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Chemistry

लैंथानइड-आधारित आणविक एकल क्रिस्टल में ऑप्टिकल एनीसोट्रोपी का अध्ययन करने के लिए एक उपकरण के रूप में हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग

Published: April 14, 2020 doi: 10.3791/60826
Automatic Translation
1, 1, 2, 2, 1
1Department of Chemistry and Biomolecular Sciences, University of Ottawa, 2Photon etc

Summary

यहां, हम ल्यूमिनेसेंट हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग डेटा प्राप्त करने और हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग सिस्टम का उपयोग करके लैंथानइड-आधारित एकल क्रिस्टल की ऑप्टिकल एनीसोट्रोपी सुविधाओं का विश्लेषण करने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं।

Abstract

इस काम में, हम ल्यूमिनेसेंट लैंथानिड (एलएन3+) -आधारित आणविक एकल क्रिस्टल के विश्लेषण में हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग (एचएसआई) के उपन्यास आवेदन के लिए एक प्रोटोकॉल का वर्णन करते हैं। प्रतिनिधि उदाहरण के रूप में, हमने यूवी उत्तेजना के तहत उज्ज्वल दृश्यमान उत्सर्जन का प्रदर्शन करते हुए विषमपरमाणु एलएन-आधारित परिसर [TbEu (बीपीएम) (tfaa)6](बीपीएम = 2,2'-bipyrimidine, tfaa- =1,1,1-ट्राइफ्लोरोसेसिटिएस्टोनेट) का एक क्रिस्टल चुना। एचएसआई एक उभरती हुई तकनीक है जो प्राप्त छवि के प्रत्येक पिक्सेल से स्पेक्ट्रल जानकारी के साथ ल्यूमिनेसेंट संरचना के 2-आयामी स्थानिक इमेजिंग को जोड़ती है। विशेष रूप से, [टीबी-ईयू] परिसर के एकल क्रिस्टल पर एचएसआई ने अध्ययन किए गए क्रिस्टल के साथ विभिन्न बिंदुओं पर ल्यूमिनेसेंस तीव्रता की भिन्नता का अनावरण करने वाली स्थानीय स्पेक्ट्रल जानकारी प्रदान की। इन परिवर्तनों को क्रिस्टल में मौजूद ऑप्टिकल एनिसोट्रोपी के लिए जिम्मेदार ठहराया गया था, जो क्रिस्टल संरचना की दिशाओं में से प्रत्येक में एलएन3 + आयनों की विभिन्न आणविक पैकिंग से परिणाम देता है। एचएसआई यहां वर्णित आणविक सामग्री के स्पेक्ट्रो-स्थानिक जांच के लिए ऐसी तकनीक की उपयुक्तता का एक उदाहरण है । फिर भी, महत्वपूर्ण बात, इस प्रोटोकॉल को अन्य प्रकार की ल्यूमिनेसेंट सामग्रियों (जैसे माइक्रोन आकार के आणविक क्रिस्टल, अकार्बनिक सूक्ष्मकणों, जैविक ऊतकों में नैनोकणों, या लेबल कोशिकाओं, अन्य लोगों के लिए आसानी से बढ़ाया जा सकता है), संरचना-संपत्ति संबंधों की गहरी जांच के लिए कई संभावनाएं खोलना। अंततः, इस तरह की जांच बायोइमेजिंग से तकनीकी अनुप्रयोगों, जैसे वेवगाइड या ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए उन्नत सामग्रियों की इंजीनियरिंग में लाभ उठाने के लिए ज्ञान प्रदान करेगी ।

Introduction

हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग (एचएसआई) एक तकनीक है जो एक स्थानिक मानचित्र उत्पन्न करती है जहां प्रत्येक एक्स-वाई समन्वय में एक स्पेक्ट्रल जानकारी होती है जो किसी भी प्रकार की स्पेक्ट्रोस्कोपी पर आधारित हो सकती है, नामत फोटोल्यूमिनेसेंस, अवशोषण और बिखरने स्पेक्ट्रोस्कोपी1,,2,,3। नतीजतन, डेटा का एक 3-आयामी सेट (जिसे "हाइपरस्पेक्ट्रल क्यूब" भी कहा जाता है) प्राप्त किया जाता है, जहां एक्स-वाई निर्देशांक स्थानिक कुल्हाड़ी हैं और जेड समन्वय विश्लेषण किए गए नमूने से स्पेक्ट्रल जानकारी है। इसलिए, हाइपरस्पेक्ट्रल क्यूब में स्थानिक और स्पेक्ट्रल दोनों जानकारी होती है, जो पारंपरिक स्पेक्ट्रोस्कोपी की तुलना में नमूने की अधिक विस्तृत स्पेक्ट्रोस्कोपिक जांच प्रदान करती है। जबकि एचएसआई को रिमोट सेंसिंग(जैसे, भूविज्ञान, खाद्य उद्योग4)के क्षेत्र में वर्षों से जाना जाता रहा है, यह हाल ही में नैनोमैटेरियल्स2,,5 या बायोमेडिकल अनुप्रयोगों के लिए जांच3,,6,,7,,8के लक्षण वर्णन के लिए एक अभिनव तकनीक के रूप में उभरा। आम तौर पर, यह यूवी/दृश्यमान/निकट-अवरक्त (एनआईआर) डोमेन तक सीमित नहीं है, बल्कि एक्स-रे जैसे अन्य विकिरण स्रोतों का उपयोग करके भी बढ़ाया जा सकता है - उदाहरण के लिए विभिन्न सामग्रियों9 - या टेराहर्ट्ज विकिरण में मौलिक वितरण की विशेषता के लिए, जहां एचएसआई का उपयोग जैविक ऊतकों8में थर्मल संवेदन करने के लिए किया गया था। इसके अलावा मोनोलेयर राज्यमंत्री210के ऑप्टिकल गुणों की जांच के लिए रमन मैपिंग के साथ फोटोल्यूमिनेसेंस मैपिंग को जोड़ा गया है । फिर भी, ऑप्टिकल एचएसआई के कथित अनुप्रयोगों में, लैंथानिड आधारित सामग्रियों के एचएसआई पर अभी भी कुछ उदाहरण हैं11,,12,,13,,14,,15,,16,,17। उदाहरण के लिए, हम हवाला दे सकते हैं: ऊतकों में कैंसर का पता लगाना6,जैविक ऊतकों में प्रकाश प्रवेश गहराई का विश्लेषण7,मल्टीप्लेक्स जैविक इमेजिंग3,हाइब्रिड सिस्टम11में बहुघटक ऊर्जा हस्तांतरण का विश्लेषण, और नैनोकणों को बढ़ाने के स्पेक्ट्रोस्कोपिक गुणों में एकत्रीकरण-प्रेरित परिवर्तनों की जांच12। जाहिर है, एचएसआई का आकर्षण पर्यावरण-विशिष्ट ल्यूमिनेसेंस के बारे में ज्ञान पैदा करने के लिए अपनी उपयुक्तता से उत्पन्न होता है, जांच के बारे में एक साथ स्थानिक और स्पेक्ट्रल जानकारी प्रदान करता है।

इस शक्तिशाली तकनीक का लाभ उठाते हुए हम यहां विषमपरमाणु टीबी 3+-यूरोपीय संघ3 + एकल क्रिस्टल [TbEu (bpm) (tfaa)6](चित्रा 1a)13के ऑप्टिकल एनिसोट्रोपी की जांच करने के लिए एक प्रोटोकॉल का वर्णन करते हैं । ऑप्टिकल एनिसोट्रोपी ने विभिन्न क्रिस्टलोग्राफिक दिशाओं(चित्रा 1बी)में एलएन3 + आयनों की विभिन्न आणविक पैकिंग के परिणामस्वरूप देखा, जिसके परिणामस्वरूप कुछ क्रिस्टल चेहरे उज्जवल दिखाई देते हैं, अन्य लोग ों को डिमर फोटोल्यूमिनेसेंस दिखाई देता है। यह सुझाव दिया गया था कि क्रिस्टल के विशिष्ट चेहरों पर बढ़ी हुई ल्यूमिनेसेंस तीव्रता उन क्रिस्टलोग्राफिक दिशाओं के साथ अधिक कुशल ऊर्जा हस्तांतरण के साथ सहसंबद्ध थी जहां एलएन3 +· · एलएन3 + आयन दूरी सबसे कम13थे ।

