$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
1. Voortekening
- Voer een volledige voorkarakterisatie van het monster uit.
- Voer alle experimenten uit op droge monsters die zijn gekocht bij een commerciële bron. Bewaar de monsters in het laboratorium, op een droge en donkere plaats, bij kamertemperatuur.
- Voorafgaand aan holografische metingen voert u een volledige monsterkarakterisering uit door scanning elektronische microscoop (SEM), lineaire optische spectroscopie en niet-lineaire optische microscopie (NOM)10 (figuur 1).
- Naast de optische eigenschappen van monsters gemeten met lineaire technieken, verzamelt u aanvullende informatie met laserstralen met een hogere intensiteit die karakterisering van hun niet-lineaire optische eigenschappen mogelijk maken.
- Gebruik de overeenkomstige niet-lineaire optische gevoeligheid om de niet-lineaire optische respons te kwantificeren en vorm de basis van niet-lineaire optische technieken zoals niet-destructieve multifoton excitatiefluorescentie en tweede harmonische generatie (SHG), die worden gebruikt om verschillende biologische monsters te karakteriseren.
- Voor de niet-lineaire chemische verschijnselen die zich voordoen in de oscillerende BR-reactie, voert u de studie uit van interferometrische monitoring van de in situ faseovergang van toestand I naar toestand II met de volgende concentraties van reactanten: [CH2(COOH)2]0 = 0,0789 mol dm-3, [MnSO4]0 = 0,0075 mol dm-3, [HClO4]0 = 0,03 mol dm-3, [KIO3] 0 = 0,0752 mol dm-3 en [H2O2]0 = 1,269 mol dm-3 (0 na de schijf staat voor de beginconcentratie aan het begin van het proces). Maak het totale volume dat wordt gebruikt voor de BR-reactie gelijk aan 2,5 ml.
OPMERKING: De hier gebruikte concentratiewaarden zijn gelijk aan die in de studie van Pagnacco et al.8, maar met reactievolume gedeeld door 10.
- Bereid het monster voor op het experiment.
- Gebruik vleugels van de koningin van Spanje fritillaire vlinder, I. lathonia, voor dit experiment. Plaats de vleugel op een harde ondergrond en maak een sectie met een snijder met een diameter van 10 mm. Plaats het monster in de monsterdoos, die elke container met een deksel kan zijn.

Figuur 1: Golvende doorsnede van vlindervleugelschaal. De doorsnede werd vastgelegd op een niet-lineaire optische scanningmicroscoop (A,B). Een SEM-observatie (C) van een vleugel van de koningin van Spanje fritillaire vlinder, I. lathonia, werd ook gedaan. Dit cijfer is gewijzigd van14. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
2. Experimentele opstelling
- Holografische opstelling
OPMERKING: De holografische interferometriemetingen werden uitgevoerd met een op maat gemaakte optische opstelling (figuur 2).
- Stel de laboratoriumtemperatuur in op 23 °C ± 0,2 °C. Schakel de laser in. Gebruik een laser (details gegeven in de tabel met materialen) met een excitatiegolflengte van 532 nm voor deze holografische waarnemingen.
- Controleer de uitlijning van de optische elementen (figuur 2). Controleer eerst of de installatie is gemaakt volgens het schema in figuur 2.
- Lijn de laserstraal perfect uit met de concave spiegel M. Controleer en pas de positie van de optische bundelexpander (L) aan.
- Bepaal het bundelgedeelte dat op monster S indruist en zorg ervoor dat het een reflexbundel O vormt. Controleer of de rest van de bundel wordt verzameld op een bolvormige spiegel CM, die moet worden gebruikt om de referentiebundel R te genereren. Controleer of de detector C binnen de interferentiezone van de twee gespecificeerde bundels is geplaatst.
OPMERKING: Een cmos-sensor (complementary metal oxide semiconductor) wordt gebruikt als detector.
