 스펙트럼 왜곡이 발생하고 경우에 따라 신호가 완전히 손실 되므로 사용자는 이 효과를 식별하고  방지하는 방법을 에 대해 인식하고 있어야 합니다. 이를 줄이기 위해 샘플 농도를 낮추어 형광 스펙트럼을 측정하는 것이 좋습니다. 이는 농도에  대한 형광의 선 형 의 변화는 크지 않음을 알 수 있습니다. 위에서 언급한 바와 같이 내부 필터 효과 방지 내부 필터 효과 를 방지하 는 가장 좋은 방법은 시료의 농도를 줄이는 것입니다. 이상적인 방법으로는 측정 전에 흡수 스펙트럼을 자료를 확인 하는 것 입니다. 일반적으로 여기 파장에서 광 학 밀도가  0.1 미만이면 좋은 결과를 얻을 수 있습니다.  이것이 충분하지 않은 경우 다음 방법을 시도 해 볼 수 있습니다. • 샘플 흡광도가 감소하도록 다른 여기 파장을 선택합니다.  2차 내부 필터 효과를 피하기 위해 여기를 흡수 최대값 아래10‑50nm  로 이동하는 해보는 것 입니다. • 저용량 큐벳 또는 삼각형 큐벳을 사용 하는 방법입니다.  이렇게 하면 결과적으로 경로 길이가 줄어들어 샘플 흡광도를 적게 할 수 있습니다.

  Jablonski  다이어그램(Perrin‑Jablonski  다이어그램)이란 ? 흡 수 ( Absroption ) 흡수 분자의 더 낮은 전자 상태에서 더 높은 전자 상태로 복사 전이. 광자의 에너지는 분자의  내부 에너지로 변환됩니다. 분자는 그림 2에서 파란색 화살표로 표시되는 광자의 흡수에 의해 바닥 상태에서 더 높은 상태로 올라가게 됩니다. 이것은 Jablonski 다이어그램에서 가장 빠른 전이 이며 10‑15 초 정도의 시간 척도에서 발생합니다. 실온에서 모집단의 대부분의 분자는 바닥 상태의 가장 낮은 진동 수준(볼츠만  분포)에 있으므로 흡수가 이 수준에서 시작하는 것으로 나타납니다. 광자의  흡수는 분자를 So에서 단일항 여기 상태 (S1,S2,⋯)의 진동 수준 중 하나로 올라가게 합니다.  각 운동량 보존으로 인해 삼중항 여기 상태 (T1,  T2,⋯)로 직접 올라 가는 것은 불가능합니다. 진동 이완 ( Vibrational Relaxation ) 동일한 전자 상태 내에서 더 낮은 진동 수준으로의 비방사 전이. 분자가 흡수에 의해 여기 상태로 올라간 후에 분자는 비평형 상태에 있으며 결국 얻은 에너지를 내보내고 기저 상태로  되돌아갑니다. 에너지가 방출하는 첫 번째 방법은 진동 이완(주황색  화살표)을 이용 하는 바업입니다. 과도한 진동 에너지는 전자 상태의 최저 진동 수준에 도달할 때까지 동일한 분자(분자 내) 또는 주변 분자(분자 간) 내의 진동 모드로 손실 됩니다. 진동 이완은 10^‑12 – 10^‑10 초의 빠른 시간 척도에서 발생하며 다른 모든 전환 속도를 능가합니다. 내부  전환 ( Internal Conversion ) 동일한 스핀 다중도의 두 전자 상태 사이의 비방사 전이가 발생합니다. 더 높은 단일항 전자  상태에 있는 분자는 그림 2에서 보라색 화살표로 표시된 낮은 단일항 전자 상태로 내부 변환을 겪을 수도 있...

