Lantanit Bazlı Moleküler Tek Kristallerde Optik Asiztropi Çalışma Aracı Olarak Hiperspektral Görüntüleme

Hiperspektral Görüntüleme (HSI) her x-y koordinatspektroskopi, yani fotolüminesans, emilim ve saçılma spektroskopi¹,^2,,3her türlü dayalı olabilir bir spektral bilgi içeren bir mekansal harita üreten bir tekniktir . Sonuç olarak, x-y koordinatlarının uzamsal eksenler, z koordinatı ise analiz edilen örnekteki spektral bilginin olduğu 3 boyutlu bir veri kümesi ("hiperspektral küp" olarak da adlandırılır) elde edilir. Bu nedenle, hiperspektral küp geleneksel spektroskopik daha örnek daha ayrıntılı bir spektroskopik araştırma sağlayan, hem mekansal hem de spektral bilgi içerir. HSI uzaktan algılama alanında yıllardır bilinen iken(örneğin,, jeoloji, gıda sanayi^4),son zamanlarda nanomalzemelerin karakterizasyonu için yenilikçi bir teknik olarak ortaya çıktı^2,5 veya biyomedikal uygulamalar için problar^3,6,7,8. Genel olarak konuşursak, UV /görünür/yakın kızılötesi (NIR) etki alanı ile sınırlı değildir, ancak x-ışınları gibi diğer radyasyon kaynakları kullanılarak da genişletilebilir – örneğin farklı malzemelerdeki elementdağılımını karakterize etmek için⁹ – veya HSI'nin biyolojik dokularda termal algılama yapmak için kullanıldığı Terahertz radyasyonu⁸. Ayrıca, fotolüminesans haritalama Raman haritalama monolayer MoS₂¹⁰optik özelliklerini araştırmak için birleştirilmiştir. Ancak, optik HSI bildirilen uygulamalar arasında, lantanit tabanlı malzemelerin HSI üzerinde hala sadece birkaç örnek vardır¹¹,^{12,,13,14,15,16,17}. Örneğin, biz alıntı olabilir: dokularda kanser tespiti⁶, biyolojik dokularda ışık penetrasyon derinliği analizi⁷, çok katlı biyolojik görüntüleme³, hibrid sistemlerde çok bileşenli enerji transferinin analizi¹¹, ve nano tanecikleri upconverting spektroskopik özellikleri agregasyon kaynaklı değişikliklerin araştırılması¹². Açıkçası, HSI çekiciliği çevreye özgü lüminesans hakkında bilgi üretmek için uygunluğu kaynaklanmaktadır, prob hakkında eşzamanlı mekansal ve spektral bilgi sağlayan.

Bu güçlü teknikten yararlanarak heterodinuclear Tb³⁺-Eu³⁺ tek kristal [TbEu(bpm)(tfaa)₆](Şekil 1a)^13'ünoptik asiztropisini araştırmak için bir protokol açıklıyoruz. Gözlenen optik aizotropi, ln³⁺ iyonlarının farklı kristalografik yönlerde(Şekil 1b)farklı moleküler ambalajından kaynaklanır ve bu da bazı kristal yüzlerin daha parlak, bazılarının ise dimmer fotolüminesans göstermesiyle sonuçlanmıştır. Kristalin belirli yüzlerindeki artan parlaklık yoğunluğunun, Ln³⁺··· Ln³⁺ iyon mesafeleri en kısa¹³idi.

Bu sonuçlardan motive olarak, hsi üzerinden optik aizotropi analiz etmek için ayrıntılı bir metodoloji kurulmasını öneriyoruz, iyon-iyon enerji transfer süreçlerinin daha iyi anlaşılması için yol açılması ve belirli moleküler düzenleme kaynaklanan tunable luminescent özellikleri^18,19. Bu yapı özellikleri ilişkileri dahil olmak üzere yenilikçi optik malzeme tasarımı için önemli yönleri olarak kabul edilmiştir, ancak nano ve mikro ölçekte dalga kılavuzu sistemleri ve opto-manyetik depolama cihazları ile sınırlı değildir - daha verimli ve minyatür optik sistemler için talep ele²⁰.

DİkKAT: Görüntüleyiciyi çalıştırırken her zaman kullanılan uyarma dalga boyuna özel güvenlik gözlükleri kullanılması tavsiye edilir.