- Stel de camera's in volgens de instructies voor de gebruikte camera. Stel een optische/fotografische camera in voor het holografische experiment zoals weergegeven in figuur 2 (C is de camera; details in de materiaaltabel). Stel een tweede optische/fotocamera in om zichtbare veranderingen in br-reactie te bekijken en een thermische camera met een thermische resolutie van 50 mK en een brandpuntsafstand van 13 mm boven de optische tafel.
OPMERKING: De camera die in het holografische experiment wordt gebruikt, gebruikt geen objectieve lens; het lampje raakt direct op de chip.
- Bereid het monster voor in holografische opstelling.
- Bereid het vleugelmonster voor zoals in stap 1.2.1. Plaats het bereide monster op een ronde metalen steun met een diameter van 15 mm. De steun heeft drie bestaande gaten voor de schroeven waaraan de metalen ring met het monster is bevestigd.
- Bevestig de ring aan de steun. Plaats het bijgevoegde monster in het deel van de monsterhouder op de optische tafel.
- Bereid het monster voor op bewaking van de chemische reactie. Plaats op de optische tafel, op de beoogde plaats, een steun met een plat zelfklevend oppervlak waarop de cuvette / het vat wordt geplaatst.
- Bereid het reagens voor dat wordt gebruikt om de reactie te initialiseren zoals in stap 1.1.5. Vul de reactanten in het cuvet en meng cuvette in de volgende volgorde van volumes en concentraties: 0,7 ml van 0,2817 mol dm-3 CH2(COOH)2; 0,5 ml van 0,0375 mol dm-3 MnSO4; 0,5 ml 0,15 mol dm-3 HClO4; 0,5 ml van 0,376 mol dm-3 KIO3 ; en 0,3 ml van 10,575 mol dm-3 H2O2.
- Zorg ervoor dat het totale volume in de cuvette 2,5 ml is en plaats het op de ondersteuning in de opstelling.
- Stel indien nodig extra instrumenten in. Gebruik voor het bewaken van het fotoforetische effect een extra laser (details in de materiaaltabel) voor lokale verwarming.

Figuur 2: De holografische opstelling. De figuur laat zien hoe de verschillende componenten zijn gerangschikt voor het holografische experiment. Afkortingen: L1 = laser bij 532 nm, L = biconvexe lens, A = diafragma, M = een platte spiegel die wordt gebruikt om de laserstraal af te buigen, CM = concave spiegel, C = CMOS-camera, S = vlindervleugelsectie, R = referentiestraal, O = objectstraal. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
3. Installatie van de gebruikte software
OPMERKING: Zelfgebouwde C++ software op basis van Fresnel benadering11 wordt gebruikt om gegevens van holografische experimenten te analyseren. De software die voor de gepresenteerde studie is ontwikkeld, is te vinden op . 12 De details van software kunnen op dit moment niet worden gepubliceerd; aanvullende informatie zal echter op verzoek worden verstrekt. Fresnel-benadering is uiterst nuttig in digitale holografie omdat het zich richt op verschillende oppervlakken en inzoomt op het gebied van de eerste diffractievolgorde, die volledige informatie over de opgenomen scène bevat.
- Schakel de computer in en voer de software uit.
OPMERKING: De stap voor het uitvoeren van de software is afhankelijk van de software zelf. Er is geen commerciële software voor dit doel.
4. Voer het experiment uit
- Schakel de externe lichten uit. Voer het hele experiment uit in een donkere kamer.
- Synchroniseer de camera's met behulp van een gekozen interval. Start voor dit experiment de holografische camera na 60 s en de twee andere camera's onmiddellijk daarna, met behulp van een software of handmatig.
- Druk op de opnameknoppen en definieer in de software wanneer de opname begint.
- Induceer dynamische veranderingen in het systeem van interesse. De wijze van initiatie is afhankelijk van het type monster; in het geval van fotoforetisch effect, verwarm het monster extern met behulp van de beschikbare lasers: 450 nm, 532 nm, 660 nm, 980 nm. In het geval van de BR-reactie, start de reactie door de chemische reactanten te mengen. Observeer het holografische experiment.
