फोटोथर्मल ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी

फोटोथर्मल ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी / फोटोथर्मल सिंगल पार्टिकल माइक्रोस्कोपी एक ऐसी तकनीक है जो गैर-प्रतिदीप्ति लेबल का पता लगाने पर आधारित है। यह लेबल (कोलाइडल सोना, क्वांटम डॉट्स, आदि) के अवशोषण गुणों पर निर्भर करता है, और एक अनुनाद मॉड्यूलेटेड हीटिंग बीम, गैर-अनुनाद जांच बीम और लॉक-इन एम्पलीफायर का उपयोग करके एक पारंपरिक माइक्रोस्कोप पर महसूस किया जा सकता है। फोटोथर्मल का लॉक-इन डिटेक्शन एकल नैनोपार्टिकल से संकेत। यह नैनोस्कोपिक डोमेन के लिए मैक्रोस्कोपिक फोटोथर्मल स्पेक्ट्रोस्कोपी का विस्तार है। फोटोथर्मल माइक्रोस्कोपी की उच्च संवेदनशीलता और चयनात्मकता उनके अवशोषण द्वारा एकल अणुओं का पता लगाने की अनुमति भी देती है। प्रतिदीप्ति सहसंबंध स्पेक्ट्रोस्कोपी (एफसीएस) के समान, एक समाधान में नैनोकणों को अवशोषित करने के प्रसार और संवहन विशेषताओं का अध्ययन करने के लिए फोटोथर्मल सिग्नल को समय के संबंध में दर्ज किया जा सकता है। इस तकनीक को फोटोथर्मल कोरिलेशन स्पेक्ट्रोस्कोपी (PhoCS) कहा जाता है।

फॉरवर्ड डिटेक्शन स्कीम
इस पहचान योजना में एक पारंपरिक स्कैनिंग नमूना या लेजर-स्कैनिंग ट्रांसमिशन माइक्रोस्कोप कार्यरत है। दोनों, हीटिंग और प्रोबिंग लेजर बीम समाक्षीय रूप से संरेखित हैं और एक डाइक्रोइक फिल्टर का उपयोग करके आरोपित। दोनों बीम एक नमूने पर केंद्रित होते हैं, आमतौर पर एक उच्च-एनए रोशनी माइक्रोस्कोप उद्देश्य के माध्यम से, और एक पहचान माइक्रोस्कोप उद्देश्य का उपयोग करके याद किया जाता है। इसके बाद संचरित संचरित बीम को हीटिंग बीम को छानने के बाद एक फोटोडायोड पर चित्रित किया जाता है। फोटोथर्मल सिग्नल तब परिवर्तन है $$\Delta$$ प्रेषित जांच बीम शक्ति में $$P_d$$ हीटिंग लेजर के कारण सिग्नल-टू-शोर अनुपात को बढ़ाने के लिए लॉक-इन तकनीक का उपयोग किया जा सकता है। इसके लिए, हीटिंग लेजर बीम को मेगाहर्ट्ज के क्रम की उच्च आवृत्ति पर संशोधित किया जाता है और पता चला जांच बीम शक्ति को उसी आवृत्ति पर डिमॉड्यूलेट किया जाता है। मात्रात्मक मापन के लिए, फोटोथर्मल सिग्नल को पृष्ठभूमि में पाई गई शक्ति के लिए सामान्यीकृत किया जा सकता है $$P_{d,0}$$ (जो आम तौर पर परिवर्तन से काफी बड़ा होता है $$\Delta P_d$$), जिससे सापेक्ष फोटोथर्मल सिग्नल को परिभाषित किया जा सके $$\Phi$$

$$ \Phi=\frac{\Delta P_d}{P_{d,0}}=\frac{P_d\left(\text{heating beam on}\right)-P_d\left(\text{heating beam off}\right)}{P_d\left(\text{background, no particle}\right)} $$