 Jablonski  다이어그램(Perrin‑Jablonski  다이어그램)이란 ? Jablonski 다이어그램은 분자의 들뜬 상태와 이들 사이에서 발생할 수 있는 복사 및 비방사 전이를 설명하기 위한 방법으로 형광 분광법 에서  널리  사용되는 방법입니다. Jablonski 다이어그램의 역사  Jablonski 다이어그램은 형광 분광학의 아버지로  간주되는 폴란드 물리학자Aleksander  Jaboński의 이름을 따서 부르게 되었습니다.  그는 " 형광  스펙트럼에 대한 여기광  파장의 영향에 대한 연구"로 박사 학위를 받았습니다.   그는 형광 스펙트럼이 여기광의 파장에 따라 독립적이라는 실험적 증거를 보였습니다. 형광  분광법에 대한 그의 가장 주목할만한 공헌 중 일부는 용액의 형광  편광 이론에 대한 이해를 발전 시켰다는 부분 입니다.   이 다이어그램은 1926년 노벨 물리학상 수상자인 프랑스 물리학자 장 밥티스트  페랭(Jean  Baptist  Perrin)과 그 의 아들 프란시스 페랭(Francis  Perrin)이 다이어그램 개발에 중요한 공헌을 했기 때문에 페랭‑자블론스키 다이어그램이라  고 부르는 것이 조금 더 정확합니다.   1920년대와 1930년대의 Jean  Perrin은 분자 사이의 공명 에너지 전달 개념을 도입  하고 열 활성화 지연 형광을 설명하는 이론을 개발했습니다    Francis Perrin은 그의 아버지보다 형광 이론의 발전에 더 많은 기여를 하였습니다.  퀜칭을 위한 활성 구 모델, 형광 양자 수율 과 형광 수명 사이의 관계 설정  그리고 형광 편광에 대한 이론을 기초 하였습니다.  Jean Perrin은 빛의 흡수와 방출을 ...

 광학  분광기의  유형 가장 일반적으로 세 가지  광학 분광계:  분광광도계,  분광형광계  그리고   라만  분광계로 분류 할 수 있습니다. 1. 분광  광도계(UV‑Vis  분광계) 분광 광도계라는 용어는 과학 또는 산업 분야에 따라 정확한 정의로 함께 빛을 측정하는 매우 다양한 기기를 통칭하기도 합니다.  이 대부분의경우   '사진' 이라는  용어는  분광계가 파장과 함께 빛의 강도를 정량적으로  측정한 값을 표시하기 위해 사용됩니다.   학술  연구(특히  화학  및  생물학  실험실) 에서  분광 광도계 라는  용어는  특히  시료가 빛을 흡수하는 양을 측정하는  분광계를  지칭하기  위해  사용되며 원리는 아래 이미지와 같습니다. (그림4. UV-Vis 모식도) 기본 단일 빔 분광광도계의 레이아웃이 그림 4에  나와  있습니다.   일반적으로 UV 범위를 커버하는 중수소 아크 램프와 가시광선 을 커버하는 텅스텐  할로겐 램프의 조합인 백색 광원으로 구성됩니다. 또는 전체 파장 범위를 커버하는 단일 크세논 아크  램프로 구성 되기도 하비다. 그런  다음  샘플에  도달하는 빛의 파장을 선택하는 여기  모노크로메이터로 구성되며, 이  빛은  용액과 같은 투명한 샘플의 경우  샘플을 통해 투과되  거나(그림  4  참조)  불투명한 샘플의 경우는  표면에서 반사됩니다.   그런 다음 광전자  증배관  튜브 (PMT) 또는 실리콘 포토다이오드 검출 기를  ...