इन परिणामों से प्रेरित होकर, हम एचएसआई के माध्यम से ऑप्टिकल एनिसोट्रोपी का विश्लेषण करने के लिए एक विस्तृत पद्धति की स्थापना का प्रस्ताव करते हैं, आयन आयन ऊर्जा हस्तांतरण प्रक्रियाओं और विशिष्ट आणविक व्यवस्था18,,19से उपजी tunable ल्यूमिनेसेंट गुणों की बेहतर समझ के लिए रास्ता खोलते हैं। इन संरचना-गुणसंबंधों को अभिनव ऑप्टिकल सामग्री डिजाइन के लिए महत्वपूर्ण पहलुओं के रूप में पहचाना गया है, जिसमें नैनो और माइक्रोस्केल पर वेवगाइड सिस्टम और ऑप्टो-मैग्नेटिक स्टोरेज उपकरणों तक सीमित नहीं है - अधिक कुशल और लघुकृत ऑप्टिक सिस्टम20की मांग को संबोधित करना।

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Protocol

सावधानी: इमेजर का संचालन करते समय हर समय उपयोग किए जा रहे उत्तेजना तरंगदैर्ध्य के लिए विशिष्ट सुरक्षा चश्मे का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है।

1. हाइपरस्पेक्ट्रल माइक्रोस्कोप का विन्यास

नोट: हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग सिस्टम का अवलोकन चित्र 2एमें दिया जाता है, जिसमें इमेजर के मुख्य घटकों का वर्णन किया जा रहा है। इमेजिंग सिस्टम का उपयोग नमूने से दिखाई देने वाले या निकट अवरक्त (एनआईआर) उत्सर्जन का पता लगाने के लिए किया जा सकता है। जिसके आधार पर पता लगाना वांछित (दृश्यमान या एनआईआर) है, प्रकाश दो अलग-अलग प्रकाश पथों(चित्र 2e)से गुजरता है। संबंधित पथ का चयन करने के लिए विभिन्न बीम टर्निंग क्यूब्स और डिक्रोइक फिल्टर क्यूब्स (ऑप्टिकल क्यूब्स) का संयोजन उपकरण में विशिष्ट पदों पर तैनात किया जाना चाहिए।

  1. कंप्यूटर पर बिजली जो इमेजिंग सिस्टम से जुड़ी हुई है। कंप्यूटर की मॉनिटर चालू करें।
  2. उपयुक्त ऑप्टिकल क्यूब विन्यास सेट करें(चित्रा 2बी, सी)।
    नोट: यहां, यूवी उत्तेजना और दृश्यमान उत्सर्जन का पता लगाने का उपयोग करएचएसआई मानचित्रण के लिए इमेजर विन्यास(ऑप्टिकल क्यूब विन्यास)का वर्णन किया गया है। हालांकि, विश्लेषण किए गए नमूने के आधार पर एनआईआर उत्तेजना और दृश्यमान या एनआईआर उत्सर्जन का पता लगाने के लिए इसे बदलना भी संभव है। एक उदाहरण के लिए अनुभाग प्रतिनिधि परिणाम देखें।
    1. माइक्रोस्कोप चरण (चित्रा 2aमें 1) से शुरू होकर डिटेक्टरों की ओर उत्सर्जन बीम मार्ग का पालन करना (चित्रा 2एमें 3), ऑप्टिकल क्यूब (4 इन फिगर 2बी)के लिए पहला स्थान छोड़ दें और कॉन्फोकलमाइक्रोस्कोप ऑप्टिकल क्यूब (DFM1-P01) को फिगर 2बी में 5 के रूप में इंगित स्थिति में रखें, ताकि नमूने से उत्सर्जन दृश्य प्रकाश पथ के माध्यम से निर्देशित हो।
    2. डिटेक्टर की ओर ऑप्टिकल पथ के साथ देखते हुए, दृश्यमान ऑप्टिकल क्यूब (CM1-P01) रखें, जिसमें डिक्रोइक मिरर और फिल्टर शामिल हैं, जो चित्र 2 बीमें 6 के रूप में इंगित स्थिति में, पहचान पथों के लिए दृश्यमान उत्सर्जन को निर्देशित करने के लिए हैं।
    3. डिटेक्टर की ओर पथ को जारी रखते हुए, कॉन्फोकल पिनहोल ऑप्टिकल क्यूब (DFM1-P01) को चित्रा 2बी में 7 के रूप में इंगित स्थिति में रखें ताकि दृश्यप्रकाश का पता लगाने के पथ के माध्यम से प्रकाश को निर्देशित किया जा सके। फिर, पथ का पालन करते हुए, कॉन्फोकल स्पेक्ट्रोमीटर ऑप्टिकल क्यूब (DFM1-P01) को फिगर 2सी में 8 स्थिति में रखें ताकि उत्सर्जित प्रकाश डिटेक्टर तक पहुंचे।
    4. एचएसआई मैपिंग के लिए, मैन्युअल रूप से डिटेक्टर भट्ठा खोलने (9 चित्रा 2cमें) को नियंत्रित करने के लिए पिनहोल के आकार के साथ मैच करने के लिए कि उपयोग किया जाता है (लगभग ५० मिमी इष्टतम है) ।
    5. PHySpec सॉफ्टवेयर में, पिनहोल के अपर्चर (चित्रा 3में 5) चुनें।
      नोट: पिनहोल अपर्चर जितना छोटा होगा, सिग्नल तीव्रता की कीमत पर एचएसआई रिज़ॉल्यूशन बेहतर होगा।
  3. स्विच (चित्रा 2डीमें 10) को ऑन पोजीशन में रखकर ब्रॉडबैंड लैंप(चित्रा 2डी,इनसेट) चालू करें। उत्तेजना प्रकाश की तीव्रता को नियंत्रित करने के लिए, 11(चित्रा 2डी)द्वारा इंगित घुंडी को उच्च (32 - निम्न तीव्रता) या कम मूल्यों (1 - उच्चतम तीव्रता) तक घुमाएं। सेट-अप के दौरान ब्रॉडबैंड लैंप शटर (12 में फिगर 2डी)बंद रखें।
    नोट: उच्च मूल्य दीपक द्वारा उत्सर्जित शक्ति घनत्व के उच्च क्षीणहोने के अनुरूप हैं, जबकि कम मूल्य कम क्षीणता के अनुरूप हैं।
  4. अपने स्विच को ऑन पोजीशन में सेट करके नीचे दिए गए क्रम में निम्नलिखित हार्डवेयर चालू करें:
    1. थोरलैब्स मोशन कंट्रोलर चालू करें।
    2. निकॉन पावर सोर्स चालू करें।
    3. एएसआई कंट्रोलर चालू करें।
    4. गैल्वो नियंत्रक चालू करें।
    5. प्रोईएम डिटेक्टर चालू करें।
    6. बायस्पेक डिटेक्टरचालू करें।
  5. कंप्यूटर पर, अपने आइकन पर डबल क्लिक करके PHySpec सॉफ्टवेयर खोलें।
    1. आईएमए अपकन्वर्जन सिस्टम को शुरू करने और कनेक्ट टू सिस्टम विंडो पर ओके बटन पर क्लिक करने के लिए कीबोर्ड पर F8 कुंजी दबाएं।
      नोट: चरण 1.5.1। सिस्टम टैब पर क्लिक करके भी किया जा सकता है और फिर कनेक्ट टू सिस्टम विंडो पर पहुंचने के लिए कनेक्ट पर क्लिक किया जा सकता है। इसके बाद इमेजिंग सिस्टम को सॉफ्टवेयर से कनेक्ट करने के लिए ओके बटन पर क्लिक किया जा सकता है।
    2. सुनिश्चित करें कि सभी मेनू इंटरफ़ेस(कलर कैमरा, प्रोईएम और बायस्पेक)के साथ-साथ डिवाइस कंट्रोल पैनल, स्क्रीन के बाईं ओर दिखाई देते हैं, जैसा कि चित्र 3में दिखाया गया है।

2. एक [TbEu (bpm) (tfaa)6]एकल क्रिस्टल की हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग

  1. सैंपल तैयार करने के लिए क्रिस्टल को माइक्रोस्कोपी ग्लास स्लाइड पर रखें। यदि उच्च आवर्धन का उपयोग करने की आवश्यकता है, तो क्रिस्टल को एक पतले कवर ग्लास के साथ कवर करें और इसे टेप के साथ सुरक्षित करें, ताकि नमूना को उद्देश्य लेंस की ओर सामना कर रहे पतले कवर ग्लास के साथ रखा जा सके।
  2. ग्लास स्लाइड रखें जिस पर माइक्रोस्कोप स्टेज पर नमूना तैयार किया गया है और धातु की बाहों(चित्र4ए, बी)का उपयोग करके इसे सुरक्षित करें।
  3. उपयोग में उद्देश्यों पर नमूना स्थिति के क्रम में एएसआई नियंत्रक की जॉयस्टिक(चित्रा 4c)का उपयोग करके नमूना ले जाएं।
  4. मैन्युअल रूप से उद्देश्यों के नीचे पहिया में सही फिल्टर घन की स्थिति (चित्रा 5में 3) दीपक के यूवी उत्तेजना का चयन करने के लिए और जाने के लिए डिटेक्टर की ओर दिखाई उत्सर्जन पारित ।
    नोट: अतिरिक्त फिल्टर क्यूब्स या तो हरे या नीले प्रकाश उत्तेजना का उपयोग करने के लिए उपलब्ध हैं, इस प्रकार, सही फिल्टर घन जगह में होने के लिए उपयुक्त उत्तेजना तरंगदैर्ध्य के लिए महत्वपूर्ण है ।
  5. मैन्युअल रूप से नमूना के तहत 20X उद्देश्य (चित्रा 5में 5 द्वारा इंगित) की स्थिति और सफेद प्रकाश चालू करने के लिए माइक्रोस्कोप के बाईं ओर सफेद बटन (चित्रा 5में 6) दबाएं।
    1. सफेद प्रकाश शक्ति बटन के नीचे घुंडी मोड़ द्वारा चमक समायोजित (चित्रा 5में 7) ।
  6. PHySpec सॉफ्टवेयर में, कलर कैमरा विंडो पर प्ले (वीडियो) बटन दबाएं, जिससे लाइव स्कैन का अधिग्रहण होगा।
    1. यदि रंग कैमरा विंडो एक काली छवि दिखाता है, तो कलर कैमरा टैब के नीचे, इंस्ट्रूमेंट कंट्रोल पैनल में पाए जाने वाले एक्सपोजर टाइम (2 इन फिगर 3)और/या गेन वैल्यू (3 इन फिगर 3)बढ़ाएं । यदि देखी गई छवि बहुत उज्ज्वल है, तो एक्सपोजर समय को कम करें और/या मूल्य प्राप्त करें।
    2. माइक्रोस्कोप के दाईं ओर आगे घुंडी सुनिश्चित करें (चित्रा 5में 2) के लिए आर के लिए सेट है ताकि कैमरे के लिए संकेत का 20% भेजने के लिए/
  7. उद्देश्य और चरण(चित्रा 4b)के बीच की दूरी को समायोजित करके नमूने पर ध्यान केंद्रित करें। यह माइक्रोस्कोप के दाईं ओर चित्र4 में दिखाए गए घुंडी को बदलकर किया जाता है।
    नोट: बड़ा घुंडी मोटे समायोजन के लिए प्रयोग किया जाता है, जबकि छोटे घुंडी अधिक नाजुक और छोटे ध्यान परिवर्तन के लिए है ।
  8. सुनिश्चित करें कि मैन्युअल रूप से चुने गए उद्देश्य को भी सॉफ्टवेयर में चुना गया है। सबसे पहले, शीर्ष मेनू बार में देखें बटन पर क्लिक करें और फिर छवि पर पैमाने बार प्रदर्शित करने के लिए एक शो/छिपाने के पैमाने बार पर क्लिक करें (चित्रा 3में 1) । फिर, अनुदेश नियंत्रण कक्ष में गैल्वेनोमीटर टैब पर जाएं और उपयोग किए गए उद्देश्य (4 इन फिगर 3)का चयन करें। सुनिश्चित करें कि प्रदर्शित स्केल बार सॉफ्टवेयर में उचित उद्देश्य का चयन करके सही है।
  9. सॉफ्टवेयर में, स्पेक्ट्राप्रो एसपी-2300 टैब के तहत टैब डायवर्टर (प्रोईएम - 6 इन फिगर 3)और फ्रेटिंग में जाकर टैब फ़िल्टर (प्रोईएम - 7 इन फिगर 3)पर जाकर उपयुक्त डिटेक्टर का चयनकरें।
  10. नमूना के यूवी उत्तेजना की अनुमति देने के लिए ब्रॉडबैंड लैंप शटर (12 में चित्रा 2में) खोलें। ब्रॉडबैंड लैंप (यूवी) Figure 2dउत्तेजना की तीव्रता को नियंत्रित करने के लिए वांछित स्थिति (जैसे, 8 - मध्यवर्ती तीव्रता) की तीव्रता को मोड़ें।
    1. वाइड फील्ड रोशनी (ओपन अपर्चर) या एक छोटे स्थान रोशनी (अधिक बंद एपर्चर) के बीच चयन करने के लिए, चित्र 5में 4 में दिखाए गए छड़ी और घुंडी का उपयोग करके यूवी लैंप फील्ड एपर्चर के आकार को नियंत्रित करें।
  11. स्पेक्ट्राप्रो एसपी-2300 टैब के तहत, नमूना उत्सर्जन का निरीक्षण करने के लिए तरंगदैर्ध्य का चयन करें।
  12. यदि नमूने की उत्सर्जन तरंगदैर्ध्य अज्ञात हैं, तो उत्सर्जन स्पेक्ट्रम प्राप्त करें।
    1. सीक्वेंसर में, उत्सर्जन स्पेक्ट्रम के अधिग्रहण के लिए एक नया अनुक्रम ("नोड") जोड़ने के लिए + साइन पर क्लिक करें।
      1. स्पेक्ट्रोमीटर और फिर स्पेक्ट्रम अधिग्रहण (स्पेक्ट्रल स्कैन के साथ)पर क्लिक करें ।
      2. इनपुट एक न्यूनतम तरंगदैर्ध्य (यानी, 400 एनएम) और एक अधिकतम तरंगदैर्ध्य (यानी, 700 एनएम) और स्पेक्ट्रल रेंज सेट करने के लिए ओके क्लिक करें जिसमें स्पेक्ट्रम दर्ज किया जाएगा।
      3. सॉफ्टवेयर के बाईं ओर मेनू में पर्याप्त एक्सपोजर समय चुनें। बहुत उज्ज्वल नमूनों के लिए कम समय (जैसे, 0.1 एस) चुनें और मंद उत्सर्जक ों के लिए लंबे समय तक (उदाहरण के लिए, 2 एस)।
      4. ब्रॉडबैंड लैंप (यूवी) उत्तेजना के मामले में उत्तेजना शक्ति समायोजित करें (ऊपर चरण 1.3 देखें)।
        नोट: एनआईआर डायोड उत्तेजना के मामले में, इसे PHySpec सॉफ्टवेयर के बाईं ओर तटस्थ घनत्व ड्रॉप-डाउन मेनू से समायोजित किया जा सकता है।
    2. सीक्वेंसर पर पूरे सीक्वेंस को चलाने के लिए डबल प्ले बटन पर क्लिक करें। एक बार स्पेक्ट्रम दिखाए जाने के बाद, नमूना उत्सर्जन का पता लगाने के लिए ब्याज के क्षेत्रों पर ध्यान दें(उदाहरण के लिए टीबी3 +- और यूरोपीय संघ 3+आधारित नमूने) के मामले में 580 से 640 एनएम) ।
    3. आवश्यकतानुसार, या तो नमूने का ध्यान बदलकर या PHySpec सॉफ्टवेयर में एक्सपोजर समय को समायोजित करके सिग्नल डिटेक्शन का अनुकूलन करें। ऊपर वर्णित उत्तेजना स्रोत (ब्रॉडबैंड लैंप) की शक्ति को बदलकर नमूना उत्सर्जन तीव्रता की वृद्धि के माध्यम से सिग्नल डिटेक्शन के आगे अनुकूलन प्राप्त करें।
  13. एक्सपोजर टाइम (जैसे, 0.5 एस - 2 इन फिगर 3)और अच्छी गुणवत्ता वाली छवि प्राप्त करने के लिए रंग कैमरा के (3 चित्रा 3में 3) को समायोजित करें। यदि आवश्यक हो, तो PHySpec सॉफ्टवेयर विंडो के शीर्ष में मेनू की दूसरी पंक्ति में बटन शो/हाइड स्केल बार पर क्लिक करके छवि में स्केल बार जोड़ें।
  14. सिफारिश: हाइपरस्पेक्ट्रल क्यूब प्राप्त करने से पहले, सफेद प्रकाश के तहत क्रिस्टल की एक उज्ज्वल क्षेत्र ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी छवि रिकॉर्ड(चित्र6a)और/या यूवी पूर्ण(चित्रा 6b)या सीमित(चित्रा 6c)रोशनी (शटर एपर्चर द्वारा नियंत्रित यूवी रोशनी, चित्र5में 4 के रूप में दिखाया गया है) । ऐसा करने के लिए, फोकस में नमूने के साथ, रंग कैमरे के प्ले बटन पर क्लिक करें।
  15. फ़ाइल पर क्लिक करें और फिर एक्सपोर्ट विंडो व्यू,प्राप्त छवि को निर्यात करने के लिए वांछित प्रारूप चुनें, और वांछित विस्तार (.h5, के साथ फ़ाइल को सहेजें। जेपीईजी) ।
  16. हाइपरस्पेक्ट्रल इमेज हासिल करने से पहले, सफेद प्रकाश रोशनी के साथ-साथ कमरे की रोशनी को बंद कर दें।
  17. हाइपरस्पेक्ट्रल क्यूब प्राप्त करने के लिए, एक नया अनुक्रम लिखें। इसलिए सीक्वेंसर में एक नया नोड जोड़ने के लिए + साइन पर क्लिक करें।
    1. कॉन्फोकल इमेजरपर क्लिक करें ।
      1. मल्टी-स्पेक्ट्रम अधिग्रहणपर क्लिक करें । यहां, देखने के वांछित क्षेत्र को एक्स और वाई दिशाओं और चरण आकार में प्राप्त करने के लिए अंकों की संख्या से परिभाषित किया गया है। उदाहरण के लिए, एक्स में 100 अंक और वाई में 100 अंक का उपयोग 5 μm कदम आकार के साथ 500 माइक्रोन द्वारा 500 की छवि प्राप्त करने के लिए करें।
        नोट: अधिग्रहण बिंदुओं की कुल संख्या और प्रत्येक बिंदु पर एकीकरण समय सीधे हाइपरस्पेक्ट्रल घन के कुल अधिग्रहण समय को प्रभावित करेगा।
        1. इनपुट वांछित एक्स स्थिति (जैसे, 100) और वाई स्थिति (जैसे, 100) की गिनती के साथ-साथ वांछित चरण आकार (जैसे, 5 माइक्रोन)। कैमरा सिंक के लिए हार्डवेयर विकल्प का चयन करें, दृश्यमान उत्सर्जन मानचित्रण के लिए (और एनआईआर डिटेक्शन के मामले में सॉफ्टवेयर विकल्प)। ओकेपर क्लिक करें ।
  18. सीक्वेंसर में नोड को हाइलाइट करने के लिए नई जोड़ी गई मल्टी-स्पेक्ट्रम एक्विजिशन लाइन पर क्लिक करें ।
  19. चयनित नोड चलाने के लिए प्ले बटन पर क्लिक करें।
    नोट: शेष समय है कि अधिग्रहण ले जाएगा नोड के बगल में दिखाई देगा (मिनट में, जैसे, 28 मिनट) ।
  20. एक बार अधिग्रहण पूरा हो जाने के बाद, उपयुक्त फ़ाइल प्रारूप (.h5) में हाइपरस्पेक्ट्रल क्यूब को बचाएं।