1. Hiperspektral mikroskobun konfigürasyonu

NOT: Hiperspektral görüntüleme sistemine genel bir bakış Şekil 2a'daverilmiştir ve görüntüleyicinin ana bileşenleri açıklanmaktadır. Görüntüleme sistemi, bir numuneden görünür veya yakın kızılötesi (NIR) emisyonunun saptanması için kullanılabilir. Hangi algılamanın istendiğine bağlı olarak (görünür veya NIR), ışık iki farklı ışık yolundan geçer(Şekil 2e). Farklı ışın tornalama küpleri ve dikroik filtre küpleri (optik küpler) bir arada ilgili yolu seçmek için cihazbelirli pozisyonlarda konumlandırılmış olmalıdır.

1. Görüntüleme sistemine bağlı bilgisayardaki güç. Bilgisayarın monitörünü açın.
2. Uygun optik küp yapılandırmasını ayarlayın (Şekil 2b,c).
   NOT: Burada UV uyarma ve görünür emisyon algılama kullanılarak HSI haritalama için görüntüleyici yapılandırması(optik küp yapılandırması)açıklanmıştır. Ancak, analiz edilen örneğe bağlı olarak NIR uyarma ve görünür veya NIR emisyon tespiti için değiştirmek de mümkündür. Bir örnek için Temsilci Sonuçları bölümüne bakın.
   1. Mikroskop aşamasından başlayarak (Şekil 2a'da1) ve dedektörlere doğru emisyon ışını yolunu takip ederek (Şekil 2a'da3), optik küp için ilk konumu (Şekil 2b'de4) boş bırakın ve konfokal mikroskop optik küpünü (DFM1-P01) Şekil 2b'de5 olarak belirtilen konuma yerleştirin, böylece örnekten gelen emisyon görünür ışık yolu üzerinden yönlendirilir.
   2. Dedektöre doğru optik yol boyunca bakıldığında, görünür emisyon algılama yollarına yönlendirmek için dikroik ayna ve filtreler içeren görünür optik küpü (CM1-P01) Şekil 2b'de6 olarak belirtilen konuma yerleştirin.
   3. Dedektöre doğru giden yolu devam edince, ışığı görünür ışık algılama yolundan yönlendirmek için şekil 2b'de 7 olarak belirtilen konfokal iğne deliği optik küpünü (DFM1-P01) yerleştirin. Daha sonra, yolu izleyerek, yayılan ışığın dedektöre ulaşması için konfokal spektrometre optik küpünü (DFM1-P01) Şekil 2c'deki 8 konumuna yerleştirin.
   4. HSI haritalama için, kullanılan iğne deliklerinin boyutuyla eşleşecek şekilde dedektör yarık açıklığı (Şekil 2c'de9) manuel olarak kontrol edin (yaklaşık 50 mm en uygun uyrmaktadır).
   5. PHySpec yazılımında iğne deliğinin diyafram açıklığını seçin (Şekil 3'te5).
      NOT: İğne deliği diyafram açıklığı ne kadar küçükse, sinyal yoğunluğu pahasına HSI çözünürlüğü de o kadar iyidir.
3. Geniş bant lambasını(Şekil 2d, inset) anahtarı (Şekil 2d'de10) ON konumuna yerleştirerek açın. Uyarma ışığının yoğunluğunu kontrol etmek için, 11(Şekil 2d)ile gösterilen bileğiyi daha yüksek (32 – en düşük yoğunluk) veya daha düşük değerlere (1 – en yüksek yoğunluk) çevirin. Geniş bant lamba deklanşörünü (Şekil 2d'de12) kurulum sırasında kapalı tutun.
   NOT: Daha yüksek değerler lambanın yaydığı güç yoğunluğunun daha yüksek zayıflamasına karşılık gelirken, daha düşük değerler daha düşük zayıflamaya karşılık gelir.
4. Aşağıdaki sırayla aşağıdaki donanımı açarak anahtarlarını ON konumuna ayarla:
   1. ThorLabs hareket kontrol cihazını açın.
   2. Nikon güç kaynağını açın.
   3. ASI denetleyicisini açın.
   4. Galvo kumandasını aç.
   5. ProEm detektörünü açın.
   6. Bayspec detektörünüaç.
5. Bilgisayarda, simgesine çift tıklayarak PHySpec yazılımını açın.
   1. IMA Upconversion sistemini başlatmak için klavyedeki F8 tuşuna basın ve Sisteme Bağlan penceresindeki Tamam düğmesini tıklatın.
      NOT: Adım 1.5.1. Sistem sekmesine tıklayıp Sisteme Bağlan penceresine ulaşmak için Bağlan'ı tıklatarak da gerçekleştirilebilir. Ardından, görüntüleme sistemini yazılıma bağlamak için Tamam düğmesine tıklanabilir.
   2. Tüm menülerin arabirimde(Renkli kamera, ProEm ve Bayspec)ve ekranın sol tarafında şekil 3'tegösterildiği gibi gösterge kontrol panelinde göründüğünden emin olun.