- Stel de fotografische en thermische camera in om het hele experiment te volgen en bepaal het moment van het einde van de holografische opname van de optische en thermische metingen.
- Spreek het einde van het proces uit. Het einde van de opname is voorgeprogrammeerd, afhankelijk van de geschatte duur van het proces. Gebruik voor de BR-reactie stolling als het einde van de reactie. In het geval van het fotoforetische effect is er geen dergelijk specifiek moment. In ieder geval benadrukt deze stap het belang van drievoudige opname.
5. Verwerving van resultaten12
- Sla de resultaten op. Sorteer de bestanden nauwkeurig als functie van de tijd voor het reconstrueren van hologrammen en diepere gegevensanalyse.
OPMERKING: In deze stap worden de gegevens overgebracht van de camera die wordt gebruikt voor holografie naar de computer (harde schijf) in mappen die zijn vernoemd naar de opnamedatums. Gebruik knoppen voor kopiëren/plakken en hernoemen.
- Controleer het hologram van de sonde voor de juiste instellingen. Op deze manier worden de beste instellingen geselecteerd op het eerste hologram door ernaar te kijken en vervolgens gebruikt voor de reconstructie van alle hologrammen.
- Kies een hologram door op een van hen te klikken in de map die u eerder hebt gemaakt (stap 5.1) en maak een reconstructie door op de knop Reconstrueren te klikken.
- Wijzig de instellingen om het beste beeld te krijgen en maak de reconstructie opnieuw. Opties voor het aanpassen van parameters zoals bemonstering, offset en Fresnel-afstand verschijnen op het scherm (softwaremenu). Herhaal deze stappen totdat de beste instellingen zijn gedefinieerd.
- Voer de reconstructies uit. Kies alle hologrammen door op de knop Bestand openen te klikken en alle bestanden te kiezen. Pas de gewenste parameters toe voor numerieke reconstructie van hologrammen; ze blijven ongewijzigd na stap 5.2.1, dus voer deze keer geen actie uit.
- Voer de reconstructies uit met behulp van de knop Reconstrueren en de interferogrammen door de bestandsnamen in te voegen in het veld begin met / einde met en vervolgens door op de knop Batch te klikken. De interferogrammen verschijnen in de eerder gemaakte map (in stap 5.1).
OPMERKING: Na het opnemen van een reeks hologrammen in de tijd, vertegenwoordigt het eerste hologram een onverstoorbare toestand, terwijl de werking van een externe kracht volgende hologrammen veroorzaakt. Het is noodzakelijk om de hologrammen te reconstrueren met behulp van verschoven Fresneltransformatie13.
- Verkrijg de interferogrammen door aftrekking (in termen van complexe getallen) van een bepaald hologram in de tijd met het eerste verkregen hologram.
OPMERKING: Dit protocol maakt het mogelijk om het effect van de kracht op het object te observeren. De verandering in het interferentiepatroon als functie van de tijd is een gevolg van vervorming of verplaatsing die tijdens de meting binnen het systeem optreedt. Deze veranderingen worden gebruikt om de dynamiek van het systeem op nanoschaal te monitoren.
6. Analyses van de resultaten
- Voer een visuele analyse uit als de eerste kwaliteitscontrolestap van het proces. Zoek in deze stap naar zichtbare veranderingen in het interferentiepatroon en probeer de veranderingen in het interferentiepatroon te matchen met resultaten die zijn verkregen door optische en thermische metingen.
- Voer een kruisverhoor uit van alle opnames. Analyseer in deze tweede fase van de analyse grondig de beelden visueel van zowel de optische als de thermische camera's met de holografische reconstructies om dynamiek op nanoschaal te onthullen. Op deze manier wordt het reactiemoment tegelijkertijd gezien in holografische, thermische en fotografische beelden.
- Maak een grafische weergave van resultaten op basis van numerieke / software-analyse en presenteer ze in de vorm van grafieken (1D, 2D of 3D), grafieken, histogrammen enz. Trek na een volledige analyse van de resultaten conclusies en anticipeer op verder onderzoek op basis hiervan.