3. हाइपरस्पेक्ट्रल डेटा विश्लेषण

  1. अधिग्रहण के ठीक बाद, यदि सहेजा गया हाइपरस्पेक्ट्रल क्यूब सॉफ्टवेयर में स्वचालित रूप से नहीं खुलता है, तो हाइपरस्पेक्ट्रल क्यूब को ठीक करें, जिसे .h5 फ़ाइल के रूप में बचाया गया था, शीर्ष मेनू बार में फ़ाइल पर क्लिक करके और फिर कर्सर पर मंडरा रहा है और ओपन फाइल पर क्लिक करें... जब चबूतरे को खोलने के लिए चुनिंदा डेटा (एस) शीर्षक वाली खिड़की, फ़ोल्डर चुनें जहां .h5 फ़ाइल सहेजी जाती है और इसे खोलने के लिए फ़ाइल पर डबल क्लिक करती है।
  2. एक बार हाइपरस्पेक्ट्रल क्यूब फ़ाइल आयात हो जाने के बाद, क्यूब इमेज के शीर्ष पर बार को बाईं ओर ले जाकर एक विशिष्ट स्पेक्ट्रल तरंगदैर्ध्य की तीव्रता दिखाने के लिए प्रदर्शित हाइपरस्पेक्ट्रल क्यूब छवि को संशोधित करें (निचली तरंगदैर्ध्य, जैसे, 580 एनएम) या दाएं (उच्च तरंगदैर्ध्य, जैसे, 638 एनएम)।
    नोट: चयनित तरंगदैर्ध्य इस ऊपरी बार के बाईं ओर (चित्रा 7में 1) में प्रदर्शित किया जाता है ।
  3. विश्लेषण के लिए ब्याज की तरंगदैर्ध्य चुनने के बाद (उदाहरण केलिए,अधिकतम तीव्रता, जो [TbEu (bpm) (tfaa)6]के मामले में ६१३.२६ एनएम है, एक (या सभी) स्पेक्ट्रल विश्लेषण के तीन संभावित प्रकार के: (ए) एक छवि के रूप में स्पेक्ट्रल वितरण (चित्र 7में 2); (ख) ब्याज के क्षेत्र में एक उत्सर्जन तीव्रता प्रोफ़ाइल (चित्रा 7में 3); (ग) किसी विशिष्ट बिंदु या ब्याज के क्षेत्र में स्पेक्ट्रम निकालना (4 चित्रा 7में) ।
    1. किसी छवि से स्पेक्ट्रल वितरण के मामले में, छवि में सिग्नल-टू-शोर अनुपात को बढ़ाने के लिए फसल और बिन फ़ंक्शन का उपयोग करें। ऐसा करने के लिए, शीर्ष मेनू प्रोसेसिंग में क्लिक करें फिर डेटा चुनें और फिर विकल्प फसल और बिन।
    2. उत्सर्जन तीव्रता प्रोफ़ाइल के लिए, घन छवि पर, सही क्लिक करें और बनाएं लक्ष्य का चयन करें या एक्स प्रोफाइल बनाएं या वाई प्रोफ़ाइल बनाएं यदि केवल एक बिंदु (लक्ष्य - 5 और 6 चित्रा 7में) या एक पंक्ति (प्रोफाइल - 7 और 8 चित्रा 7में) का विश्लेषण करने की आवश्यकता है। लक्ष्य, क्षैतिज या ऊर्ध्वाधर लाइन प्रोफ़ाइल को कर्सर के साथ खींचकर विश्लेषण के क्षेत्र का चयन करें और इसे क्यूब के पार ले जाएं।
      1. एक बार प्रोफ़ाइल को ठीक से चयनित कर लिए जाने के बाद, इस क्षेत्र पर सही क्लिक करें और ग्राफ में ऐड टारगेटका चयन करें। लक्ष्य(एक्स एक्सिस) की भौतिक स्थिति के एक समारोह के रूप में उत्सर्जन तीव्रता(y धुरी) प्रदर्शित करने के लिए एक नया ग्राफ बनाने का विकल्प चुना। स्पेक्ट्रम नए ग्राफ जो डाला गया था पर दिखाई देगा (6 और 7 चित्रा 7में) ।
        नोट: कई लक्ष्य बनाए जा सकते हैं, और ये अलग-अलग रंगीन उत्सर्जन प्रोफाइल (5 और 6 में चित्रा 7)के रूप में दिखाई देंगे।
    3. वैकल्पिक रूप से, नमूने के एक विशिष्ट क्षेत्र का उत्सर्जन स्पेक्ट्रम प्राप्त करें (9 चित्रा 7में)। शुरू करने के लिए, घन छवि और सही क्लिक पर कर्सर मंडराना। चबूतरे पर आयत चयन या एलिप्से चयन विकल्पों पर क्लिक करें।
      1. क्यूब भर में कर्सर को क्लिक करके और खींचकर वांछित क्षेत्र पर चयन आकार (जैसे, आयत) खींचें। एक बार क्षेत्र का सही चयन हो जाने के बाद, इस क्षेत्र पर सही क्लिक करें और ग्राफ में ऐड चयनका चयन करें।
      2. दिखाई देने वाली खिड़की पर ग्राफ में जोड़ें, लक्ष्य के उत्सर्जन स्पेक्ट्रा प्रदर्शित करने के लिए एक नया ग्राफ बनाएं और ओकेपर क्लिक करें ।
        नोट: एक नई रंगीन रेखा (चित्रा 7में 8) ग्राफ जिसमें लक्ष्य उत्सर्जन दिखाया जा रहा है पर दिखाई देगा, उत्सर्जन तीव्रता के साथ y धुरी और एक्स धुरी पर तरंगदैर्ध्य के रूप में । यह स्पेक्ट्रम प्रत्येक तरंगदैर्ध्य के लिए चयनित क्षेत्र की औसत तीव्रता से मेल खाता है।
  4. एक बार स्पेक्ट्रम प्राप्त हो जाने के बाद, नए क्षेत्र का चयन करने से पहले इसे बचाएं क्योंकि एक समय में केवल एक क्षेत्र का चयन किया जा सकता है। ऐसा करने के लिए, उस विंडो का चयन करें जिसमें ग्राफ होता है। फ़ाइल मेनू में, सेव करें और पसंद के फ़ोल्डर में ग्राफ को बचाने के लिए चुनें, पसंद के नाम का उपयोग करके, या तो .h5 प्रारूप में, जिसे PHySpec सॉफ्टवेयर में खोला जा सकता है, या .csv प्रारूप में, जिसे एक्सेल में आयात किया जा सकता है।