2. Hiperspektral görüntüleme [TbEu(bpm)(tfaa)₆] tek kristal

1. Örneği hazırlamak için kristali bir mikroskopi cam kaydırağı üzerine yerleştirin. Daha yüksek büyütme kullanmak gerekirse, kristali ince bir kapak camı ile kaplayın ve bantla sabitleyin, böylece numune objektif merceğe bakan ince kapaklı camla yerleştirilebilir.
2. Numunenin mikroskop aşamasına hazırlandığı cam kaydırağı yerleştirin ve metal kollar kullanılarak sabitle(Şekil 4a,b).
3. Örneği kullanılan hedeflerin üzerine konumlandırmak için ASI denetleyicisinin joystick 'i(Şekil 4c)kullanarak numuneyi hareket ettirin.
4. Lambanın UV uyarmasını seçmek ve görünür emisyonun dedektöre doğru geçmesine izin vermek için sağ filtre küpünü hedeflerin altında (Şekil 5'te3) manuel olarak yerleştirin.
   NOT: Ek filtre küpleri ya yeşil veya mavi ışık uyarma kullanmak için kullanılabilir, bu nedenle, yerinde doğru filtre küpü olması uygun uyarma dalga boyu için önemlidir.
5. 20X hedefini (Şekil 5'te5 ile gösterilir) numunenin altına manuel olarak yerleştirin ve beyaz ışığı açmak için mikroskobun sol tarafındaki beyaz düğmeye (Şekil 5'te6) basın.
   1. Beyaz ışık güç düğmesinin altındaki düğmeyi çevirerek parlaklığı ayarlayın (Şekil 5'te7).
6. PHySpec yazılımında, canlı bir tazyik edinimi ne neden olacak renkli kamera penceresinde Oynat (video) düğmesine basın.
   1. Renkli kamera penceresi siyah bir görüntü gösteriyorsa, Renk Kamerası sekmesinin altındaki gösterge kontrol panelinde bulunan Pozlama Süresini (Şekil 3'te2) ve/veya Kazanç Değerini (Şekil 3'te3) artırın. Görüntülenen görüntü çok parlaksa, pozlama süresini ve/veya kazanç değerini azaltın.
   2. Mikroskobun sağ tarafındaki ön kolonun (Şekil 5'teki2) sinyalin %20'sini kamera/dürbüne, sinyalin %80'ini dedektöre göndermek için R olarak ayarlandığından emin olun.
7. Hedef ve aşama arasındaki mesafeyi ayarlayarak örneğe odaklanın (Şekil 4b). Bu, mikroskobun sağ tarafında Şekil 4d'de gösterilen düğümlerin çevrilerek yapılır.
   NOT: Daha büyük kolob kaba ayarlamalar için kullanılırken, küçük kolodaha hassas ve küçük odaklama değişiklikleri içinkullanılır.
8. Yazılımda el ile seçilen amacın da seçildiğinden emin olun. İlk olarak, üst menü çubuğundaki Görünüm düğmesine tıklayın ve ardından görüntüdeki ölçek çubuğunu görüntülemek için bir Göster/gizle ölçeği çubuğunu tıklatın (Şekil 3'te1). Daha sonra, talimat kontrol panelindeki Galvanometer sekmesine gidin ve kullanılan Hedefi seçin (Şekil 3'te4). Görüntülenen ölçek çubuğunun yazılımdaki uygun hedefi seçerek doğru olduğundan emin olun.
9. Yazılımda, SpectraPro SP-2300 ProEM sekmesi altında Filtre sekmesine (ProEM – Şekil 3'te6) ve sekme Filtresine (ProEM durumunda 7 - Şekil 3'te7 ) giderek uygun dedektörüseçin.
10. Numunenin UV uyarılmasının gerçekleşmesini sağlamak için geniş bant lamba deklanşörünü (Şekil 2'de12) açın. Geniş bant lambasının (UV) uyarma yoğunluğunu kontrol etmek için yoğunluk tonunu (Şekil 2d'de11) istenilen konuma (örn. 8 – ara yoğunluk) çevirin.
    1. Geniş alan aydınlatması (açık diyafram açıklığı) veya daha küçük bir nokta aydınlatması (daha kapalı diyafram) arasında seçim yapmak için, Şekil 5'te4'te gösterilen sopa ve tonlamaları kullanarak UV lamba alanı diyafram açıklığının boyutunu kontrol edin.
11. SpectraPro SP-2300 sekmesi altında, örnek emisyongözlemlemek için bir dalga boyu seçin.
12. Örneğin emisyon dalga boyları bilinmiyorsa, bir emisyon spektrumu edinin.
