9. Měření kinetiky dohasínání fluorescence ve frekvenční doméně



Podobné dokumenty
Speciální spektrometrické metody. Zpracování signálu ve spektroskopii

Mechatronické systémy s elektronicky komutovanými motory

8. Měření kinetiky dohasínání fluorescence v časové doméně

Kinetika dohasínání fluorescence

Modulace a šum signálu

Číslicové zpracování a analýza signálů (BCZA) Spektrální analýza signálů

Digitální přenosové systémy a účastnické přípojky ADSL

NUMERICAL INTEGRATION AND DIFFERENTIATION OF SAMPLED TIME SIGNALS BY USING FFT

4.4 Exploratorní analýza struktury objektů (EDA)

MĚŘENÍ ELEKTRICKÝCH PARAMETRŮ V OBVODECH S PWM ŘÍZENÝMI ZDROJI NAPĚTÍ Electric Parameter Measurement in PWM Powered Circuits

MĚRENÍ V ELEKTROTECHNICE

Maticová exponenciála a jiné maticové funkce

VY_32_INOVACE_ENI_2.MA_05_Modulace a Modulátory

Korelační energie. Celkovou elektronovou energii molekuly lze experimentálně určit ze vztahu. E vib. = E at. = 39,856, E d

Časově rozlišená fluorescence

Osnova. Idea ASK/FSK/PSK ASK Amplitudové... Strana 1 z 16. Celá obrazovka. Konec Základy radiotechniky

í I Průchod a rozptyl záření gama ve vrstvách materiálu Prof. Ing. J. Šeda, DrSc. KDAIZ - PJPI

CHYBY MĚŘENÍ. uvádíme ve tvaru x = x ± δ.

MOŽNOSTI PREDIKCE DYNAMICKÉHO CHOVÁNÍ LOPAT OBĚŽNÝCH KOL KAPLANOVÝCH A DÉRIAZOVÝCH TURBÍN.

Analogové modulace. Podpora kvality výuky informačních a telekomunikačních technologií ITTEL CZ.2.17/3.1.00/36206

Interference na tenké vrstvě

ANALÝZA VZTAHU DVOU SPOJITÝCH VELIČIN

PODKLADY PRO PRAKTICKÝ SEMINÁŘ PRO UČITELE VOŠ. Logaritmické veličiny používané pro popis přenosových řetězců. Ing. Bc. Ivan Pravda, Ph.D.

MĚŘENÍ INDUKČNOSTI A KAPACITY

Akustooptický modulátor s postupnou a stojatou akustickou vlnou

VY_32_INOVACE_E 15 03

Spojité regulátory - 1 -

HUDEBNÍ EFEKT DISTORTION VYUŽÍVAJÍCÍ ZPRACOVÁNÍ PŘÍRŮSTKŮ SIGNÁLŮ ČASOVĚ

MODELOVÁNÍ A SIMULACE

MĚŘENÍ ÚHLOVÝCH KMITŮ ZA ROTACE

Přednášky část 4 Analýza provozních zatížení a hypotézy kumulace poškození, příklady. Milan Růžička

VLIV VELIKOSTI OBCE NA TRŽNÍ CENY RODINNÝCH DOMŮ

Zpracování fyzikálních měření. Studijní text pro fyzikální praktikum

7. ZÁKLADNÍ TYPY DYNAMICKÝCH SYSTÉMŮ

9. PRINCIPY VÍCENÁSOBNÉHO VYUŽITÍ PŘENOSOVÝCH CEST

Světlo jako elektromagnetické záření

Bezpečnost chemických výrob N111001

Úloha 2: Měření modulu pružnosti v tahu a modulu pružnosti ve smyku

Základy a aplikace digitálních. Katedra radioelektroniky (13137), blok B2, místnost 722

Měření vlnové délky, impedance, návrh impedančního přizpůsobení

popsat činnost základních zapojení operačních usměrňovačů samostatně změřit zadanou úlohu

Zobrazování. Zdeněk Tošner

8a.Objektové metody viditelnosti. Robertsův algoritmus

Fyzikální veličiny a jednotky, přímá a nepřímá metoda měření

3. Změřte závislost proudu a výkonu na velikosti kapacity zařazené do sériového RLC obvodu.

Direct Digital Synthesis (DDS)

Měření na nízkofrekvenčním zesilovači. Schéma zapojení:

Frekvence. BCM V 100 V (1 MΩ) - 0,11 % + 40 μv 0 V 6,6 V (50 Ω) - 0,27 % + 40 μv

Tepelná kapacita = T. Ē = 1 2 hν + hν. 1 = 1 e x. ln dx. Einsteinův výpočet (1907): Soustava N nezávislých oscilátorů se stejnou vlastní frekvencí má

FOTOAKUSTIKA. Vítězslav Otruba

1. POLOVODIČOVÉ TEPLOMĚRY

27 Systémy s více vstupy a výstupy

Semestrální projekt. Vyhodnocení přesnosti sebelokalizace VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií

1. Co je to senzor. Snímá fyzikální, chemickou či biologickou veličinu Převádí ji na signál nebo na jinou veličinu

1. Stanovení modulu pružnosti v tahu přímou metodou

Automatizační technika Měření č. 6- Analogové snímače

6. Demonstrační simulační projekt generátory vstupních proudů simulačního modelu

Otázka 22(42) Přístroje pro měření signálů, metody pro měření v časové a frekvenční doméně. Přístroje

Výkon komunik. systémů

Vybrané kapitoly z praktické NMR spektroskopie

Funkce komplexní proměnné a integrální transformace

Akustooptický modulátor s postupnou a stojatou akustickou vlnou

Konverze kmitočtu Štěpán Matějka

[ ] Goniometrický tvar komplexních čísel I. Předpoklady: 4207, 4209, 6201

13 Měření na sériovém rezonančním obvodu

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Vlastnosti a modelování aditivního

SIMULACE. Numerické řešení obyčejných diferenciálních rovnic. Měřicí a řídicí technika magisterské studium FTOP - přednášky ZS 2009/10

3 VYBRANÉ MODELY NÁHODNÝCH VELIČIN. 3.1 Náhodná veličina

Měření příkonu míchadla při míchání suspenzí

ZPRACOVÁNÍ SIGNÁLŮ Z MECHANICKÝCH. Jiří Tůma

Lineární a adaptivní zpracování dat. 2. SYSTÉMY a jejich popis v časové doméně a frekvenční doméně

Osově namáhaný prut základní veličiny

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Pavel Ševeček stud. skup.: F/F1X/11 dne:

1 Elektrotechnika 1. 9:00 hod. G 0, 25

OPERA Č NÍ ZESILOVA Č E

ANALÝZA SPOTŘEBITELSKÉHO CHOVÁNÍ S VYUŽITÍM TÖRNQUISTOVÝCH FUNKCÍ U VYBRANÝCH POTRAVINÁŘSKÝCH VÝROBKŮ

REGRESNÍ ANALÝZA. 13. cvičení

7. Měření fluorescence při excitaci kontinuálním světlem ( steady-state )

1. Základy teorie přenosu informací

Analýza reziduí gyroskopu umístěného na kyvadle p.1

A12) převod proudu na napětí pomocí OZ. B1) Nakreslete blok. schéma Vf kompenzačního mv-metru

Modulace analogových a číslicových signálů

SIGNÁLY A SOUSTAVY, SIGNÁLY A SYSTÉMY

7. MĚŘENÍ LINEÁRNÍHO POSUVU

Západočeská univerzita v Plzni Fakulta aplikovaných věd Katedra matematiky. Bakalářská práce. Zpracování výsledků vstupních testů z matematiky

DYNAMICKÉ MODULY PRUŽNOSTI NÁVOD DO CVIČENÍ

Nízkofrekvenční (do 1 MHz) Vysokofrekvenční (stovky MHz až jednotky GHz) Generátory cm vln (až desítky GHz)

ATENTOVY SPIS. Právo k využití vynálezu přísluší státu podle 3 odst. 6 zák. č. 34/1957 Sb. Přihlášeno 28. VÍL 1970 [PV )

4.2. Modulátory a směšovače

Komplexní obálka pásmového signálu

2. Zdroje a detektory světla

VYNUCENÉ TORSNÍ KMITÁNÍ KLIKOVÝCH HŘÍDELŮ

FYZIKA 3. ROČNÍK. Obvod střídavého proudu s odporem. ϕ = 0. i, u. U m I m T 2

ASYNCHRONNÍ ČÍTAČE Použité zdroje:

Druhy sdělovacích kabelů: kroucené metalické páry, koaxiální, světlovodné

1 Zpracování a analýza tlakové vlny

Zadané hodnoty: R L L = 0,1 H. U = 24 V f = 50 Hz

Highspeed Synchronous Motor Torque Control

Derivační spektrofotometrie a rozklad absorpčního spektra

Transkript:

9. Měření knetky dohasínání fluorescence ve frekvenční doméně

Gavolův experment (194) zdroj vzorek synchronní otáčení fázový posun detektor

Měření dob žvota lumnscence Frekvenční doména - exctace harmoncky modulovaným světlem Fázový posuv Φ a demodulace emse m Intenzta modulace B/A m = ----- b/a fáze Φ a b A Čas B Exctace Emse Pro jedno-exponencální dohasínání tg Φ = τ P = π f τ P m = τ P = τ m 1 1+ τ Příklad 9.1: Př frekvenc harmoncké modulace světla f = 30 MHz bylo zjštěno, že emse má fázový posun Φ = 45. Jaká je doba žvota exctovaného stavu měřeného fluoroforu? Jaká je demodulace emse, pokud je knetka dohasínání jedno-exponencální? m Tato rovnost ndkuje, že se knetka dohasínání daného fluoroforu je jednoexponencální f... frekvence, [Hz]... úhlová frekvence, [rad.s -1 ]

τ = 5 ns Původ demodulace.5 M H z e x c ta c e e m s e ntenzta ntenzta modulace pomalejší než knetka dohasínání 5 M H z č a s e xc ta ce e m se č a s ntenzta ntenzta ntenzta 5 0 M H z ča s e x c ta c e e m s e ntenzta č a s modulace rychlejší než knetka dohasínání č a s č a s

Odvození vztahů pro posun fáze a demodulac př 1-exponencálním dohasínání Exctujeme snusově modulovaným světlem L(t) = a + b sn(t) takže m L = b/a je modulace dopadajícího světla. Předpokládáme, že populace exctovaného stavu se bude měnt se stejnou frekvencí, ale fáze a modulace budou jné F(t) = A + B sn(t-φ) Nyní musíme nalézt vztah mez dobou žvota fluorescence τ a posunem fáze a demodulací. Předpokládejme, že knetka dohasínání fluorescence po exctac δ-pulsem je 1-exponencální I(t) = I 0 exp(-t/τ) zdervováním pak dostaneme di(t)/dt = - 1/τ I(t) což udává knetku depopulace exctovaného stavu. Pokud současně vzorek exctujeme světlem s časovým průběhem L(t), pak pro populac exctovaného stavu platí di(t)/dt = - 1/τ I(t) + L(t) Dosazením vztahu pro F(t) dostaneme vztah mez τ, Φ a demodulací B cos(t-φ) = -1/τ [A + B sn(t-φ)] + a + b sn(t)

Odvození vztahů pro posun fáze a demodulac S použtím vztahů sn (x-y) = sn x cos y - cos x sn y cos (x-y) = cos x cos y + sn x sn y můžeme rovnc upravt na B [cos(t) cos Φ + sn (t) sn Φ )] = -1/τ {A + B [sn(t) cos Φ) - cos(t) sn Φ)]} + a + b sn(t) Tato rovnce musí platt pro všechny časy, sdružíme tedy konstantní členy, snové a kosnové členy a dostáváme rovnce a - A/ τ = 0 cos Φ - (1/ τ) sn Φ = 0 sn Φ + (1/ τ) cos Φ = b/b Z druhé rovnce pak plyne sn Φ / cos Φ = tg Φ = τ Φ Ze součtu druhých mocnn druhé a třetí rovnce s použtím A = a τ dostaneme m = (B/A) / (b/a) = [1+ ( τ m ) ] -1/

Indkace 1-exponencální knetky τ Φ τ m jsou stejné pro všechny frekvence τ Φ = τ m na každé frekvenc Pro zjštění hodnoty τ př 1-exponencálním dohasínání stačí měřt na 1 frekvenc, pro složtější knetky je potřeba proměřt Φ a m na více frekvencích. Příklad 9.: Př měření na frekvenc 30 MHz jsme naměřl fázový posun Φ = 30 a demodulac m = 0,5. Má měřený fluorofor jednoexponencální knetku dohasínání? Je potřeba měřt ještě na dalších frekvencích?