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Representative Results

एलएन-आधारित, आणविक एकल क्रिस्टल (यानी, [TbEu (bpm) (tfaa)6], चित्रा 1a)पर डेटा अधिग्रहण के लिए हाइपरस्पेक्ट्रल माइक्रोस्कोप के विन्यास को समझाने के लिए, चित्रा 2 सिस्टम के अवलोकन के साथ-साथ सेटअप में ऑप्टिकल क्यूब्स के सही प्लेसमेंट को दर्शाता है। चित्रा 3 एचएसआई अधिग्रहण के दौरान उपयोग किए जाने वाले मेनू वाले PHySpec सॉफ्टवेयर के एक स्क्रीन शॉट को दिखाता है। चित्रा 4 और चित्रा 5 माइक्रोस्कोप चरण को अधिक विस्तार से दिखाते हैं, जिसमें नमूना युक्त ग्लास स्लाइड का प्लेसमेंट शामिल है जिसका विश्लेषण किया जाना है। चयनित यूवी रोशनी क्रिस्टल के दिखाई लाल ल्यूमिनेसेंस(चित्रा 4a और चित्रा 5में 1) दिखाने के लिए चालू किया गया था । चित्रा 6a उचित ध्यान में नमूना समायोजित करने के बाद दर्ज क्रिस्टल की एक उज्ज्वल क्षेत्र छवि से पता चलता है । क्रिस्टल की सुई जैसी आकृति विज्ञान को स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है। चित्रा 6बी, सी या तो पूर्ण दृश्य(चित्र6b)या स्थानीय रूप से सीमित(चित्र6c)रोशनी के साथ यूवी उत्तेजना के तहत एक ही क्रिस्टल की छवि दिखाते हैं । वाइड यूवी रोशनी के तहत क्रिस्टल के विभिन्न चेहरों से उत्सर्जन चमक के अंतर तुरंत दिखाई देते हैं। सीमित रोशनी का उपयोग एक विकल्प के रूप में किया जा सकता है, मुख्य रूप से क्रिस्टल में ऊर्जा या प्रकाश हस्तांतरण के किसी भी प्रभाव की जांच करने के लिए, जो तरंग-जैसे व्यवहार को ट्रिगर कर सकता है। इस मामले में, एक मजबूत उत्सर्जन एक बिंदु में सीधे उत्तेजना के तहत नहीं पाया जाता है । इससे पता चलता है कि कुशल ऊर्जा प्रवास क्रिस्टल13 (5 और 6 में चित्रा 7)के माध्यम से होता है।

अधिग्रहीत हाइपरस्पेक्ट्रल क्यूब से, एक विशिष्ट तरंगदैर्ध्य का प्रतिनिधित्व करने वाली छवि के रूप में स्पेक्ट्रल वितरण प्राप्त करना और संभव है, एक विशिष्ट उत्सर्जन तरंगदैर्ध्य की तीव्रता प्रोफ़ाइल, साथ ही अधिग्रहण हाइपरस्पेक्ट्रल क्यूब के किसी भी पिक्सेल या क्षेत्र में उत्सर्जन स्पेक्ट्रा। एक उदाहरण के रूप में, आंकड़ा 7 (पैनल 4) में दिया गया उत्सर्जन स्पेक्ट्रा यूरोपीय संघ3 + आयन के सबसे विशिष्ट उत्सर्जन बैंड दिखाता है: 590 एनएम पर मनाया गया बैंड चुंबकीय डिपोल (एमडी) 5डी0→7एफ1 संक्रमण यूरोपीय संघ3 +को सौंपा गया है, जबकि इस क्षेत्र में उत्सर्जन चोटियों अतिसंवेदनशील मजबूर इलेक्ट्रिक डिपोल (ईडी) 5डी0→एफ 7एफ2 यूरोपीय संघ से स्टेम इन दोनों संक्रमणों की एकीकृत तीव्रता के बीच अनुपात अच्छी तरह से एकल क्रिस्टल21की संरचना में एलएन3 + आयन के आसपास रासायनिक पर्यावरण की एक उत्कृष्ट जांच होने के लिए जाना जाता है: एलएन3 + आयन के आसपास समरूपता कम है, बड़ा ईडी/एमडी अनुपात है । यह एलएन3 + आयन के रासायनिक वातावरण के समरूपता चरित्र के बारे में निष्कर्ष निकालने की अनुमति देता है। इसके अलावा, 5डी0→7एफ2 संक्रमण के स्टार्क विभाजन को अपने क्रिस्टलोग्राफिक वातावरण में एलएन3 + के आसपास समरूपता के साथ सहसंबद्ध किया जा सकता है - समरूपता जितनी कम होगी, उतना ही अधिक स्टार्क उप-स्तर की संख्या है। सुई की तरह बहुरूपीय कम सममित ट्राइक्लिनिक क्रिस्टल प्रणाली में सघन के मामले में, 5डी0→7एफ2 संक्रमण चार उप चोटियों में विभाजित (स्पेक्ट्रा चित्रा 7,पैनल 4 में दिखाया गया है) । इस तरह के विश्लेषण विशेष रूप से आकर्षक है जब एक ल्यूमिनेसेंट क्रिस्टल के कई बहुरूपों के ऑप्टिकल गुणों की तुलना। हमने पहले दिखाया था कि रासायनिक वातावरण के बारे में जानकारी ऑप्टिकल विश्लेषण से कम होने से संबंधित आणविक क्रिस्टल संरचना के साथ अच्छी तरह से संबद्ध हो गई है जो एकल क्रिस्टल एक्स-रे विश्लेषण13द्वारा प्राप्त की गई थी। इसके अलावा, चित्र7 (पैनल 3) में दिखाए गए विभिन्न क्रिस्टल चेहरों के साथ स्पेक्ट्रल प्रोफाइल, टिप और साइड चेहरों पर उज्जवल उत्सर्जन का संकेत देता है, एलएन3 +· · के साथ भी सहसंबद्ध किया जा सकता है तीन स्थानिक दिशाओं में एलएन3 + आयन दूरी(चित्रा 1b):डेंजर एलएन3 + पैकिंग कुल्हाड़ियों के साथ टिप और साइड चेहरों के लिए लंबवत, क्रमशः, आयन आयन ऊर्जा हस्तांतरण एहसान । इसलिए, संबंधित चेहरों पर उत्सर्जन वृद्धि देखी जाती है, इस प्रकार, ऑप्टिकल एनिसोट्रोपी।

कुल मिलाकर, डेटा विश्लेषण के विभिन्न विकल्प, चित्र 7 और चित्रा 8में दिखाए गए, संयुक्त स्पेक्ट्रोस्कोपिक और स्थानिक जानकारी की सबसे महत्वपूर्ण विशेषताएं हैं, जिनका ल्यूमिनेसेंट नमूनों के एचएसआई विश्लेषण द्वारा पता लगाया जाना संभव है।