    1. Sıralayıcıda, emisyon spektrumunun edinimi için yeni bir dizi ("düğüm") eklemek için + işaretine tıklayın.
       1. Spektrometre ve daha sonra Spektrum Edinimi (spektral taraya ile)tıklayın.
       2. Minimum Dalga boyu (yani 400 nm) ve Maksimum Dalga Boyu (yani 700 nm) girve spektrumun kaydedilen spektral aralığı ayarlamak için Tamam'ı tıklatın.
       3. Yazılımın sol yan menüsünde yeterli Pozlama Süresini seçin. Çok parlak numuneler için daha kısa süreler (örn. 0,1 s) ve loş yayıcılar için daha uzun süreler (örn. 2 s) seçin.
       4. Geniş bant lambası (UV) uyarma durumunda uyarma gücünü ayarlayın (yukarıdaki adım 1.3'e bakın).
          NOT: NIR diyot uyarması durumunda, PHySpec yazılımının sol tarafındaki Nötr Yoğunluk açılır menüsünden ayarlanabilir.
    2. Sıralayıcıda, tüm sırayı çalıştırmak için çift oynat düğmesine tıklayın. Spektrum gösterildikten sonra, numune emisyonunun tespiti için ilgi çekici bölgelere dikkat edin(örneğin, Tb³⁺ve Eu³⁺bazlı numunelerde 580 ila 640 nm).
    3. Gerektiğinde, numunenin odağı değiştirerek veya PHySpec yazılımındaki Pozlama Süresini ayarlayarak sinyal algılamayı optimize edin. Yukarıda açıklandığı gibi uyarma kaynağının (geniş bant lambası) gücünü değiştirerek numune emisyon yoğunluğunun artması yla sinyal algılamanın daha fazla optimizasyonunu elde edin.
13. İyi bir görüntü elde etmek için Pozlama Süresini (örneğin, Şekil 3'te0,5 s – 2) ve Renkli Kameranın Kazançını (Şekil 3'te3) ayarlayın. Gerekirse, PHySpec yazılım penceresinin üst kısmındaki menünün ikinci satırındaki Ölçek Göster/Gizle düğmesine tıklayarak görüntüye ölçek çubuğuekleyin.
14. Tavsiye: Hiperspektral küpün elde edilmesinden önce, kristalin parlak alan optik mikroskopi görüntüsünü beyaz ışık altında kaydedin(Şekil 6a) ve/veya UV tam(Şekil 6b)veya sınırlı(Şekil 6c)aydınlatma (Deklanşör diyafram ı tarafından kontrol edilen UV aydınlatması, Şekil 5'te4 olarak gösterilmiştir). Bunu yapmak için, odakta örnek ile, renkli kameranın oynat düğmesine tıklayın.
15. Dosya'ya tıklayın ve ardından Pencere Görünümünü Dışa Aktar,elde edilen görüntüyü dışa aktarmak için istenen biçimi seçin ve dosyayı istenen uzantıyla kaydedin (.h5, . JPEG).
16. Hiperspektral görüntüyü elde etmeden önce, beyaz ışık aydınlatmasını ve oda ışığını kapatın.
17. Hiperspektral küpü elde etmek için yeni bir sıra yazın. Bu nedenle, sıralayıcıda, yeni bir düğüm eklemek için + işaretine tıklayın.
    1. Confocal Imagertıklayın.
       1. Çok Spektrumlu Satın Almaüzerine tıklayın. Burada istenilen görüş alanı, x ve y yönünde elde edilebilen puan sayısı ve adım boyutu ile tanımlanır. Örneğin, 500 x 500 μm'lik bir görüntü elde etmek için x'te 100 nokta, 5 μm adım boyutunda 100 nokta kullanın.
          Not: Toplam edinme noktası sayısı ve her noktadaki entegrasyon süresi hiperspektral küpün toplam edinim süresini doğrudan etkileyecektir.
          1. İstenilen X Pozisyonunu (örn. 100) ve Y Pozisyonunu (örn. 100) ve istenilen Adım Boyutunu (örn. 5 μm) girin. Görünür emisyon eşlemi (ve NIR algılama durumunda Yazılım seçeneği) için kamera eşitlemi için Donanım seçeneğini seçin. Tamam'ıtıklatın.
18. Sıralayıcıda, düğümü vurgulamak için yeni eklenen Çok Spektrumlu Edinme satırına tıklayın.
19. Seçili düğümü çalıştırmak için Oynat düğmesini tıklatın.
    NOT: Edinmenin alacağı kalan süre düğümün yanında görünür (dakika içinde, örneğin 28 dk).
20. Edinme tamamlandıktan sonra, hiperspektral küpü uygun dosya biçiminde (.h5) kaydedin.

