نشكركم على زيارة موقع Nature.com. يُعاني متصفحكم من محدودية دعم CSS. للحصول على أفضل تجربة، نوصي باستخدام متصفح مُحدّث (أو تعطيل وضع التوافق في Internet Explorer). في هذه الأثناء، ولضمان استمرار الدعم، سنعرض الموقع بدون أنماط CSS وجافا سكريبت.
يُستخدم تحليل آثار المواد في العينات السائلة على نطاق واسع في علوم الحياة والرصد البيئي. في هذا العمل، قمنا بتطوير مقياس ضوئي صغير الحجم وغير مكلف يعتمد على أنابيب شعرية موجهة بموجات معدنية (MCCs) لتحديد الامتصاص بدقة فائقة. يمكن زيادة المسار البصري بشكل كبير، ليصبح أطول بكثير من الطول الفعلي للأنابيب الشعرية، وذلك لأن الضوء المتشتت بواسطة الجدران الجانبية المعدنية الملساء المموجة يمكن احتواؤه داخل الأنبوب الشعري بغض النظر عن زاوية السقوط. يمكن الوصول إلى تركيزات منخفضة تصل إلى 5.12 نانومول باستخدام الكواشف اللونية الشائعة بفضل التضخيم البصري غير الخطي الجديد، والتبديل السريع للعينات، والكشف عن الجلوكوز.
تُستخدم قياسات الضوء على نطاق واسع لتحليل آثار المواد في العينات السائلة نظرًا لوفرة الكواشف الملونة وأجهزة أشباه الموصلات الكهروضوئية المتاحة^1,2,3,4,5. بالمقارنة مع تحديد الامتصاص التقليدي باستخدام الخلايا الضوئية، تعكس الشعيرات الدموية في الموجهات السائلة (LWC) الضوء (TIR) ​​عن طريق إبقاء ضوء التحليل داخل الشعيرة الدموية^1,2,3,4,5. ومع ذلك، فبدون مزيد من التحسين، يكون المسار البصري قريبًا فقط من الطول الفعلي للموجه السائلة^3,6، كما أن زيادة طول الموجه السائلة عن 1.0 متر ستؤدي إلى توهين شديد للضوء وزيادة خطر تكوّن الفقاعات، وما إلى ذلك^3,7. وفيما يتعلق بخلية الانعكاس المتعدد المقترحة لتحسين المسار البصري، فإن حد الكشف يتحسن فقط بمعامل يتراوح بين 2.5 و8.9.
يوجد حاليًا نوعان رئيسيان من الأنابيب الشعرية ذات الأغشية الرقيقة، وهما الأنابيب الشعرية المصنوعة من التفلون AF (ذات معامل انكسار يبلغ حوالي 1.3 فقط، وهو أقل من معامل انكسار الماء) والأنابيب الشعرية المصنوعة من السيليكا والمغطاة بالتفلون AF أو بأغشية معدنية.^1,3,4 ولتحقيق الانعكاس الكلي الداخلي عند السطح الفاصل بين المواد العازلة، يلزم استخدام مواد ذات معامل انكسار منخفض وزوايا سقوط عالية للضوء.^3,6,10 وبالنسبة للأنابيب الشعرية المصنوعة من التفلون AF، فإن التفلون AF يسمح بمرور الضوء نظرًا لبنيته المسامية،^3,11 ويمكنه امتصاص كميات صغيرة من المواد الموجودة في عينات الماء. أما بالنسبة للأنابيب الشعرية المصنوعة من الكوارتز والمغطاة من الخارج بالتفلون AF أو المعدن، فإن معامل انكسار الكوارتز (1.45) أعلى من معامل انكسار معظم السوائل (مثل الماء الذي يبلغ 1.33).^3,6,12,13 بالنسبة للأنابيب الشعرية المطلية بغشاء معدني من الداخل، تمت دراسة خصائص النقل 14،15،16،17،18، ولكن عملية الطلاء معقدة، وسطح الغشاء المعدني له بنية خشنة ومسامية 4،19.
بالإضافة إلى ذلك، فإن الأنابيب الشعرية التجارية ذات التدفق المنخفض (أنابيب AF الشعرية المطلية بالتفلون وأنابيب السيليكا الشعرية المطلية بالتفلون، من إنتاج شركة World Precision Instruments) لها بعض العيوب الأخرى، مثل: قد يؤدي الحجم الميت الكبير لموصل TIR3,10 (2) على شكل حرف T (لتوصيل الأنابيب الشعرية والألياف وأنابيب المدخل/المخرج) إلى حبس فقاعات الهواء10.
في الوقت نفسه، يُعدّ تحديد مستويات الجلوكوز ذا أهمية بالغة لتشخيص داء السكري، وتليف الكبد، والأمراض العقلية.²⁰ وتشمل طرق الكشف العديدة قياس الضوء (بما في ذلك قياس الطيف الضوئي^{21، 22، 23، 24، 25} وقياس الألوان على الورق^{26، 27، 28})، وقياس التيار الكهربائي^{29، 30، 31}، وقياس التألق^{32، 33، 34، 35}، وقياس الاستقطاب الضوئي³⁶، ورنين البلازمون السطحي³⁷، وتجويف فابري-بيرو³⁸، والكيمياء الكهربائية³⁹، والرحلان الكهربائي الشعيري^{40، 41}، وغيرها. مع ذلك، تتطلب معظم هذه الطرق معدات باهظة الثمن، ولا يزال الكشف عن الجلوكوز بتراكيز نانومولية متعددة يمثل تحديًا (على سبيل المثال، في القياسات الضوئية^{21، 22، 23، 24، 25، 26، 27، 28}، كان الحد الأدنى لتركيز الجلوكوز 30 نانومول فقط عند استخدام جسيمات نانوية من أزرق بروسيا كمحاكيات للبيروكسيداز). غالبًا ما تكون تحليلات الجلوكوز النانومولية ضرورية للدراسات الخلوية على المستوى الجزيئي، مثل تثبيط نمو سرطان البروستاتا البشري⁴² وسلوك تثبيت ثاني أكسيد الكربون بواسطة البروكلوروكوكس في المحيط.