Figure 1
चित्रा 1: आणविक संरचना और क्रिस्टलोग्राफिक व्यवस्था। (ए)विषमपरमाणु एलएन आधारित परिसर [TbEu (bpm) (tfaa)6],जहां एलएन1 और एलएन2 टीबी3 + और यूरोपीय संघ 3+ आयनों हैं । विकारित समूहों और हाइड्रोजन परमाणुओं को स्पष्टता के लिए छोड़ दिया जाता है। रंग कोड: यूरोपीय संघ: डार्क सियान; सी: ग्रे; हे: लाल; एन: नीला; एफ: चूना हरा। (ख)क्रिस्टल में आणविक पैकिंग का प्रतिनिधित्व: (i) शीर्ष दृश्य और (ii) चयनित इंटरमॉलिक्यूलर और इंट्रामॉलिक्यूलर Ln·· के साथ सुई की तरह एकल क्रिस्टल संरचना का टिप दृश्य एलएन दूरी (स्पष्टता के लिए टीएफएए उपइकाइयों और हाइड्रोजन परमाणुओं को छोड़ दिया जाता है)। (iii) [TbEu (bmp) (tfaa)6]dimers (हाइड्रोजन परमाणुओं स्पष्टता के लिए छोड़ दिया जाता है) की क्रिस्टल पैकिंग व्यवस्था । (iv) सबसे कम Ln·· खुलासा डिमर के क्रिस्टल विकास चेहरों के चित्र एलएन (0 1 0) और (2-1 1) क्रिस्टलोग्राफिक दिशाओं में दूरी। इस आंकड़े में रेफरेंस 13 से बदलाव किया गया है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2: हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग सिस्टम का अवलोकन। दिखाया गया है कि यूवी उत्तेजना का उपयोग करके दृश्यमान स्पेक्ट्रल क्षेत्र में ल्यूमिनेसेंस मैपिंग के लिए आवश्यक विन्यास है। (क)प्रणाली का सामान्य दृश्य, जहां 1 माइक्रोस्कोप चरण है, 2 ऑप्टिकल विन्यास युक्त अनुभाग है, और 3 दृश्य और एनआईआर डिटेक्टरों के साथ स्पेक्ट्रोमीटर है। (ख)ऑप्टिकल सेट-अप का खुला दृश्य माइक्रोस्कोप स्टेज (ए के दाईं ओर) के करीब प्रयोग के लिए ऑप्टिकल विन्यास दिखा: ऑप्टिकल घन स्थिति 4 खाली रहती है और कॉन्फोकल माइक्रोस्कोप घन को स्थिति 5 में रखा गया है ताकि दृश्यमान पथ के माध्यम से प्रकाश को मार्ग में रखा जा सके, दृश्यमान घन को दृश्यमान प्रकाश को पहचानने के लिए स्थिति 6 में रखा जाता है, और कॉन्फोकल पिनहोल घन को दृश्यमान पथ पर प्रकाश के लिए प्रकाश के लिए स्थिति 6 में रखा जाता है, और कॉन्फोकल पिनहोल घन को दृश्यमान पथ पर प्रकाश के लिए मार्ग के लिए स्थिति 6 में रखा जाता है। 7 (ग)ऑप्टिकल सेट-अप का खुला दृश्य डिटेक्टरों (ए के बाएं हिस्से) के करीब, स्थिति 8दिखा रहा है, जहां कॉन्फोकल स्पेक्ट्रोमीटर घन को स्पेक्ट्रोमीटर और दृश्यमान कैमरे के प्रकाश को प्रतिबिंबित करने के लिए रखा गया है । इनसेट 9 स्पेक्ट्रोमीटर भट्ठा की शुरुआती चौड़ाई को समायोजित करने के लिए पेंच दिखाता है। (डी)माइक्रोस्कोप चरण, कंप्यूटर और ब्रॉडबैंड लैंप (यूवी उत्तेजना के लिए इस्तेमाल किया) नियंत्रक का दृश्य । इनसेट में ब्रॉडबैंड लैंप कंट्रोलर को ज्यादा डिटेल के साथ दिखाया गया है-10 ऑन/ऑफ बटन है, 11 दीपक की तीव्रता को कंट्रोल करने के लिए नॉब है, और 12 शटर बटन है । (e)4 से 8तक ऑप्टिकल क्यूब पोजीशन सहित माइक्रोस्कोप चरण से डिटेक्टरों तक दृश्यमान/एनआईआर ऑप्टिकल पथ को दर्शाने वाली योजना । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्रा 3: एचएसआई के लिए समायोजित किए जाने वाले मापदंडों के साथ मेनू दिखाने वाले PHySpec सॉफ्टवेयर का स्क्रीनशॉट। 1 रंग कैमरा छवि में स्केल बार डालने की अनुमति देता है; 2 और 3 क्रमशः एक्सपोजर समय को नियंत्रित करने और रंग कैमरे के मूल्य प्राप्त करने की अनुमति देते हैं; उचित उद्देश्य लेंस 4में चुना जाना चाहिए ; 5 पिनहोल के अपर्चर के चयन की अनुमति देता है ; 6 (डायवर्टर) और 7 (फ़िल्टर) क्रमशः डिटेक्टर और झंझरी चुनने की अनुमति देते हैं; दृश्य डिटेक्टर के लिए एक्सपोजर टाइम 8में सेट है . कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्रा 4: माइक्रोस्कोप चरण का सामान्य दृश्य। (क)चरण में नमूना युक्त ग्लास स्लाइड का प्लेसमेंट, नमूना लाल चमक (ग्लास स्लाइड के केंद्र में छोटे लाल बिंदु) दिखाने पर यूवी रोशनी के साथ। (ख)शीर्ष पर सफेद प्रकाश रोशनी कंपाउंडर के साथ माइक्रोस्कोप चरण का दृश्य । (ग)मंच नियंत्रक जॉयस्टिक दिखाता है जो नारंगी और पीले तीरों द्वारा इंगित दिशाओं में मंच के आंदोलन को नियंत्रित करता है ((क) में भी दिखाया गया है। (डी)फोकस बटन का विस्तृत दृश्य, जो लाल तीर (बी में भी दिखाया गयाहै)द्वारा इंगित दिशाओं में मंच को स्थानांतरित करता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 5
चित्रा 5: माइक्रोस्कोप चरण के घटक। 1 ग्लास स्लाइड पर नमूना के साथ 1 माइक्रोस्कोप चरण उद्देश्य लेंस के शीर्ष पर नमूना चरण पर रखा गया; 2 पहियों ध्यान (बड़े पहिया) को समायोजित करने के लिए और कब्जा कर लिया उत्सर्जन (छोटे पहिया) या तो केवल डिटेक्टर (एल) को निर्देशित करने के लिए, आंशिक रूप से डिटेक्टर के लिए और आंशिक रूप से कैमरा (आर), या पूरी तरह से दूरबीन लेंस (आंख) के लिए; 3 उत्तेजना/उत्सर्जन फिल्टर व्हील का उपयोग उत्तेजना तरंगदैर्ध्य रेंज चुनने के लिए किया जाता है। दाईं ओर विस्तार फिल्टर घन यूवी फिल्टर और लंबे समय से इस प्रयोग में इस्तेमाल फिल्टर पकड़े से पता चलता है; 4 ऊपर/नीचे में नमूने के माध्यम से उत्तेजना बीम को स्थानांतरित करने के लिए घुंडी दिखा रहे हैं, जबकि बीच में, परिपत्र क्षेत्र एपर्चर नियंत्रण; 5 उद्देश्य लेंस; 6 पर/सफेद प्रकाश रोशनी के बंद बटन; 7 घुंडी सफेद प्रकाश दीपक की चमक को समायोजित करने के लिए। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 6
चित्रा 6: विश्लेषण एकल क्रिस्टल की ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी छवियां। इन छवियों के तहत प्राप्त किए गए थे(क)सफेद प्रकाश रोशनी,(ख)पूर्ण दृश्य यूवी रोशनी, उत्तेजना परिपत्र एपर्चर पूरी तरह से खुला का उपयोग कर, और(ग)स्थानीय रूप से सीमित यूवी रोशनी (सफेद सर्कल द्वारा चिह्नित), एक करीब उत्तेजना परिपत्र एपर्चर का उपयोग कर । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 7
चित्रा 7: हाइपरस्पेक्ट्रल क्यूब डेटा विश्लेषण प्रक्रिया दिखा रहा PHySpec सॉफ्टवेयर का स्क्रीनशॉट। अधिग्रहीत हाइपरस्पेक्ट्रल घन पर विविध स्पेक्ट्रल विश्लेषण विधियों को लागू किया जा सकता है: 1 तरंगदैर्ध्य को दिखाता है जिसे 2में दिखाए गए स्पेक्ट्रल छवि वितरण के लिए चुना गया था ; 3 613.26 एनएम क्षैतिज (7) और ऊर्ध्वाधर (8) तीव्रता प्रोफाइल दिखाता है; 4 लक्ष्य5 और 6 से निकाले गए उत्सर्जन स्पेक्ट्रा के साथ-साथ 9 में हाइलाइट किए गए क्षेत्र से दिखाता है । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 8
चित्रा 8: नैनोकणों और लैंथानाइड परिसरों को बढ़ाने के बीच तालमेल की जांच कर रही एचएसआई का वैकल्पिक अनुप्रयोग। यह उदाहरण आणविक क्रिस्टल ([टीबी2(बीपीएम) (tfaa)6])के साथ संयुक्त नैनोकणों (NaGdF 4:Tm43+ ,Yb3 +)के साथ संयुक्त एक संकर प्रणाली के अतिस्पेक्ट्रल विश्लेषण से पता चलता है । }a980 एनएम लाइट विकिरण के तहत हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग के लिए उपयोग किए जाने वाले ब्याज क्षेत्र (आरओआई) के साथ सफेद और यूवी प्रकाश रोशनी के तहत फोटोमाइक्रोग्राफ। (ख) टीएम3 + और अप्रत्यक्ष टीबी 3+ उत्सर्जन 20 x 20 माइक्रोन2के क्षेत्र में निगरानी की जाती है । (ग)उत्सर्जन बैंडकी पूर्ण तीव्रता में भिन्नता पूरे संकर प्रणाली में उतार-चढ़ाव में होती है जो सतह पर वितरित सामग्री की कुल मात्रा में कुछ परिवर्तनशीलता का संकेत देती है । (घ)परिसर बनाम टीएम3 +के एकीकृत उत्सर्जन के बीच अनुपात की स्थिरता: 1जी4→3एच6 (वर्ग) और टीएम3 +: 1जी4→3एफ4 (हलकों) ने हाइब्रिड सिस्टम में दो moieties की एक साथ उपस्थिति और उनके बीच सजातीय बातचीत की पुष्टि की। स्केल बार फोटोमाइक्रोग्राफ में 20 माइक्रोन और आरओआई और स्पेक्ट्रल मैप्स में 5 माइक्रोन हैं। फोटोमाइक्रोग्राफ असली रंगों में प्रस्तुत किए जाते हैं। संदर्भ 11 से आंकड़े में संशोधन किया गया है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