3. Hiperspektral veri analizi

1. Edinmeden hemen sonra, kaydedilen hiperspektral küp yazılımda otomatik olarak açılmıyorsa, üst menü çubuğundaki Dosya'ya tıklayarak ve dosyayı açarak imleci tıklatarak .h5 dosyası olarak kaydedilen hiperspektral küpü kurtarın ve Dosyayı Aç'ı tıklatın.... açılan dosyayı açmak için veriyi seç başlıklı pencere açılırken ,.h5 dosyasının kaydedildiği klasörü seçin ve dosyayı açmak için dosyaya çift tıklayın.
2. Hiperspektral küp dosyası alındıktan sonra, görüntülenerek görüntülenen hiperspektral küp görüntüsünü, küp resminin üst kısmındaki çubuğu sola (örn. 580 nm) veya sağa (daha yüksek dalga boyu, örneğin 638 nm) hareket ettirerek belirli bir spektral dalga boyuyoğunluğunu göstermek için değiştirin.
   NOT: Seçili dalga boyu bu çubuğun sol tarafında görüntülenir (Şekil 7'de1).
3. Analiz için ilgi dalga boyu seçtikten sonra(örneğin,maksimum yoğunluk, [TbEu(bpm)(tfaa)₆] durumunda 613,26 nm), bir (veya tüm) spektral analiz üç olası türleri yapmak: (A) bir görüntü şeklinde spektral dağılımı (Şekil 72); (B) ilgi çeken bir bölge genelinde bir emisyon yoğunluğu profili (Şekil 7'de3); (C) belirli bir noktada veya ilgi bölgesinde bir spektrum çıkarma (Şekil 7'de4).
   1. Görüntüden spektral dağılım durumunda, görüntüdeki sinyal-gürültü oranını artırmak için Kırpma ve Çöp Kutusu işlevini kullanın. Bunu yapmak için, üst menü Işleme'yi tıklatın ve ardından Veri'yi ve ardından Kırpma ve Depola seçeneğini seçin.
   2. Bir emisyon yoğunluğu profili için, küp resminde, yalnızca bir nokta (Şekil 7'deHedef - 5 ve 6) veya bir çizginin (Şekil 7'deki7 ve 8) analiz edilmesi gerektiğine bağlı olarak Hedef Oluştur veya X Oluştur profilini oluştur veya Y profili oluştur'u sağ tıklatın ve seçin. Create Target or Create X profile İmleçle birlikte hedefi, yatay veya dikey çizgi profilini sürükleyerek analiz alanını seçin ve küp boyunca hareket ettirin.
      1. Profil düzgün bir şekilde seçildikten sonra, bölgeye sağ tıklayın ve Grafiğe Hedef Ekle'yiseçin. Emisyon yoğunluğunu(y ekseni) hedefin fiziksel konumunun(x ekseni) bir fonksiyonu olarak görüntülemek için yeni bir grafik oluşturma seçeneğini seçti. Spektrum eklenen yeni grafikte görünür (Şekil 7'de6 ve 7).
         NOT: Birden çok hedef oluşturulabilir ve bunlar farklı renkli emisyon profilleri olarak gösterilecek (Şekil 7'de5 ve 6).
   3. Alternatif olarak, örneğin belirli bir alanının emisyon spektrumu elde (Şekil 7'de9). İlk olarak imleci küp resminin üzerine kaydırın ve sağ tıklatın. Açılan sekmedeki Dikdörtgen Seçimi veya Elips Seçimi seçeneklerini tıklatın.
      1. İmleci tıklatıp küp boyunca sürükleyerek seçim şeklini (örn. bir dikdörtgen) istenilen bölgenin üzerine çizin. Alan düzgün bir şekilde seçildikten sonra, bölgeye sağ tıklayın ve Grafiğe Seçim Ekle'yiseçin.
      2. Görünen pencerede Grafiğe Ekle, hedefin emisyon spektrumlarını görüntülemek için Yeni Grafik Oluştur'u seçin ve Tamam'ıtıklatın.
         NOT: Hedef emisyonun gösterildiği grafikte yeni bir renkli çizgi (Şekil 7'de8) görünür, emisyon yoğunluğu y ekseni ve x ekseninde dalga boyu olarak gösterilir. Bu spektrum, her dalga boyu için seçilen alanın ortalama yoğunluğuna karşılık gelir.
4. Spektrum elde edildikten sonra, aynı anda yalnızca bir bölge seçilebildiği için yeni bir bölge seçmeden önce onu kaydedin. Bunu yapmak için, grafiğiiçeren pencereyi seçin. Dosya menüsünde Kaydet'i seçin ve tercih edilen klasörde, PHySpec yazılımında açılabilir .h5 biçiminde veya Excel'de içe aktarılabilen .csv biçiminde tercih edilen adı kullanarak grafiği kaydetmeyi seçin.