في هذه المقالة، طُوِّر مقياس ضوئي صغير الحجم وغير مكلف يعتمد على أنبوب شعري موجه موجي معدني (MWC)، وهو أنبوب شعري مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ SUS316L ذو سطح داخلي مصقول كهربائيًا، وذلك لتحديد الامتصاص بدقة فائقة. ونظرًا لإمكانية حصر الضوء داخل الأنابيب الشعرية المعدنية بغض النظر عن زاوية السقوط، يمكن زيادة المسار البصري بشكل كبير عن طريق تشتت الضوء على الأسطح المعدنية المموجة والملساء، وهو أطول بكثير من الطول الفعلي للأنبوب الشعري الموجه الموجي المعدني. بالإضافة إلى ذلك، صُمِّم موصل بسيط على شكل حرف T للتوصيل البصري ومدخل/مخرج السائل لتقليل الحجم الميت وتجنب انحباس الفقاعات. بالنسبة لمقياس الضوء الموجه الموجي المعدني بطول 7 سم، فقد تحسن حد الكشف بحوالي 3000 مرة مقارنةً بمقياس الطيف الضوئي التجاري ذي الخلية الضوئية بطول 1 سم، وذلك بفضل التحسين الجديد للمسار البصري غير الخطي والتبديل السريع للعينات، كما يمكن أيضًا الوصول إلى تركيز كشف الجلوكوز عند 5.12 نانومولار فقط باستخدام الكواشف اللونية الشائعة.
كما هو موضح في الشكل 1، يتكون مقياس الضوء القائم على أنبوب الكوارتز متعدد الطبقات (MWC) من أنبوب MWC بطول 7 سم ذي سطح داخلي مصقول كهربائيًا بدرجة EP، ومصباح LED بطول موجي 505 نانومتر مزود بعدسة، وكاشف ضوئي قابل لضبط الكسب، ومنفذين للتوصيل البصري وإدخال السائل. يُستخدم صمام ثلاثي الاتجاهات متصل بأنبوب مدخل بايك للتحكم في تدفق العينة الداخلة. يتناسب أنبوب PEEK بإحكام مع صفيحة الكوارتز وأنبوب MWC، مما يقلل من الحجم الميت في موصل T إلى أدنى حد، ويمنع بشكل فعال انحباس فقاعات الهواء. بالإضافة إلى ذلك، يمكن إدخال الشعاع المتوازي بسهولة وكفاءة إلى أنبوب MWC عبر صفيحة الكوارتز على شكل حرف T.
يُدخل كل من الشعاع وعينة السائل إلى جهاز MCC عبر وصلة على شكل حرف T، ويستقبل كاشف ضوئي الشعاع المار عبر جهاز MCC. وتُدخل محاليل العينات المصبوغة أو الفارغة بالتناوب إلى جهاز ICC عبر صمام ثلاثي الاتجاهات. ووفقًا لقانون بير، يمكن حساب الكثافة الضوئية لعينة ملونة من المعادلة 1.10.
حيث يُمثل Vcolor وVblank إشارتي خرج الكاشف الضوئي عند إدخال عينات ملونة وعينات فارغة إلى وحدة التحكم الدقيقة (MCC) على التوالي، بينما يُمثل Vdark إشارة الخلفية للكاشف الضوئي عند إطفاء الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED). يُمكن قياس التغير في إشارة الخرج ΔV = Vcolor–Vblank عن طريق تبديل العينات. وفقًا للمعادلة، وكما هو موضح في الشكل 1، إذا كان ΔV أصغر بكثير من Vblank–Vdark، فعند استخدام مخطط تبديل العينات، قد يكون للتغيرات الطفيفة في Vblank (مثل الانحراف) تأثير ضئيل على قيمة AMWC.
للمقارنة بين أداء مقياس الضوء القائم على خلية القياس متعددة القنوات (MWC) ومقياس الطيف الضوئي القائم على الخلية، استُخدم محلول حبر أحمر كعينة لونية نظرًا لثبات لونه الممتاز وعلاقة تركيزه بامتصاص الضوء بشكل خطي جيد، بينما استُخدم الماء منزوع الأيونات (DI H2O) كعينة مرجعية. كما هو موضح في الجدول 1، تم تحضير سلسلة من محاليل الحبر الأحمر باستخدام طريقة التخفيف التسلسلي مع الماء منزوع الأيونات كمذيب. تم تحديد التركيز النسبي للعينة 1 (S1)، وهي عبارة عن طلاء أحمر أصلي غير مخفف، بقيمة 1.0. يوضح الشكل 2 صورًا ضوئية لـ 11 عينة من الحبر الأحمر (من S4 إلى S14) بتراكيز نسبية (مدرجة في الجدول 1) تتراوح من 8.0 × 10⁻³ (يسار) إلى 8.2 × 10⁻¹⁰ (يمين).
تُظهر الأشكال 3(أ) نتائج قياس العينة رقم 6. وتُشير الأسهم المزدوجة "↔" في الشكل إلى نقاط التبديل بين العينات الملونة والعينات الفارغة. ويُلاحظ ارتفاع جهد الخرج بسرعة عند التبديل بين العينات الملونة والفارغة، والعكس صحيح. ويمكن الحصول على قيم Vcolor وVblank والفرق في الجهد ΔV كما هو موضح في الشكل.
(أ) نتائج القياس للعينة 6، (ب) العينة 9، (ج) العينة 13، و (د) العينة 14 باستخدام مقياس ضوئي قائم على MWC.
تُظهر الأشكال 3(ب) - (د) نتائج القياس للعينات 9 و13 و14 على التوالي. كما هو موضح في الشكل 3(د)، فإن قيمة ΔV المقاسة هي 5 نانو فولت فقط، أي ما يقارب ثلاثة أضعاف قيمة الضوضاء (2 نانو فولت). يصعب تمييز قيمة ΔV الصغيرة عن الضوضاء. وبالتالي، وصل حد الكشف إلى تركيز نسبي قدره 8.2 × 10⁻¹⁰ (العينة 14). باستخدام المعادلة 1، يمكن حساب امتصاص AMWC من قيم Vcolor وVblank وVdark المقاسة. بالنسبة لكاشف ضوئي ذي كسب 10⁴، فإن Vdark يساوي -0.68 ميكرو فولت. تم تلخيص نتائج القياس لجميع العينات في الجدول 1، ويمكن الاطلاع عليها في الملحق. كما هو موضح في الجدول 1، يصل الامتصاص عند التركيزات العالية إلى التشبع، لذا لا يمكن قياس الامتصاص الذي يزيد عن 3.7 باستخدام أجهزة قياس الطيف الضوئي القائمة على MWC.