 오늘은 분광계에 대해서 알아보겠습니다. 분광계란? ( spectrometer? ) 가장  넓은  의미에서  분광계는  주어진  범위에서  물리적  특성의  변화를  측정하는  데  사용되는 기기입니다.  즉, 이것은  질량 분석기의  경우  질량  대  전하  비율  스펙트럼,  NMR  분광기의  핵  공명  주파수  변화  또는  광학  분광기의  파장에  따른  빛의  흡수  및  방출  변화 스팩트럼 일수 있습니다.  연구에 가장 많이 사용 되고 있는 유형의 분광계는 광학 분광계 입니다. 일반적으로 제한을 하지 않고 '분광계' 라고 말한다면 보통의 경우 광학 분광계를 의미 할 것 입니다. 광학 분광계는 어떻게 작동 할까요?   광학  분광계의 목표는 샘플과 전자기 복사의 상호 작용 (흡수,  반사,  산란) 또는  샘플에서 전자기 복사의 방출 (형광,  인광,  전계  발광) 을 측정하는 것입니다.       광학 분광계는 자외선,  가시광선  및  적외선  파장 영역에  걸쳐  있는  빛인  전자기  스펙트럼을 분석하며 이는 광학 영역에서 전자기 복사와 관련이 있습니다.  최대한의 정보를 얻으려면 빛의  상호  작용  또는  방출을 파장의  함수로  측정해야 합니다. 따라서  모든  광학  분광기의  공통  기능은  파장...

 흡수(absorption), 여기(Excitation) 및 방출(Emission) 이란 ? 흡수  스펙트럼(UV‑Vis  스펙트럼,  흡광도  스펙트럼  및  전자  스펙트럼이라고도  함)은  입사 광  파장의  함수로  샘플의  흡광도  변화를  보여  주며(그림  1)  분광광도계를  사용하여  측정됩니다.    흡수  스펙트럼은  모노크로메이터를  사용하여  입사광의  파장을  변화시키고  검출기에  투 과광의  강도를  기록하여  측정됩니다.  시료  ISample  (예:  용매에  용해된  분석물)을  통과하는  빛의  강도와  블랭크  IBlank  (용매만  해당)  를  통과하는  빛의  강도를  기록하고  다음 수식을  사용하여  시료의  흡광도를  계산할수 있습니다. 흡광도는  샘플의  몰  농도에  선형적으로  비례합니다.   이를  통해  Beer‑Lambert  법칙을  사용하여  흡수  스펙트럼에서  시료의  농도를  계산 할  수  있습니다.  형광  여기(Excitation)  스펙트럼은  여기광의  파장의  함수로서  형광  강도의  변화를  보여주며(그림  3),...

발광이란 무엇 일까요?  발광은 열을 가해도 발생하지 않는 물질에서 나오는 빛(전자기파)의 방출입니다.  이 정의는 빛나는 뜨거운 불씨와 같은 물질의 상승된 온도로 인해 발광하는 백열과 구별되는 발광을 만듭니다. 발광(luminescence)이라는 단어는 빛을 뜻 하는 라틴어 lumen 과 '~의 과정'을 의미 하는 라틴어 escentia에서 파생되었으므로 빛을 발산하는 과정입니다.  발광 과정을 개시하는 에너지원에 의해 분류될 수 있는 많은 유형의 발광이 있습니다. 다양한 유형의 발광과 그 에너지원에 대한 개요가 그림 2에 나와 있습니다. 이러한 발광 공정의 대부분은 전계발광과 같은 중요한 과학 및 산업 응용 분야를 가지고 있습니다. 이는 발광 다이오드의 작동 원리입니다. 화학 발광은 화학 반응에 의해 시작되고 생물학적 분석에 사용되며 글로우 스틱의 발광을 담당하는 화학발광 등 입니다. 그러나 이번에는 광발광에 대해 알아보고자 합니다. 광 발광( photoluminescence )이란?  광발광은 빛을 흡수한 후 물질에서 빛을 방출하는 것입니다.   라틴어에서 유래한 발광(luminescence)과 빛(light)을 뜻하는 그리스어 접두 사인 포토(photo) 가 결합된 단어 입니다.  광자의 흡수에 의해 유도되는 모든 발광을 광발광이라고 합니다. 이것은 용액에서 유기 염료 분자의 발광(그림 3a) 또는 반도체의 광여기에 따른 전자와 정공의 밴드간 재결합(그림 3b)일 수 있습니다.                                 < FLS1000 형광 분광기 이용 측정 자료 >  모든 광자 흡수 유도 발광을 광발광으로 설명하는 것이 정확합니다.  그러나 광발광 안에는 형광과 인광으로 분류하는데 특히 화학 자들에...