Ln tabanlı, moleküler tek kristal (yani, [TbEu(bpm)(tfaa)6], Şekil 1a)üzerinde veri toplama için hiperspektral mikroskobun yapılandırmasını göstermek için, Şekil 2, sistemin genel görünümünü ve optik küplerin kuruluma doğru yerleşimini gösterir. Şekil 3, HSI edinimi sırasında kullanılan menüleri içeren PHySpec yazılımının ekran çekimini gösterir. Şekil 4 ve Şekil 5, analiz edilecek örneği içeren cam kaydıranın yerleşimi de dahil olmak üzere mikroskop aşamasını daha ayrıntılı olarak gösterir. Seçilen UV aydınlatmakristalin görünür kırmızı parlaklık göstermek için açık oldu(Şekil 4a ve 1 Şekil 5). Şekil 6a, numuneyi uygun odakta ayarladıktan sonra kaydedilen kristalin parlak alan görüntüsünü gösterir. Kristalin iğne benzeri morfolojisi açıkça görülebilir. Şekil 6b,c uv uyarma altında aynı kristalin görüntüsünü tam görünüm(Şekil 6b)veya yerel olarak sınırlı(Şekil 6c)aydınlatmaile gösterir. Geniş UV aydınlatması altında, kristalin farklı yüzlerinden emisyon parlaklığı farkları hemen görülebilir. Sınırlı aydınlatma bir seçenek olarak kullanılabilir, esas olarak kristal enerji veya ışık transferi herhangi bir etkisini araştırmak için, hangi dalga kılavuzu benzeri davranışı tetikleyebilir. Bu durumda, doğrudan uyarma altında olmayan bir noktada güçlü bir emisyon algılanır. Bu, verimli enerji göçü kristal13 (Şekil 7'de5 ve 6) yoluyla gerçekleştiğini göstermektedir.

Edinilen hiperspektral küpten, belirli bir dalga boyunu temsil eden bir görüntü şeklinde spektral dağılımı, belirli bir emisyon dalga boyu yoğunluğu profili ve edinilmiş hiperspektral küpün herhangi bir piksel veya alanında emisyon spektrumları elde etmek mümkündür. Örnek olarak, Şekil 7'de verilen emisyon spektrumları (panel 4) AvrupaBirliği'nin en karakteristik emisyon bantlarını gösterir 3+ iyon: 590 nm'de gözlenen bant manyetik dipol (MD) 5D0→7F1 Eu3+geçişine atanır, bölgede emisyon zirveleri ise 610'dan 630 nm'ye kadar aşırı hassas elektrikli dipol (ED) 5D0 →F72 3+ Bu iki geçişin entegre yoğunluğu arasındaki oranın, tek kristal21'inyapısında Ln3+ iyon çevresindeki kimyasal ortamın mükemmel bir prob olduğu bilinmektedir : Ln3+ iyonunun etrafındaki simetri ne kadar düşükse, ED/MD oranı da o kadar büyüktür. Bu Ln3 + iyon kimyasal ortamının simetri karakteri hakkında sonuçlar alabilirsiniz sağlar. Ayrıca, 5D0→7F2 geçişinin Stark bölünmesi, kristalografik ortamında Ln3+ etrafındaki simetri ile de ilişkilendirilebilir – simetri ne kadar düşükse Stark alt seviyelerinin sayısı da o kadar yüksektir. Düşük simetrik triklinik kristal sisteminde kristalize iğne benzeri polimorf durumunda, 5D0→7F2 geçişi dört alt tepeye ayrılır (Şekil 7'degösterilen spektrumlar , panel 4). Bu tür analizler, parlak bir kristalin birkaç polimorfinin optik özelliklerini karşılaştırırken özellikle çekicidir. Daha önce optik analizden elde edilen kimyasal ortamla ilgili bilgilerin tek kristal X-ışını analizi13ile elde edilen moleküler kristal yapısıile iyi ilişkili olduğunu gösterdik. Ayrıca Şekil 7'de (panel 3) gösterilen farklı kristal yüzler boyunca, uç ve yan yüzlerde daha parlak emisyon gösteren spektral profil, Ln3+··· Ln3+ iyon mesafeleri üç uzamsal yönde(Şekil 1b):uç ve yan yüzlere dik eksenler boyunca daha yoğun Ln3+ ambalaj, sırasıyla iyon-iyon enerji transferini tercih eder. Bu nedenle, emisyon geliştirme ilgili yüzlerde gözlenir, böylece, optik aizotropi.