للمقارنة، تم قياس عينة من الحبر الأحمر باستخدام مطياف ضوئي، ويظهر امتصاص الأكوفيت المقاس في الشكل 4. تم الحصول على قيم الأكوفيت عند 505 نانومتر (كما هو موضح في الجدول 1) بالرجوع إلى منحنيات العينات 10 أو 11 أو 12 (كما هو موضح في الشكل المُدرج). وكما هو موضح، بلغ حد الكشف تركيزًا نسبيًا قدره 2.56 × 10⁻⁶ (العينة 9) نظرًا لتطابق منحنيات امتصاص العينات 10 و11 و12. وبالتالي، عند استخدام المقياس الضوئي القائم على تقنية MWC، تحسن حد الكشف بمقدار 3125 ضعفًا مقارنةً بالمطياف الضوئي القائم على تقنية الكوفيت.
يوضح الشكل 5 العلاقة بين الامتصاص والتركيز. في قياسات الكوفيت، يتناسب الامتصاص طرديًا مع تركيز الحبر عند طول مسار 1 سم. أما في قياسات MWC، فقد لوحظ ازدياد غير خطي في الامتصاص عند التركيزات المنخفضة. ووفقًا لقانون بير، يتناسب الامتصاص طرديًا مع طول المسار البصري، لذا فإن كسب الامتصاص (AEF) (المُعرَّف بأنه AEF = AMWC/Acuvette عند نفس تركيز الحبر) هو نسبة MWC إلى طول المسار البصري للكوفيت. وكما هو موضح في الشكل 5، عند التركيزات العالية، يكون ثابت AEF حوالي 7.0، وهو أمر منطقي لأن طول MWC يساوي 7 أضعاف طول الكوفيت البالغ 1 سم. ومع ذلك، عند التركيزات المنخفضة (التركيز المرتبط <1.28 × 10-5)، يزداد AEF مع انخفاض التركيز وسيصل إلى قيمة 803 عند التركيز المرتبط 8.2 × 10-10 عن طريق استقراء منحنى القياس القائم على الكوفيت. ومع ذلك، عند التركيزات المنخفضة (التركيز المرتبط <1.28 × 10-5)، يزداد AEF مع انخفاض التركيز وسيصل إلى قيمة 803 عند التركيز المرتبط 8.2 × 10-10 عن طريق استقراء منحنى القياس القائم على الكوفيت. ومع ذلك، عند التركيزات المنخفضة (التركيز العالي <1,28 × 10–5) يتم تعزيز AEF بتركيز أفضل ويمكن دعمه 803 مع التركيز الزائد 8,2 × 10–10 مع الاستقصاء الدقيق للأساس кюветы. ومع ذلك، عند التركيزات المنخفضة (التركيز النسبي <1.28 × 10–5)، يزداد AEF مع انخفاض التركيز ويمكن أن يصل إلى قيمة 803 عند تركيز نسبي قدره 8.2 × 10–10 عند استقراءه من منحنى قياس قائم على الكوفيت.然而,在低浓度(相关浓度<1.28 × 10-5)下,AEF يجب أن تكون النتيجة النهائية هي 8.2 × 10-10. تم شراء 803 قطعة.然而، 在 低 浓度 (相关 浓度 <1.28 × 10-5)، ، AEF 随着 的 降低 而، 并且 通过 外推 基于تم تحديد 8.2 × 10-10 على أساس 8.2 × 10-10 من خلال 803 值. ومع ذلك، عند التركيزات المنخفضة (التركيزات ذات الصلة < 1,28 × 10-5) يتم تعزيز AB بتركيزات أفضل، وقبل ذلك زيادة الحجم الدقيق للأحواض الرئيسية التي توفر تركيزًا عاليًا 8,2 × 10–10 803. ومع ذلك، عند التركيزات المنخفضة (التركيزات ذات الصلة < 1.28 × 10-5) يزداد معدل النشاط المضاد للصرع مع انخفاض التركيز، وعند استقراءه من منحنى قياس قائم على الكوفيت، فإنه يصل إلى قيمة تركيز نسبية تبلغ 8.2 × 10-10 803.ينتج عن ذلك مسار بصري مُقابل يبلغ 803 سم (AEF × 1 سم)، وهو أطول بكثير من الطول الفعلي لـ MWC، بل وأطول من أطول LWC متوفر تجاريًا (500 سم من شركة World Precision Instruments, Inc.). يبلغ طول LWC من شركة Doko Engineering LLC 200 سم. لم يُبلغ سابقًا عن هذه الزيادة غير الخطية في الامتصاص في LWC.
تُظهر الأشكال 6(أ) -(ج) صورة ضوئية، وصورة مجهرية، وصورة مُقاسة بقياس الملامح الضوئية للسطح الداخلي لمقطع MWC، على التوالي. كما هو موضح في الشكل 6(أ)، فإن السطح الداخلي أملس ولامع، ويعكس الضوء المرئي، ويتميز بانعكاسية عالية. وكما هو موضح في الشكل 6(ب)، ونظرًا لقابلية المعدن للتشكيل وطبيعته البلورية، تظهر نتوءات صغيرة وعدم انتظام على السطح الأملس. بالنظر إلى المساحة الصغيرة (<5 ميكرومتر × 5 ميكرومتر)، فإن خشونة معظم السطح أقل من 1.2 نانومتر (الشكل 6 (ج)). بالنظر إلى مساحة صغيرة (<5 ميكرومتر × 5 ميكرومتر)، فإن خشونة معظم السطح أقل من 1.2 نانومتر (الشكل 6 (ج)). Ввиду малой площади (<5 мкм×5 мкм) сероховатость больчей части поверонности составляет менее 1,2 nm (ris.6(в)). بسبب المساحة الصغيرة (<5 ميكرومتر × 5 ميكرومتر)، فإن خشونة معظم السطح أقل من 1.2 نانومتر (الشكل 6 (ج)).يمكن أن يصل طوله إلى 1.2 نانومتر (في 6 (ج)).يمكن أن يصل طوله إلى 1.2 نانومتر (في 6 (ج)). Учитывая небольshую площадь (<5 мкм × 5 мкм)، сероkhоватость больчинства повераностей составляет менее 1,2 nm (ris.6(в)). بالنظر إلى المساحة الصغيرة (<5 ميكرومتر × 5 ميكرومتر)، فإن خشونة معظم الأسطح أقل من 1.2 نانومتر (الشكل 6 (ج)).