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Discussion

यहां वर्णित हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग प्रोटोकॉल एक सीधा दृष्टिकोण प्रदान करता है जो नमूने के सटीक स्थानों पर स्पेक्ट्रोस्कोपिक जानकारी प्राप्त करने की अनुमति देता है। वर्णित सेटअप का उपयोग करते हुए, स्थानिक संकल्प(एक्स और वाई मैपिंग) 0.5 माइक्रोन तक पहुंच सकता है जबकि स्पेक्ट्रल रिज़ॉल्यूशन दृश्यमान रेंज में मानचित्रण के लिए 0.2 एनएम और एनआईआर रेंज के लिए 0.6 एनएम का हो सकता है।

एक क्रिस्टल पर हाइपरस्पेक्ट्रल मैपिंग करने के लिए, नमूना तैयारी एक आसान प्रक्रिया का पालन करती है: क्रिस्टल को बस एक ग्लास माइक्रोस्कोपी स्लाइड पर रखा जा सकता है, जो आवश्यकतानुसार कवर ग्लास द्वारा कवर किया जाता है। सॉफ्टवेयर में कलर कैमरा सेट-अप में उचित उद्देश्य लेंस और उज्ज्वल क्षेत्र छवि का उपयोग करके नमूना को केंद्रित करना सबसे अच्छा हल अतिस्पेक्ट्रल छवियों को प्राप्त करने के लिए पूर्व-विश्लेषण चरण के दौरान एक बहुत ही महत्वपूर्ण कदम है। आमतौर पर, नमूना अच्छी तरह से केंद्रित होने पर उच्च उत्सर्जन तीव्रता प्राप्त की जाती है। एक बार ऐसा हो जाने के बाद, विश्लेषण के मापदंडों का विकल्प जैसे एक्स और वाई मायने रखता है और चरण आकार प्राप्त हाइपरस्पेक्ट्रल क्यूब के क्रमशः देखने और स्थानिक नमूने के क्षेत्र को निर्देशित करेगा। हालांकि, उद्देश्य के संख्यात्मक एपर्चर और उत्तेजना/उत्सर्जन तरंगदैर्ध्य नमूना है कि प्रत्येक अधिग्रहण बिंदु पर जांच की है की वास्तविक मात्रा हुक्म । उदाहरण के लिए, इस अध्ययन में उपयोग किए जाने वाले उद्देश्य के लिए, 0.4 के संख्यात्मक अपर्चर (एनए) के साथ, और यूवी स्पेक्ट्रल रेंज (390 एनएम) में उत्तेजना का उपयोग करके, केंद्रित लेजर स्पॉट का आकार एक्स और वाई दिशा में लगभग 0.6 x 0.6 माइक्रोन है। लेजर स्पॉट के आकार की गणना वेबसाइट (https://www.microscopyu.com/tutorials/imageformation-airyna, 26 सितंबर, 2019 को एक्सेस) का उपयोग करके की गई थी। यदि चुना कदम आकार स्थानिक नमूना से बड़ा है, तो वास्तव में चरण आकार द्वारा दिए गए क्षेत्र से छोटे क्षेत्र का नमूना हो सकता है। यदि नमूना सजातीय है, तो अंडरसैंपलिंग कोई मुद्दा नहीं हो सकता है। फिर भी, यदि नमूने में स्थानिक विविधताओं का पता लगाने के लिए महत्वपूर्ण हैं, तो नमूना पर लेजर बीम के आधे आकार पर सेट किए गए चरण आकार के साथ इष्टतम नमूना प्राप्त किया जाता है। चुना जोखिम समय और यूवी चयनित रोशनी की तीव्रता प्राप्त स्पेक्ट्रा की तीव्रता को नियंत्रित करेगी। उत्सर्जन तीव्रता और यूवी उत्तेजना के प्रति संवेदनशीलता के आधार पर इस तरह के पैरामीटर नमूने से नमूना में भिन्न होते हैं।

इस बिंदु पर, प्रोटोकॉल के भीतर महत्वपूर्ण कदम ों को सूचीबद्ध किया जा सकता है: ऑप्टिकल सिस्टम का संरेखण, ऑप्टिकल क्यूब्स का सही प्लेसमेंट, उत्तेजना और डिटेक्टर भट्ठा उद्घाटन के परिपत्र एपर्चर का विनियमन, पिनहोल का विकल्प, उचित उद्देश्य लेंस का उपयोग करके रंग कैमरे में नमूना का ध्यान केंद्रित करना, ब्रॉडबैंड लैंप की तीव्रता और लंबे पास फिल्टर घन की उचित पसंद (यूवी उत्तेजना की अनुमति) , साथ ही उचित कदम आकार और जोखिम समय के रूप में ऊपर उल्लेख किया की पसंद है । अंत में, कमरे की रोशनी हाइपरस्पेक्ट्रल घन अधिग्रहण के सभी समय के दौरान बंद हो नी चाहिए।

खराब सिग्नल डिटेक्शन के मामले में या तो कलर कैमरा या स्पेक्ट्रोमीटर के साथ, तकनीक की समस्या निवारण में हाइपरस्पेक्ट्रल क्यूब अधिग्रहण शुरू करने से पहले ऊपर दिए गए महत्वपूर्ण चरणों में से हर एक की सावधानीपूर्वक जांच करना शामिल होना चाहिए। माइक्रोस्कोप स्टेज पर आउटपुट सिग्नल का कॉन्फिग्रेशन भी महत्वपूर्ण है। तीन संभावित विन्यास हैं: आंख (आउटपुट सिग्नल का 100% माइक्रोस्कोप दूरबीन माउंट पर भेजा जाता है), एल (आउटपुट सिग्नल का 100% डिटेक्टरों को भेजा जाता है) और आर (आउटपुट सिग्नल का 80% डिटेक्टरों को और 20% माइक्रोस्कोप दूरबीन माउंट को भेजा जाता है)। हाइपरस्पेक्ट्रल क्यूब अधिग्रहण के दौरान, आर या एल विन्यास का उपयोग किया जाना चाहिए। यदि उपरोक्त सभी सूचीबद्ध मापदंडों को ठीक से चुना जाता है, तो नमूने की उच्च संकल्प स्थानिक और स्पेक्ट्रल जानकारी प्राप्त की जा सकती है।

यहां वर्णित तकनीक के कुछ संभावित संशोधनों को अन्य प्रणालियों के हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग द्वारा उदाहरण दिया जा सकता है, जैसे ल्यूमिनेसेंट माइक्रोकण14 या ऑप्टिकल हाइब्रिड सिस्टम आणविक क्रिस्टल शामिल हैं जो नैनोकणों को ऊपर बदलने के साथ संयुक्त हैं(चित्रा 8)11। इन उदाहरणों में, एनआईआर लेजर डायोड (980 एनएम) का उपयोग उत्पंन दृश्यमान उत्सर्जन का पता लगाते हुए यूवी उत्तेजना की जगह, उत्तेजना स्रोत के रूप में किया गया था। हाइब्रिड सिस्टम के उत्तरार्द्ध उदाहरण में, एचएसआई ने हाइब्रिड फिल्मों की एकरूपता का खुलासा किया जो नैनोकणों (NaGdF4:Tm3+ ,Yb3+)और [टीबी2(बीपीएम) (tfaa)6]क्रिस्टल को मल्टीवेवलेंथ-उत्तरदायी आइसोट्रोपिक सिस्टम में जोड़ते हैं, जो सामग्रियों और अणुओं के बीच ऊर्जा हस्तांतरण का प्रदर्शन करते हैं(चित्रा 8)11। इसके अलावा, प्रणाली के InGaAs डिटेक्टर का उपयोग करके, एनआईआर स्पेक्ट्रल क्षेत्र (1000 से 1700 एनएम) में उत्सर्जन का पता लगाना संभव हो जाता है। बायोमेडिकल एप्लीकेशंस3के लिए एनआईआर आधारित ऑप्टिकल जांच की जांच की मांग करते समय यह विशेष रुचि है । इस मामले में, एनआईआर पथ के लिए सिस्टम(चित्रा 2e)के ऑप्टिकल क्यूब्स विन्यास निर्धारित किए जाने हैं। एनआईआर उत्तेजना-एनआईआर उत्सर्जन के मामले में, हाइपरस्पेक्ट्रल तकनीक की सीमाओं में से एक यहां वर्णित स्पष्ट हो जाता है: तरंगदैर्ध्य-निर्भर होने के नाते, एनआईआर क्षेत्र में स्पेक्ट्रल संकल्प दृश्यमान पता लगाने के लिए उससे कम है, यानी लगभग 0.6 एनएम(बनाम 0.2 एनएम)। इसके अलावा, उप-1 माइक्रोन सुविधाओं के लिए, जैसे छोटे आणविक क्रिस्टल, नैनोकणों या हाइब्रिड सिस्टम, स्थानिक संकल्प, जो सिस्टम विन्यास (उपयोग किए गए और उत्तेजना/उत्सर्जन तरंगदैर्ध्य) द्वारा तय किया जाता है, एक और संभावित सीमा बन जाती है ।