Rozsah frekvencí http://www.lfd.uc.edu/research/ Rozsah měřících frekvencí je třeba přzpůsobt době žvota fluoroforu, typcky frekvence zhruba v ntervalu 0,1/( πτ) až 10/( πτ)

Analýza dat Obecně pro knetku dohasínání I(t) (jakoukolv neexponencální) snová transformace N = 0 I ( t) sn( t) 0 I ( t) dt dt Pro sumu exponencál N = α τ + 1 τ α τ cosnová transformace D = 0 I ( t) cos( t) 0 I ( t) dt dt D = α τ + 1 τ α τ normalzace na celkovou steady-state ntenztu

Analýza dat Vypočítané hodnoty fázového posunu Φ c a demodulace m c jsou pak dány D N tan Φ c = D N m c + = 1 1 + Φ Φ Φ = δ ν δ ν χ m m m c c R Kvalta ftu δφ a δm jsou emprcky určené chyby měření pro Φ a m

Expermentální uspořádání - MHz oblast

Cross-correlaton detecton umožňuje zpracování sgnálu na nízkých frekvencích Časová závslost ntenzty sgnálu I(t) = I 0 [1+m cos(t+φ)] Zesílení na detektoru je také snusově modulováno G(t) = G 0 [1+m C cos( C t+φ C )] Vynásobením dostaneme, že sgnál je roven S(t) = I 0 G 0 [1 + m cos(t+φ) + m C cos( C t+φ C ) + mm C cos(t+φ) cos( C t+φ C ) ] Poslední člen je pak roven mm C / [cos( t+ Φ) + cos( C t+ t+ Φ)] kde = C - a Φ = Φ C - Φ Máme tedy členy s frekvencem, C, + C a. První tř jsou elektroncky odfltrovány a posledníčlen stále nese nformac o demodulac a fázovém posunu.

Měření v MHz oblast ntenzta ref. PMT Φ 1 Φ Φ = Φ -Φ 1 čas ref. vzorek měřený vzorek Měření je omezeno vlastnostm elektrooptckého modulátoru (do zhruba 00 MHz) a frekvenčním vlastnostm fotonásobče (300-1000 MHz). Omezení EO modulátoru je možno obejít použtím modulovaného zdroje světla (LED). referenční vzorek - rozptyl, nebo vzorek se známým τ

Expermentální uspořádání - GHz oblast Exctace pulsním laserem 4MHz Jako detektor nutno použít MCP-PMT nebo rychlou fotododu 5 ps 5,1 MHz 77 GHz

Fázově rozlšená spektra Detektor zapnut jen na půl perody s fázovým posuvem Φ D F(λ,Φ D ) = k F(λ) m cos (Φ D -Φ) Pro Φ D = Φ + 90 je F = 0 Možnost selektvního potlačení spektra jedné komponenty v komplexní směs

Srovnání měření v časové a fázové doméně Obě metody jsou teoretcky ekvvalentní, poskytují stejné nformace, neboť harmoncká odezva je jen Fourerovou transformací odezvy na δ-puls. Moderní přístroje používají stejné zdroje světla, detektory optcký modul, odlšná je pouze elektronka, takže cena je srovnatelná. Rozdílné jsou metodky, přčemž každá má své výhody a nevýhody Pulsní metoda umožňuje vzualzac knetky dohasínání, zatímco představt s j na základě posunu fáze nebo demodulace je problém. Pulsní metoda je založena na detekc jednotlvých fotonů a má tedy obrovskou ctlvost, zatímco pro přesné vyhodnocení analogového sgnálu ve fázové doméně potřebujeme slnější sgnál. Ve fázové doméně nepotřebujeme dělat dekonvoluc, zatímco v pulsní doméně je to často nezbytné a zejména pro velm rychlé knetky je potřeba změřt IRF s velkou pečlvostí. Dobře defnovaná statstka v TCSPC je velkou výhodou pulsní domény př analýze dat, ve fázové doméně určení směrodatné odchylky pro fáz a demodulac nemusí být jednoduché. V časové doméně je jednodušší měření TRES. Dekompozce spekter na základě doby žvota je jednodušší ve fázové doméně. Rychlost měření závsí na složtost sgnálu. Pro 1-exponencální knetku je rychlejší měření ve fázové doméně (výhoda v mkroskop), pro více-exponencální jsou časy srovnatelné (buďto je potřeba nasbírat mnoho fotonů, nebo měřt př mnoha frekvencích)

Shrnutí Prncp měření doby žvota ve fázové doméně - exctace harmoncky modulovaným světlem Měřené velčny - fázový posuvφa demodulace emse m, výpočet doby žvota z těchto parametrů Analýza dat - velm rychlá pro jednoexponencální knetky, velm složtá pro složtější modely Expermentální uspořádání, prncp cross-correlaton detecton Expermentální uspořádání pro měření v GHz oblast (exctace pulzním laserem, detektory s rychlou frekvenční odpovědí) Fázově rozlšená spektra Výhody a nevýhody měření v časové a fázové doméně