(أ) صورة ضوئية، (ب) صورة مجهرية، و (ج) صورة ضوئية للسطح الداخلي لقطع MWC.
كما هو موضح في الشكل 7(أ)، يتحدد المسار البصري (LOP) في الأنبوب الشعري بزاوية السقوط θ (LOP = LC/sinθ، حيث LC هو الطول الفعلي للأنبوب الشعري). بالنسبة للأنابيب الشعرية المصنوعة من التفلون AF والمملوءة بالماء منزوع الأيونات (DI H2O)، يجب أن تكون زاوية السقوط أكبر من الزاوية الحرجة البالغة 77.8 درجة، وبالتالي يكون LOP أقل من 1.02 × LC دون أي تحسين إضافي.^3.6 أما مع تقنية MWC، فإن حصر الضوء داخل الأنبوب الشعري لا يعتمد على معامل الانكسار أو زاوية السقوط، لذا مع انخفاض زاوية السقوط، يمكن أن يكون مسار الضوء أطول بكثير من طول الأنبوب الشعري (LOP » LC). كما هو موضح في الشكل 7(ب)، يمكن للسطح المعدني المموج أن يُحدث تشتتًا للضوء، مما يزيد بشكل كبير من المسار البصري.
لذا، يوجد مساران للضوء في نظام الطباعة متعدد الجدران: ضوء مباشر بدون انعكاس (LOP = LC) وضوء متعرج ذو انعكاسات متعددة بين الجدران الجانبية (LOP » LC). ووفقًا لقانون بير، يمكن التعبير عن شدة الضوء المباشر والضوء المتعرج المنقول بالصيغتين PS×exp(-α×LC) و PZ×exp(-α×LOP) على التوالي، حيث يمثل الثابت α معامل الامتصاص، والذي يعتمد كليًا على تركيز الحبر.
بالنسبة للحبر عالي التركيز (على سبيل المثال، التركيز المرتبط >1.28 × 10-5)، يتم تخفيف الضوء المتعرج بشكل كبير وتكون شدته أقل بكثير من شدة الضوء المستقيم، وذلك بسبب معامل الامتصاص الكبير ومساره البصري الأطول بكثير. بالنسبة للحبر عالي التركيز (على سبيل المثال، التركيز المرتبط >1.28 × 10-5)، يتم تخفيف الضوء المتعرج بشكل كبير وتكون شدته أقل بكثير من شدة الضوء المستقيم، وذلك بسبب معامل الامتصاص الكبير ومساره البصري الأطول بكثير. للقشرة ذات التركيز العالي (على سبيل المثال، التركيز العالي >1,28 × 10-5) ضوء ساطع يحترق، والأنا كثافة أكبر بكثير، مع وجود عالم كامل، من خلال اشتراك أكبر و من الجيد جدًا الحصول على إخلاء بصري. بالنسبة للحبر عالي التركيز (على سبيل المثال التركيز النسبي >1.28×10-5)، يتم تخفيف الضوء المتعرج بشدة وتكون شدته أقل بكثير من شدة الضوء المباشر بسبب معامل الامتصاص الكبير والانبعاث البصري الأطول بكثير.مسار.对于高浓度墨水(例如,相关浓度>1.28×10-5),Z字形光ربما يكون هذا هو الحال بالنسبة لك.对于 高浓度 墨水 (例如 , 浓度 浓度> 1.28 × 10-5) , z 字形 衰减 很 大 , 强度 远 低于 直光 ,这 是 吸收 系数 大 光学 时间 更...للقشرة ذات التركيز العالي (على سبيل المثال، التركيزات ذات الصلة >1,28×10-5) يتم تسليط الضوء الشديد على الضوء الساطع، و إن تكثيفها لا يقل عن كونها عالمًا رائعًا لمرفق أكبر التتبع والمزيد من أوقات البصريات الدقيقة. بالنسبة للأحبار ذات التركيز العالي (على سبيل المثال، التركيزات ذات الصلة >1.28×10-5)، يتم تخفيف الضوء المتعرج بشكل كبير وتكون شدته أقل بكثير من شدة الضوء المباشر بسبب معامل الامتصاص الكبير والوقت البصري الأطول.طريق صغير.وهكذا، هيمن الضوء المباشر على تحديد الامتصاص (LOP=LC) وتم الحفاظ على AEF ثابتًا عند ~7.0. على النقيض من ذلك، عندما ينخفض ​​معامل الامتصاص مع انخفاض تركيز الحبر (على سبيل المثال، التركيز المرتبط <1.28 × 10-5)، تزداد شدة الضوء المتعرج بسرعة أكبر من شدة الضوء المستقيم، ثم يبدأ الضوء المتعرج في لعب دور أكثر أهمية. على النقيض من ذلك، عندما ينخفض ​​معامل الامتصاص مع انخفاض تركيز الحبر (على سبيل المثال، التركيز المرتبط <1.28 × 10-5)، تزداد شدة الضوء المتعرج بسرعة أكبر من شدة الضوء المستقيم، ثم يبدأ الضوء المتعرج في لعب دور أكثر أهمية. بشكل عام، عندما يتم تحسين تركيز التركيز بتركيز مخفف (على سبيل المثال، تركيز إضافي <1,28 × 10-5)، كثافة الطاقة الشمسية تتزايد بشكل كبير مع الضوء العالي، ثم ابدأ في لعب الضوء الساطع. على العكس من ذلك، عندما ينخفض ​​معامل الامتصاص مع انخفاض تركيز الحبر (على سبيل المثال، التركيز النسبي <1.28×10-5)، تزداد شدة الضوء المتعرج بشكل أسرع من شدة الضوء المباشر، ثم يبدأ الضوء المتعرج في الظهور.دور أكثر أهمية.相反،当吸收系数随着墨水浓度的降低而降低时(例如،相关浓度<1.28×10-5) )،، Z字形光的强度比直光增加得更快،然后Z字形光开始发挥作用一个更重要的角色.相反، 当 吸收 系数 随着 墨水 的 降低 而 降低 时 例如 例如، 相关 浓度 浓度 <1.28 × 10-5) , لقد تم إرجاعه إلى 一 个 重要 重要 更 更 更 更 更 更 更 更 مرحبا 的角色. وأفضل ما في الأمر أنه عندما يتم تقليل تكثيف القهوة بتركيز مخفف من الذرة (على سبيل المثال، تركيز مناسب < 1,28×10-5)، كثافة الضوء العالي تتزايد بشكل كبير، مع التحسين، ثم هناك عالم متألق يبدأ في لعب دور مهم للغاية. وعلى العكس من ذلك، عندما ينخفض ​​معامل الامتصاص مع انخفاض تركيز الحبر (على سبيل المثال، التركيز المقابل < 1.28 × 10-5)، تزداد شدة الضوء المتعرج بشكل أسرع من الضوء المباشر، ثم يبدأ الضوء المتعرج في لعب دور أكثر أهمية.شخصية الدور.لذلك، وبسبب المسار البصري ذي الشكل المنشاري (LOP » LC)، يمكن زيادة عامل التضخيم البصري (AEF) إلى أكثر من 7.0 بكثير. ويمكن الحصول على خصائص نقل الضوء الدقيقة لـ MWC باستخدام نظرية نمط الموجة الدليلية.