अंत में, (चुने हुए एचएसआई कॉन्फ़िगरेशन और तरंगदैर्ध्य शासन के बावजूद) डेटा हेरफेर या तो साधन के सॉफ्टवेयर के साथ किया जा सकता है या, जैसा कि स्पेक्ट्रल प्रोफाइल के मामले के लिए दिखाया गया है, मूल® या माइक्रोसॉफ्ट एक्सेल जैसे अन्य सॉफ्टवेयर पैकेजों में विश्लेषण करने के लिए निर्यात किया जा सकता है। हमारे उदाहरण में, क्रिस्टल के ऑप्टिकल एनीसोट्रोपी को रंग कैमरा छवि में तुरंत पता चला, अर्थात् विभिन्न क्रिस्टल चेहरों के साथ मजबूत तीव्रता भिन्नता से। इसके अलावा, व्यापक यूवी उत्तेजना के तहत, विभिन्न उत्सर्जन तीव्रता प्राप्त की जाती है जिसके आधार पर चेहरे का विश्लेषण किया जाता है(चित्रा 7)। क्रिस्टल में ब्याज के विभिन्न बिंदुओं में उत्सर्जन तीव्रता प्रोफ़ाइल प्राप्त करने की संभावना (चित्रा 7में लक्ष्य) आगे उत्सर्जन तीव्रता में भिन्नता का अध्ययन करने की अनुमति देता है और, यदि वर्तमान, भी स्पेक्ट्रल आकार में। [TbEu (bpm) (tfaa)6]के ब्लॉक की तरह बहुरूपएक उदाहरण है जहां दो क्रिस्टल चेहरे समान रूप से उच्च उत्सर्जन तीव्रता और तीसरे ११३के लिए एक कम उत्सर्जन तीव्रता का प्रदर्शन का गठन किया । इस पर खर्च, किसी भी एनिसोट्रोपी के बिना एक प्रणाली के मामले में, उत्सर्जन तीव्रता सभी क्रिस्टल चेहरे के लिए एक ही होगा ।

ऑप्टिकल एनिसोट्रोपी की जांच करने के पूरक तरीके उदाहरण के लिए एक नमूने से ध्रुवीकृत उत्सर्जन की उपस्थिति से संबंधित हैं। इनमें ध्रुवीकरण स्मृति या स्पेक्ट्रोस्कोपिक एलिप्सोम्ट्री शामिल हैं। पहला घटना उत्तेजना प्रकाश,22,,23 के ध्रुवीकरण की स्थिति के साथ सामग्री द्वारा उत्सर्जित प्रकाश के ध्रुवीकरण की स्थिति के बीच संबंध में होते हैं, जबकि बाद में एक पतली नमूना फिल्म24द्वारा तिरछी रूप से परिलक्षित होने के बाद प्रकाश के ध्रुवीकरण की स्थिति में परिवर्तन को मापता है । हालांकि, ऑप्टिकल एनिसोट्रोपी की जांच के लिए एक उपकरण के रूप में हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग का उपयोग करने का एक लाभ, जैसा कि यहां दिखाया गया है, इस तथ्य के साथ आता है कि ध्रुवीकरण की उपस्थिति नमूना विश्लेषण के लिए आवश्यकता नहीं है। इसके अलावा, नमूना तैयार करने के लिए पतली फिल्मों के निर्माण की आवश्यकता नहीं होती है, न ही घटना के संबंध में क्रिस्टल का बहुत सावधान अभिविन्यास और प्रकाश एकत्र किया जाता है। ये पहलू एचएसआई की तकनीक को संभावित रूप से अधिक व्यापक रूप से लागू करते हैं। इसके अलावा, एनिसोट्रोपिक सुविधाओं को तुरंत छवि अधिग्रहण पर कल्पना की जाती है, और डेटा विश्लेषण सीधा है (जैसा कि ऊपर उदाहरण दिया गया है)।

एक व्यापक दायरे को ध्यान में रखते हुए, एचएसआई तकनीक के महत्व को पर्यावरण पर निर्भर सुविधाओं के साथ ऑप्टिकल सिग्नल को कोरलेट करने के लिए इसकी अनूठी विशेषता के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। उदाहरण के लिए, नैनोमेडिसिन के बढ़ते क्षेत्र में नैनो-बायो इंटरैक्शन3,,15,,16 की समझ में सुधार करने या यहां तक कि सामग्री विज्ञान10,11,,12, 13,13में संरचना-गुण संबंध को समझने के लिए इस तरह के कनेक्शन आवश्यक है।, जैसे, इसमें वर्णित तकनीक के भविष्य के संभावित अनुप्रयोगों का नाम दिया जा सकता है, लेकिन तक सीमित नहीं किया जा रहा है: विट्रो मेंजैविक नमूनों का विश्लेषण, पूर्व वीवो और वीवो में जैविक हित4,,6के अणुओं की मैपिंग का प्रदर्शन, पर्यावरण-विशिष्ट ऑप्टो-इलेक्ट्रॉनिक गुणों(जैसे विद्युत सर्किट में एम्बेडेड नमूने), ऑप्टिकल तापमान संवेदन8,,15 (माइक्रोस्कोप चरण में एक तापमान नियंत्रक जोड़कर) या गैस संवेदन (माइक्रोस्कोप चरण में गैस चैंबर को अनुकूल ित करके) के अणुओं का चित्रण। एचएसआई को फ्लोरेसेंस उत्सर्जन25के बजाय फ्लोरेसेंस उत्तेजना तकनीकों के लिए उपयुक्त के रूप में प्रदर्शित किया गया है । इस विशेष हाइपरस्पेक्ट्रल तकनीक अनुकूलन के उपयोग का एक अच्छा उदाहरण जैविक ऊतकों में कैंसर कोशिकाओं का पता लगाना है6. नतीजतन, यहां वर्णित प्रोटोकॉल में कई विभिन्न प्रकार की ल्यूमिनेसेंट संरचनाओं की स्पेक्ट्रोस्कोपिक विशेषताओं के अध्ययन तक विस्तारित करने की क्षमता है।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है । लेखकों के पास कोई प्रतिस्पर्धी वित्तीय हित नहीं हैं ।

Acknowledgments

लेखकों ने [TbEu (bpm) (tfaa)6]एकल क्रिस्टल के प्रावधान के लिए ओटावा विश्वविद्यालय के रसायन विज्ञान और जैव आणविक विज्ञान विभाग से श्री डायलन Errulat और प्रो मुराली मुरुगेसु का शुक्रिया अदा किया । E.M.R., एनआर, और ईएच कृतज्ञता से ओटावा विश्वविद्यालय, कनाडा के नवाचार के लिए फाउंडेशन (CFI), और प्राकृतिक विज्ञान और इंजीनियरिंग अनुसंधान परिषद कनाडा (NSERC) द्वारा प्रदान की वित्तीय सहायता स्वीकार करते हैं ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Microscope glass slides FisherBrand 12-550-15 Glass slides used for sample preparation
Visible and Near Infrared Hyperspectral Confocal Imager PhotonETC Microscope used for the analysis, builted according to the user needs, therefore it is no catalog number

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Rodrigues, E. M., Rutajoga, N.,… More

Rodrigues, E. M., Rutajoga, N., Rioux, D., Yvon-Leroux, J., Hemmer, E. Hyperspectral Imaging as a Tool to Study Optical Anisotropy in Lanthanide-Based Molecular Single Crystals. J. Vis. Exp. (158), e60826, doi:10.3791/60826 (2020).

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