Genel olarak, Şekil 7 ve Şekil 8'degösterilen çeşitli veri analizi seçenekleri, birleştirilmiş spektroskopik ve mekansal bilginin en önemli özelliklerini oluşturmaktadır ve parlak örneklerin HSI analizi ile araştırılması mümkündür.

Şekil 1: Moleküler yapı ve kristalografik düzenleme. (a) Heterodinükleer Ln tabanlı kompleksin yapısı [TbEu(bpm)(tfaa)6], Ln1 ve Ln2'nin Tb3+ ve Eu3+ iyonlarıdır. Düzensiz gruplar ve hidrojen atomları berraklık için atlanır. Renk kodu: Eu: koyu siyan; C: gri; O: kırmızı; N: mavi; F: kireç yeşili. (b) Kristaldeki moleküler ambalajın temsili: (i) üst görünüm ve (ii) iğne benzeri tek kristal yapısının seçilmiş moleküler ve intramoleküler Ln··· Ln mesafeleri (tfaa alt birimleri ve hidrojen atomları berraklık için atlanır). (iii) [TbEu(bmp)(tfaa)6] dimerlerin kristal ambalaj düzenlemesi (hidrojen atomları berraklık için atlanır). (iv) Dimer'in kristal büyüme yüzlerinin diyagramı en kısa Ln···· Ln mesafeleri (0 1 0) ve (2 -1 1) kristalografik yönde. Şekil, 13. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: Hiperspektral Görüntüleme Sistemine Genel Bakış. Gösterilen UV uyarma kullanarak görünür spektral bölgede lüminesans haritalama için gerekli yapılandırmadır. (a) 1'in mikroskop aşaması olduğu sistemin genel görünümü, 2'si optik konfigürasyonu içeren bölüm, 3'ü ise görünür ve NIR dedektörleri ile spektrometredir. confocal pinhole cube (b) Deney için optik konfigürasyonu gösteren mikroskop aşamasına yakın optik set-up'ın açık görünümü (a)'nın sağ tarafı: optik küp 7 konumu 6 4 boş kalır visible ve ışık görünür yoldan Geçirilebilmek için konfokal mikroskop küpü 5. (c) Optik kurulumun dedektörlere daha yakın açık görünümü (a'nın sol tarafı), konfokal spektrometre küpünün ışığı spektrometreye ve görünür kameraya yansıtacak şekilde yerleştirildiği 8pozisyonunu gösterir. Inset 9, spektrometre yarıklarının açılış genişliğini ayarlamak için vidayı gösterir. (d)Mikroskop aşamasının, bilgisayar ve geniş bant lambasının (UV uyarma için kullanılan) denetleyicisinin görünümü. Inset'te, geniş bant lamba denetleyicisi daha ayrıntılı olarak gösterilir: 10 açma/kapama düğmesi, 11 lambanın yoğunluğunu kontrol etmek için düğme, 12 deklanşör düğmesidir. (e) Mikroskop aşamasından dedektörlere görünür/NIR optik yolu gösteren şema, optik küp konumları 4'ten 8'ekadardır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: HSI. 1 için ayarlanacak parametreleri içeren menüyü gösteren PHySpec yazılımının 1 ekran görüntüsü, renkli kamera görüntüsüne ölçek çubuğunun eklenmesine olanak tanır; 2 ve 3 pozlama süresini kontrol etmek ve renk kamera değeri kazanmak için izin, sırasıyla; uygun objektif lens seçilmelidir 4; 5 iğne deliği diyafram seçimi sağlar; 6 (Diverter) ve 7 (Filtre) sırasıyla dedektör ve ızgara seçmek için izin verir; görünür dedektör için pozlama süresi 8olarak ayarlanır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4: Mikroskop aşamasının genel görünümü. (a)Numuneyi içeren cam kaydıranın, numunenin kırmızı parlaklığını gösteren UV aydınlatması (cam kaydıranın ortasındaküçük kırmızı nokta) ile yerleştirilmesi. (b) Üstünde beyaz ışık aydınlatma kondansatörü ile mikroskop aşamasının görünümü. (c)Sahne çubuğunu turuncu ve sarı oklarla gösterilen yönlerde kontrol eden joystick'i gösteren sahne denetleyicisi ((a) olarak da gösterilmiştir. (d) Sahneyi kırmızı okla gösterilen yönde hareket ettiren odak düğmesininbayrıntılı görünümü (b )'de de gösterilmiştir). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 5: Mikroskop aşamasının bileşenleri. Nesnel lenslerin üzerine örnek sahne üzerine yerleştirilen cam slayt üzerinde örnek ile 1 mikroskop aşaması; 2 tekerlek odak ayarlamak için (büyük tekerlek) ve yakalanan emisyon (küçük tekerlek) ya dedektör (L), kısmen dedektör ve kısmen kamera (R) veya sadece dürbün lensler (göz) yönlendirmek için; Uyarma dalga boyu aralığını seçmek için kullanılan 3 uyarma/emisyon filtresi tekerleği. Sağdaki ayrıntı, bu denemede kullanılan UV filtresini ve uzun geçiş filtresini tutan filtre küpü gösterir; 4 üst / alt örnek üzerinden uyarma ışını taşımak için topuzları göstermek, arasında ise, dairesel alan diyafram kontrolü; 5 objektif lensler; 6 Beyaz ışık aydınlatmasının Açma/Kapama düğmesi; Beyaz ışık lambasının parlaklığını ayarlamak için 7 knob. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 6: Analiz edilen tek kristalin optik mikroskopi görüntüleri. Bu görüntüler (a) beyaz ışık aydınlatması altında elde edilmiştir, (b) tam görüş UV aydınlatma, uyarma dairesel diyafram tamamen açık kullanarak, ve (c) yerel sınırlı UV aydınlatma (beyaz daire ile işaretlenmiş), daha yakın bir excitation dairesel diyafram kullanarak. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 7: Hiperspektral küp veri analizi işlemini gösteren PHySpec yazılımının ekran görüntüsü. Çeşitli spektral analiz yöntemleri edinilmiş hiperspektral küp üzerinde uygulanabilir: 1 2gösterilen spektral görüntü dağılımı için seçilen dalga boyu gösterir ; 3 613,26 nm yatay (7) ve dikey (8) yoğunluk profilleri gösterir; 4, 5 ve 6 hedeflerinden çıkarılan emisyon spektrumlarını ve 9'da vurgulanan alandan elde edilen emisyon spektrumlarını gösterir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 8: HSI'nin nano tanecikleri ve lantanit kompleksleri arasındaki sinerji yi yok etme alternatif uygulaması. Bu örnek, moleküler kristallerden oluşan bir melez sistemin hiperspektral analizini gösterir ([Tb2(bpm)(tfaa)6]) ve dönüştürücü nano tanecikleri (NaGdF4:Tm3+,Yb3+). (a) 980 nm ışık ışınlaması altında hiperspektral görüntüleme için kullanılan ilgi bölgesi (ROI) ile birlikte beyaz ve UV ışık aydınlatması altında fotomikrograflar. (b) Tm3+ ve dolaylı Tb3+ emisyonları 20 x 20 μm2'likbir alan üzerinde izlenir. (c) Emisyon bantlarının mutlak yoğunluğunun değişimi, yüzeyde dağıtılan toplam malzeme miktarında bir miktar değişkenlik gösteren hibrid sistemi boyunca dalgalanır. (d) Kompleksin entegre emisyon ile Tm3+: 1G4→3H6 (kareler) ve Tm3+: 1G4→3F4 (daire) arasındaki oranın sürekliliği, melez sistem boyunca iki moineties'In eşzamanlı varlığını ve aralarındaki homojen etkileşimi doğrulamıştır. Ölçek çubukları fotomikrograflarda 20 μm, ROI'larda ve spektral haritalarda 5 m'dir. Fotomikrograflar gerçek renklerde sunulmaktadır. Şekil, referans 11'den değiştirilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok. Yazarların rakip finansal çıkarları yok.