إضافةً إلى تحسين المسار البصري، يُسهم التبديل السريع للعينات في الوصول إلى حدود كشف منخفضة للغاية. نظرًا لصغر حجم خلية القياس الدقيقة (0.16 مل)، يمكن أن يكون الوقت اللازم للتبديل وتغيير المحاليل فيها أقل من 20 ثانية. وكما هو موضح في الشكل 5، فإن الحد الأدنى لقيمة الكشف في خلية القياس الدقيقة (2.5 × 10⁻⁴) أقل بأربع مرات من نظيره في خلية القياس (1.0 × 10⁻³). يُقلل التبديل السريع للمحلول المتدفق في الأنبوب الشعري من تأثير ضوضاء النظام (مثل الانحراف) على دقة فرق الامتصاص مقارنةً بمحلول الاحتفاظ في خلية القياس. على سبيل المثال، كما هو موضح في الشكل 3 (ب) - (د)، يمكن تمييز ΔV بسهولة عن إشارة الانحراف بفضل التبديل السريع للعينات في الأنبوب الشعري ذي الحجم الصغير.
كما هو موضح في الجدول 2، تم تحضير مجموعة من محاليل الجلوكوز بتراكيز مختلفة باستخدام الماء منزوع الأيونات كمذيب. تم تحضير العينات المصبوغة أو العينات الضابطة بمزج محلول الجلوكوز أو الماء منزوع الأيونات مع محاليل ملونة من إنزيم أوكسيداز الجلوكوز (GOD) وإنزيم بيروكسيداز الجلوكوز (POD) بنسبة حجم ثابتة 3:1 على التوالي. يوضح الشكل 8 صورًا ضوئية لتسع عينات مصبوغة (S2-S10) بتراكيز جلوكوز تتراوح من 2.0 ملي مولار (يسار) إلى 5.12 نانومولار (يمين). يقل الاحمرار مع انخفاض تركيز الجلوكوز.
تُظهر الأشكال 9(أ) -(ج) نتائج قياسات العينات 4 و9 و10 باستخدام مقياس ضوئي قائم على تقنية MWC، على التوالي. وكما هو موضح في الشكل 9(ج)، يصبح فرق الجهد المقاس (ΔV) أقل استقرارًا ويزداد ببطء أثناء القياس، وذلك نتيجة لتغير لون كاشف GOD-POD نفسه (حتى بدون إضافة الجلوكوز) تدريجيًا تحت الضوء. لذا، لا يمكن تكرار قياسات ΔV المتتالية للعينات التي يقل تركيز الجلوكوز فيها عن 5.12 نانومولار (العينة 10)، لأنه عندما يكون ΔV صغيرًا بما يكفي، لا يمكن إهمال عدم استقرار كاشف GOD-POD. وبالتالي، فإن حد الكشف لمحلول الجلوكوز هو 5.12 نانومولار، على الرغم من أن قيمة ΔV المقابلة (0.52 ميكروفولت) أكبر بكثير من قيمة الضوضاء (0.03 ميكروفولت)، مما يشير إلى إمكانية الكشف عن قيم ΔV الصغيرة. يمكن تحسين حد الكشف هذا بشكل أكبر باستخدام كواشف لونية أكثر استقرارًا.
(أ) نتائج القياس للعينة 4، (ب) العينة 9، و (ج) العينة 10 باستخدام مقياس ضوئي قائم على MWC.
يمكن حساب امتصاص AMWC باستخدام قيم Vcolor وVblank وVdark المقاسة. بالنسبة لكاشف ضوئي ذي كسب 105، فإن Vdark يساوي -0.068 ميكروفولت. يمكن ضبط قياسات جميع العينات في الملحق. وللمقارنة، تم قياس عينات الجلوكوز أيضًا باستخدام مطياف ضوئي، ووصل امتصاص Acuvette المقاس إلى حد كشف قدره 0.64 ميكرومولار (العينة 7) كما هو موضح في الشكل 10.
يوضح الشكل 11 العلاقة بين الامتصاص والتركيز. وباستخدام مقياس الضوء القائم على تقنية MWC، تم تحقيق تحسن في حد الكشف بمقدار 125 ضعفًا مقارنةً بمقياس الطيف الضوئي القائم على تقنية الكوفيت. هذا التحسن أقل من التحسن في طريقة التحليل باستخدام الحبر الأحمر نظرًا لضعف استقرار كاشف GOD-POD. كما لوحظت زيادة غير خطية في الامتصاص عند التركيزات المنخفضة.
تم تطوير مقياس ضوئي قائم على تقنية MWC للكشف فائق الحساسية عن العينات السائلة. يمكن زيادة المسار البصري بشكل كبير، ليصبح أطول بكثير من الطول الفعلي لتقنية MWC، وذلك لأن الضوء المتشتت بواسطة الجدران الجانبية المعدنية الملساء المموجة يمكن احتواؤه داخل الأنبوب الشعري بغض النظر عن زاوية السقوط. يمكن الوصول إلى تركيزات منخفضة تصل إلى 5.12 نانومول باستخدام كواشف GOD-POD التقليدية بفضل التضخيم البصري غير الخطي الجديد والتبديل السريع للعينات والكشف عن الجلوكوز. سيُستخدم هذا المقياس الضوئي الصغير الحجم وغير المكلف على نطاق واسع في علوم الحياة والرصد البيئي لتحليل الآثار.