जांच तंत्र
ट्रांसमिशन डिटेक्शन स्कीम में फोटोथर्मल सिग्नल के लिए भौतिक आधार अपवर्तक इंडेक्स प्रोफाइल की लेंसिंग क्रिया है जो नैनोपार्टिकल द्वारा हीटिंग लेजर पावर के अवशोषण पर बनाई गई है। संकेत इस अर्थ में होमोडाइन है कि तंत्र के लिए एक स्थिर स्थिति अंतर संकेत खाता है और प्रेषित बीम के साथ आगे बिखरे हुए क्षेत्र का आत्म-हस्तक्षेप एक साधारण लेंस के लिए अपेक्षित ऊर्जा पुनर्वितरण से मेल खाता है। लेंस एक गैडिएंट रिफ्रैक्टिव इंडेक्स (जीआरआईएन) कण है जो नैनोपार्टिकल के चारों ओर बिंदु-स्रोत तापमान प्रोफ़ाइल के कारण स्थापित 1/आर अपवर्तक सूचकांक प्रोफ़ाइल द्वारा निर्धारित होता है। त्रिज्या के एक नैनोपार्टिकल के लिए $$R$$ अपवर्तक सूचकांक के एक सजातीय माध्यम में एम्बेडेड $$n_0$$ थर्मोरेफेक्टिव गुणांक के साथ $$\mathrm{d}n/\mathrm{d}T$$ अपवर्तक सूचकांक प्रोफ़ाइल पढ़ता है:

$$n\left(\mathbf{r}\right)=n_0 + \frac{\mathrm{d}n}{\mathrm{d}T}\Delta T\left(\mathbf{r}\right)=n_0+\Delta n \frac{R}{r}$$ जिसमें थर्मल लेंस के कंट्रास्ट को नैनोकणों के अवशोषण (विद्युत चुम्बकीय विकिरण) क्रॉस-सेक्शन द्वारा निर्धारित किया जाता है $$\sigma_{\rm abs}$$ हीटिंग बीम वेवलेंथ पर, हीटिंग बीम की तीव्रता $$I_h$$ कण और एम्बेडिंग माध्यम की तापीय चालकता के बिंदु पर $$\kappa$$ के जरिए $$\Delta n=\left(\mathrm{d}n/\mathrm{d}T\right)\sigma_{\rm abs} I_h/4\pi\kappa R$$. यद्यपि सिग्नल को स्कैटरिंग फ्रेमवर्क में अच्छी तरह से समझाया जा सकता है, कण भौतिकी में वेव पैकेट्स के कूलम्ब स्कैटरिंग के सहज सादृश्य द्वारा सबसे सहज विवरण पाया जा सकता है।

बैकवर्ड डिटेक्शन स्कीम
इस पहचान योजना में एक पारंपरिक स्कैनिंग नमूना या लेजर-स्कैनिंग ट्रांसमिशन माइक्रोस्कोप कार्यरत है। दोनों, हीटिंग और प्रोबिंग लेजर बीम समाक्षीय रूप से संरेखित हैं और एक डाइक्रोइक फिल्टर का उपयोग करके आरोपित। दोनों बीम एक नमूने पर केंद्रित होते हैं, आमतौर पर एक उच्च-एनए रोशनी माइक्रोस्कोप उद्देश्य के माध्यम से। वैकल्पिक रूप से, हीटिंग बीम के संबंध में जांच-बीम को बाद में विस्थापित किया जा सकता है। पुन: परावर्तित जांच-बीम शक्ति को फिर एक फोटोडायोड पर चित्रित किया जाता है और हीटिंग बीम द्वारा प्रेरित परिवर्तन फोटोथर्मल सिग्नल प्रदान करता है।

जांच तंत्र
डिटेक्शन इस अर्थ में हेटेरोडाइन है कि थर्मल लेंस द्वारा प्रोब बीम का बिखरा हुआ क्षेत्र इंसिडेंस प्रोबिंग बीम के एक अच्छी तरह से परिभाषित रेट्रोरफ्लेक्टेड हिस्से के साथ पीछे की दिशा में हस्तक्षेप करता है।