كما هو موضح في الشكل 1، يتكون مقياس الضوء القائم على أنبوب MWC من أنبوب MWC بطول 7 سم (قطر داخلي 1.7 مم، قطر خارجي 3.18 مم، سطح داخلي مصقول كهربائياً من فئة EP، أنبوب شعري من الفولاذ المقاوم للصدأ SUS316L)، ومصباح LED بطول موجي 505 نانومتر (Thorlabs M505F1)، وعدسات (زاوية انتشار الشعاع حوالي 6.6 درجة)، وكاشف ضوئي متغير الكسب (Thorlabs PDB450C)، وموصلين على شكل حرف T للاتصال البصري وإدخال/إخراج السائل. يُصنع الموصل على شكل حرف T عن طريق لصق صفيحة كوارتز شفافة بأنبوب PMMA، حيث يتم إدخال أنبوبي MWC وPeek (قطر داخلي 0.72 مم، قطر خارجي 1.6 مم، شركة Vici Valco) بإحكام ولصقهما. يُستخدم صمام ثلاثي الاتجاهات متصل بأنبوب مدخل Pike للتحكم في تدفق العينة الداخلة. يستطيع الكاشف الضوئي تحويل القدرة الضوئية المستلمة P إلى إشارة جهد مُضخّمة N×V (حيث V/P = 1.0 فولت/واط عند 1550 نانومتر، ويمكن ضبط الكسب N يدويًا في نطاق 10³-10⁷). وللاختصار، يُستخدم V بدلًا من N×V كإشارة خرج.
بالمقارنة، تم استخدام مطياف ضوئي تجاري (سلسلة Agilent Technologies Cary 300 مع مضاعف ضوئي عالي الكفاءة R928) مع خلية قياس 1.0 سم لقياس امتصاص العينات السائلة.
تم فحص السطح الداخلي لقطع MWC باستخدام جهاز قياس ملامح السطح البصري (ZYGO New View 5022) بدقة رأسية وجانبية تبلغ 0.1 نانومتر و 0.11 ميكرومتر على التوالي.
تم شراء جميع المواد الكيميائية (درجة تحليلية، بدون مزيد من التنقية) من شركة سيتشوان تشوانغكه للتكنولوجيا الحيوية المحدودة. تتضمن مجموعات اختبار الجلوكوز أوكسيداز الجلوكوز (GOD) وبيروكسيداز (POD) و4-أمينو أنتيبيرين والفينول، إلخ. تم تحضير المحلول الكروموجيني بالطريقة المعتادة GOD-POD 37.
كما هو موضح في الجدول 2، تم تحضير مجموعة من محاليل الجلوكوز بتراكيز مختلفة باستخدام الماء منزوع الأيونات كمخفف، وذلك باتباع طريقة التخفيف التسلسلي (انظر المواد التكميلية لمزيد من التفاصيل). تم تحضير العينات المصبوغة أو العينات الفارغة بمزج محلول الجلوكوز أو الماء منزوع الأيونات مع المحلول الملون بنسبة حجم ثابتة 3:1 على التوالي. تم تخزين جميع العينات عند درجة حرارة 37 درجة مئوية بعيدًا عن الضوء لمدة 10 دقائق قبل القياس. في طريقة GOD-POD، تتحول العينات المصبوغة إلى اللون الأحمر مع امتصاص أقصى عند 505 نانومتر، ويتناسب الامتصاص تقريبًا مع تركيز الجلوكوز.
كما هو موضح في الجدول 1، تم تحضير سلسلة من محاليل الحبر الأحمر (شركة Ostrich Ink المحدودة، تيانجين، الصين) بطريقة التخفيف التسلسلي باستخدام DI H2O كمذيب.
كيفية الاستشهاد بهذه المقالة: باي، م. وآخرون. مقياس ضوئي صغير الحجم يعتمد على شعيرات موجهة معدنية: لتحديد تركيزات نانومولية من الجلوكوز. مجلة العلوم. 5، 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
Dress, P. & Franke, H. زيادة دقة تحليل السوائل والتحكم في قيمة الرقم الهيدروجيني باستخدام دليل موجي ذي قلب سائل. Dress, P. & Franke, H. زيادة دقة تحليل السوائل والتحكم في قيمة الرقم الهيدروجيني باستخدام دليل موجي ذي قلب سائل.Dress, P. and Franke, H. تحسين دقة تحليل السوائل والتحكم في درجة الحموضة باستخدام دليل موجي ذي لب سائل. Dress، P. & Franke، H. يقيس درجة الحموضة في الجسم. دريس، بي. وفرانكي، إتش. يقيس درجة الحموضة والأس الهيدروجينيDress, P. and Franke, H. تحسين دقة تحليل السوائل والتحكم في درجة الحموضة باستخدام الموجهات ذات النواة السائلة.انتقل إلى العلم. متر. 68، 2167-2171 (1997).
Li, QP, Zhang, J. -Z., Millero, FJ & Hansell, DA التحديد اللوني المستمر للأمونيوم النزري في مياه البحر باستخدام خلية شعرية ذات مسار طويل للموجة السائلة. Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA التحديد اللوني المستمر للأمونيوم النزري في مياه البحر باستخدام خلية شعرية ذات مسار طويل للموجة السائلة.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ and Hansel, DA تحديد مستمر للكميات الضئيلة من الأمونيوم في مياه البحر باستخدام خلية شعرية مع دليل موجي سائل. لي، QP، تشانغ، J.-Z.، ميليرو، FJ وهانسيل، DA لي، QP، تشانغ، J.-Z.، ميليرو، FJ وهانسيل، DA.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ and Hansel, DA تحديد مستمر للكميات الضئيلة من الأمونيوم في مياه البحر باستخدام الشعيرات الدموية ذات الموجة السائلة طويلة المدى.الكيمياء في مارس. 96، 73-85 (2005).
باسكو، RNMJ، توث، IV ورانجيل، AOSS مراجعة حول التطبيقات الحديثة للخلية الشعرية للموجة السائلة في تقنيات التحليل القائمة على التدفق لتعزيز حساسية طرق الكشف الطيفي. باسكو، RNMJ، توث، IV ورانجيل، AOSS مراجعة حول التطبيقات الحديثة للخلية الشعرية للموجة السائلة في تقنيات التحليل القائمة على التدفق لتعزيز حساسية طرق الكشف الطيفي.باسكو، RNMJ، توث، الرابع ورانجيل، AOSS مراجعة للتطبيقات الحديثة للخلايا الشعرية للموجات السائلة في تقنيات تحليل التدفق لتحسين حساسية طرق الكشف الطيفي. باسكوا، RNMJ، توث، IV & رانجيل، AOSS أفضل ما في الأمر هو أن تكون قادرًا على التعامل مع المشكلة لا داعي للقلق بشأن هذا الأمر. باسكوا، رنمج، توث، إيف & رانجيل، آوس方法 的... . كيفية استخدام بطاقة الائتمان الخاصة بك في بطاقة الائتمان الخاصة بك كيفية استخدام بطاقة الائتمان الخاصة بكPascoa, RNMJ, Toth, IV and Rangel, AOSS مراجعة للتطبيقات الحديثة للخلايا الشعرية للموجات السائلة في الطرق التحليلية القائمة على التدفق لتعزيز حساسية طرق الكشف الطيفي.anus. Chim. Act 739, 1-13 (2012).
وين، تي.، غاو، جيه.، تشانغ، جيه.، بيان، بي. وشين، جيه. دراسة سمك أغشية Ag وAgI في الأنابيب الشعرية للموجات المجوفة. وين، تي.، غاو، جيه.، تشانغ، جيه.، بيان، بي. وشين، جيه. دراسة سمك أغشية Ag وAgI في الأنابيب الشعرية للموجات المجوفة.وين تي، غاو جيه، تشانغ جيه، بيان بي وشين جيه. دراسة سمك أغشية Ag وAgI في الأنابيب الشعرية للموجات المجوفة. وين، تي، جاو، جيه، تشانغ، جيه، بيان، بي & شين، جيه. وين، تي.، غاو، جيه.، تشانغ، جيه.، بيان، بي. وشين، جيه. بحث حول سمك الطبقة الرقيقة من Ag وAgI في قناة الهواء.وين تي، غاو جيه، تشانغ جيه، بيان بي وشين جيه. دراسة سمك الأغشية الرقيقة من الفضة، ويوديد الفضة في الأنابيب الشعرية المجوفة للموجات.فيزياء الأشعة تحت الحمراء. التكنولوجيا 42، 501-508 (2001).
جيمبيرت، إل جيه، هايغارث، بي إم وورسفولد، بي جيه تحديد تركيزات نانومولية من الفوسفات في المياه الطبيعية باستخدام حقن التدفق مع خلية شعرية ذات مسار طويل للموجة السائلة والكشف الطيفي الضوئي للحالة الصلبة. جيمبيرت، إل جيه، هايغارث، بي إم وورسفولد، بي جيه تحديد تركيزات نانومولية من الفوسفات في المياه الطبيعية باستخدام حقن التدفق مع خلية شعرية ذات مسار طويل للموجة السائلة والكشف الطيفي الضوئي للحالة الصلبة.جيمبيرت، إل جيه، هايغارث، بي إم وورسفولد، بي جيه تحديد تركيزات الفوسفات النانومولية في المياه الطبيعية باستخدام حقن التدفق مع خلية شعرية موجهة سائلة والكشف الطيفي الضوئي للحالة الصلبة. جيمبرت، إل جيه، هايغارث، بي إم وورسفولد، بي جيه أفضل ما في الأمر هو الحصول على أفضل النتائج والفوائد لا يوجد شيء أفضل من ذلك. جيمبرت، إل جيه، هايغارث، بي إم وورسفولد، بي جيه تحديد تركيز الفوسفات في المياه الطبيعية باستخدام محقنة سائلة وأنبوب شعري موجه للموجات السائلة طويل المدى.جيمبيرت، إل جيه، هايغارث، بي إم وورسفولد، بي جيه تحديد الفوسفات النانومولي في المياه الطبيعية باستخدام تدفق الحقن والموجه الشعري مع مسار بصري طويل والكشف الطيفي الضوئي للحالة الصلبة.تارانتا 71، 1624-1628 (2007).
Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Lineatity and effective optical pathlength of liquid waveguide capillarycells. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Lineatity and effective optical pathlength of liquid waveguide capillarycells.Belz M., Dress P., Suhitsky A. and Liu S. Linearity and effective optical path length in liquid waveguides in capillary cells. Belz، M.، Dress، P.، Sukhitskiy، A. & Liu، S. بيلز، م.، دريس، ب.، سوخيتسكي، أ. وليو، س. الخطية والطول الفعال للماء السائل.Belz M., Dress P., Suhitsky A. and Liu S. Linear and effective optical path length in capillary cell liquid wave.SPIE 3856، 271–281 (1999).
دالاس، تي. وداسغوبتا، بي كيه. ضوء في نهاية النفق: التطبيقات التحليلية الحديثة للموجات ذات النواة السائلة. دالاس، تي. وداسغوبتا، بي كيه. ضوء في نهاية النفق: التطبيقات التحليلية الحديثة للموجات ذات النواة السائلة.دالاس، تي. وداسغوبتا، بي كيه. ضوء في نهاية النفق: التطبيقات التحليلية الحديثة للموجات ذات النواة السائلة. Dallas، T. & Dasgupta، PK Light في نهاية النفق: 液芯波导的最新分析应用. Dallas، T. & Dasgupta، PK Light في نهاية النفق: 液芯波导的最新分析应用.دالاس، تي. وداسغوبتا، بي كيه. ضوء في نهاية النفق: أحدث تطبيق تحليلي للموجات ذات النواة السائلة.TrAC، تحليل الاتجاه. الكيمياء. 23، 385-392 (2004).
إليس، بي إس، جنتل، بي إس، جريس، إم آر وماكيلفي، آي دي: خلية كشف ضوئي متعددة الاستخدامات تعتمد على الانعكاس الداخلي الكلي لتحليل التدفق. إليس، بي إس، جنتل، بي إس، جريس، إم آر وماكيلفي، آي دي: خلية كشف ضوئي متعددة الاستخدامات تعتمد على الانعكاس الداخلي الكلي لتحليل التدفق.إليس، بي إس، جنتل، بي إس، جريس، إم آر وماكيلفي، آي دي خلية انعكاس داخلي كلي ضوئي عالمي لتحليل التدفق. Ellis، PS، Gentle، BS، Grace، MR & McKelvie، ID. إليس، PS، جنتل، BS، غريس، MR وماكيلفي، IDإليس، بي إس، جنتل، بي إس، جريس، إم آر وماكيلفي، آي دي خلية قياس ضوئي عالمية بتقنية TIR لتحليل التدفق.Taranta 79، 830–835 (2009).
إليس، بي إس، ليدي-ميني، إيه جيه، وورسفولد، بي جيه وماكيلفي، آي دي خلية تدفق ضوئي متعددة الانعكاسات للاستخدام في تحليل حقن التدفق لمياه مصبات الأنهار. إليس، بي إس، ليدي-ميني، إيه جيه، وورسفولد، بي جيه وماكيلفي، آي دي خلية تدفق ضوئي متعددة الانعكاسات للاستخدام في تحليل حقن التدفق لمياه مصبات الأنهار.إليس، بي إس، ليدي-ميني، إيه جيه، وورسفولد، بي جيه وماكيلفي، آي دي خلية تدفق ضوئية متعددة الانعكاسات للاستخدام في تحليل تدفق المياه في مصبات الأنهار. إليس، بي إس، ليدي ميني، إيه جيه، وورسفولد، بي جيه وماكلفي، آي دي. إليس، بي إس، ليدي-ميني، إيه جيه، وورسفولد، بي جيه وماكيلفي، آي دي.إليس، بي إس، ليدي-ميني، إيه جيه، وورسفولد، بي جيه وماكيلفي، آي دي خلية تدفق ضوئية متعددة الانعكاسات لتحليل حقن التدفق في مياه مصبات الأنهار.الشرج شيم. قانون 499، 81-89 (2003).
بان، جيه. -زد.، ياو، بي. وفانغ، كيو. مقياس ضوئي محمول باليد يعتمد على الكشف عن امتصاص الموجة الموجهة ذات النواة السائلة لعينات بحجم النانولتر. بان، جيه-زد، ياو، بي وفانغ، كيو. مقياس ضوئي محمول باليد يعتمد على الكشف عن امتصاص الموجة الموجهة ذات النواة السائلة لعينات بحجم النانولتر.بان، جيه-زد، ياو، بي وفانغ، كيه. مقياس ضوئي محمول باليد يعتمد على الكشف عن امتصاص الطول الموجي ذي النواة السائلة لعينات بحجم النانولتر. Pan، J.-Z.، Yao، B. & Fang، Q. Pan، J.-Z.، Yao، B. & Fang، Q. استنادًا إلى 液芯波波水水水油法的纳法手手手持光度计.بان، جيه-زد، ياو، بي وفانغ، كيه. مقياس ضوئي محمول باليد مع عينة نانوية يعتمد على الكشف عن الامتصاص في موجة النواة السائلة.anus Chemical. 82, 3394–3398 (2010).
Zhang, J.-Z. زيادة حساسية تحليل تدفق الحقن باستخدام خلية تدفق شعرية ذات مسار بصري طويل للكشف الطيفي الضوئي. anus. the science. 22، 57-60 (2006).
D'Sa, EJ & Steward, RG تطبيق الموجه الشعري السائل في مطيافية الامتصاص (رد على تعليق Byrne و Kaltenbacher). D'Sa, EJ & Steward, RG تطبيق الموجه الشعري السائل في مطيافية الامتصاص (رد على تعليق Byrne و Kaltenbacher).D'Sa, EJ and Steward, RG Applications of liquid capillary waveguides in apacity spectroscopy (رد على تعليقات Byrne and Kaltenbacher). D'Sa، EJ & Steward، RG يتعاونان مع بيرن وكالتنباخر. D'Sa، EJ & Steward، RG تطبيق طيف الامتصاص السائل (回复Byrne وKaltenbacher的评论).D'Sa, EJ and Steward, RG Liquid capillary waveguides for asumption spectroscopy (in response to comments by Byrne and Kaltenbacher).ليمونول. أوشينوغرافير. 46، 742-745 (2001).
Khijwania, SK & Gupta, BD مستشعر امتصاص المجال المتلاشي للألياف البصرية: تأثير معلمات الألياف وهندسة المسبار. Khijwania, SK & Gupta, BD مستشعر امتصاص المجال المتلاشي للألياف البصرية: تأثير معلمات الألياف وهندسة المسبار.Hijvania, SK and Gupta, BD Fiber Optic Evaescent Field Absorption Sensor: The influence of Fiber Parameters and Probe Geometry. Khijwania، SK & Gupta، BD. خيجوانيا، إس كيه وغوبتا، بي ديهيجفانيا، إس كيه وغوبتا، بي دي مستشعرات الألياف البصرية لامتصاص المجال المتلاشي: تأثير معلمات الألياف وهندسة المجس.البصريات والإلكترونيات الكمومية 31، 625-636 (1999).
بيدرزيكي، إس.، بوريك، إم بي، فالك، جيه. وودروف، إس دي. الخرج الزاوي لأجهزة استشعار رامان المجوفة ذات البطانة المعدنية. بيدرزيكي، إس.، بوريك، إم بي، فالك، جيه. وودروف، إس دي. الخرج الزاوي لأجهزة استشعار رامان المجوفة ذات البطانة المعدنية.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. and Woodruff, SD Angular output of hollow waveguide Raman sensors with metal Lining. Biedrzycki، S.، Buric، MP، Falk، J. & Woodruff، SD. بيدرزيكي، س.، بوريك، إم بي، فالك، جيه. وودروف، إس دي.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. and Woodruff, SD Angular output of araman sensor with a bare metal waveguide.طلب اختيار 51، 2023-2025 (2012).
هارينغتون، جيه إيه. نظرة عامة على الموجهات المجوفة لنقل الأشعة تحت الحمراء. تكامل الألياف. للاختيار. 19، 211-227 (2000).