Přístrojové vybavení pro detekci absorpce a fluorescence



Podobné dokumenty
Přístrojové vybavení pro detekci absorpce a fluorescence

ZÁKLADNÍ ČÁSTI SPEKTRÁLNÍCH PŘÍSTROJŮ

Barevné principy absorpce a fluorescence

Barevné principy absorpce a fluorescence

- Rayleighův rozptyl turbidimetrie, nefelometrie - Ramanův rozptyl. - fluorescence - fosforescence

Molekulová spektroskopie 1. Chemická vazba, UV/VIS

nano.tul.cz Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na TUL

Moderní nástroje pro zobrazování biologicky významných molekul pro zajištění zdraví. René Kizek

ZÁKLADY OBECNÉ A KLINICKÉ BIOCHEMIE

2. Zdroje a detektory světla

Fluorescence (luminiscence)

Spektroskopické metody. převážně ve viditelné, ultrafialové a blízké infračervené oblasti

HPLC - Detektory A.Braithwaite and F.J.Smith; Chromatographic Methods, Fifth edition, Blackie Academic & Professional 1996 Colin F. Poole and Salwa K.

Zdroje optického záření

Fluorescenční mikroskopie

Časově rozlišená fluorescence

ABSORPČNÍ A EMISNÍ SPEKTRÁLNÍ METODY

Anizotropie fluorescence

FLUORIMETRICKÉ STANOVENÍ FLUORESCEINU

Úvod do spektrálních metod pro analýzu léčiv

Fotoelektronová spektroskopie Instrumentace. Katedra materiálů TU Liberec

PSK1-14. Optické zdroje a detektory. Bohrův model atomu. Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova 3 Ing. Marek Nožka.

Spektroskopie v UV-VIS oblasti. UV-VIS spektroskopie. Roztok KMnO 4. pracuje nejčastěji v oblasti nm

Luminiscence. emise světla látkou, která je způsobená: světlem (fotoluminiscence) fluorescence, fosforescence. chemicky (chemiluminiscence)

SPEKTROSKOPICKÉ VLASTNOSTI LÁTEK (ZÁKLADY SPEKTROSKOPIE)

Využití a princip fluorescenční mikroskopie

Luminiscence. Luminiscence. Fluorescence. emise světla látkou, která je způsobená: světlem (fotoluminiscence) chemicky (chemiluminiscence)

Vybrané spektroskopické metody

Metody spektrální. Metody molekulové spektroskopie. UV-vis oblast. Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Spektrometrické metody. Reflexní a fotoakustická spektroskopie

(Návod k praktiku) Produkty. I.typ II.typ. X 1 Σ + g nm nm. Kyslík

13. Spektroskopie základní pojmy

Fluorescenční rezonanční přenos energie

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

DETEKTORY pro kapalinovou chromatografii. Izolační a separační metody, 2018

Principy a instrumentace

METODY ANALÝZY POVRCHŮ

Absorpční fotometrie

Zoologická mikrotechnika - FLUORESCENČNÍ MIKROSKOPIE

Pokročilé biofyzikální metody v experimentální biologii

Speciální spektrometrické metody. Zpracování signálu ve spektroskopii

Luminiscence. Luminiscence. Fluorescence. emise světla látkou, která je způsobená: světlem (fotoluminiscence) chemicky (chemiluminiscence)

Viková, M. : ZÁŘENÍ II. Martina Viková. LCAM DTM FT TU Liberec, (hranol, mřížka) štěrbina. Přednášky z : Textilní fyzika

METODY - spektrometrické

SPEKTRÁLNÍ METODY. Ing. David MILDE, Ph.D. Katedra analytické chemie Tel.: ; (c) David MILDE,

FOTOAKUSTIKA. Vítězslav Otruba

Optoelektronika. elektro-optické převodníky - LED, laserové diody, LCD. Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

ZÁKLADNÍ ČÁSTI SPEKTROMETRŮ

Chemie a fyzika pevných látek p2

4. Z modové struktury emisního spektra laseru určete délku aktivní oblasti rezonátoru. Diskutujte,

Rentgenová spektrální analýza Elektromagnetické záření s vlnovou délkou 10-2 až 10 nm

CHARAKTERIZACE MATERIÁLU II

4. Spektrální metody pro prvkovou analýzu léčiv optická atomová spektroskopie

INSTRUMENTÁLNÍ METODY

MODERNÍ METODY CHEMICKÉ FYZIKY I lasery a jejich použití v chemické fyzice Přednáška 5

Refraktometrie, interferometrie, polarimetrie, nefelometrie, turbidimetrie

Využití UV/VIS a IR spektrometrie v analýze potravin

Určení koncentrace proteinu fluorescenční metodou v mikrotitračních destičkách

Katedra laboratorních metod LF MU Mgr. Jana Gottwaldová

CHARAKTERIZACE MATERIÁLU II

1. Zdroje a detektory optického záření

MĚŘENÍ ABSORPCE SVĚTLA SPEKOLEM

Základní parametry absorpčního spektra, vliv přístrojové funkce (spektrální šířky štěrbiny), vliv polohy kyvety a vlastní fluorescence vzorku

VIBRAČNÍ SPEKTROMETRIE

Úloha 15: Studium polovodičového GaAs/GaAlAs laseru

Návod k obsluze spektrofotometru UNICAM UV550

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: Lasery - druhy

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE

MĚŘENÍ PLANCKOVY KONSTANTY

Netradiční světelné zdroje

Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic

Měření koncentrace roztoku absorpčním spektrofotometrem

6. Metody molekulové spektroskopie spektrofotometrie, luminiscenční metody

Úloha č. 1: CD spektroskopie

SPEKTROSKOPICKÉ VLASTNOSTI LÁTEK

Metody charakterizace nanomaterálů I

Elektromagnetické záření. lineárně polarizované záření. Cirkulárně polarizované záření

Optické metody. Mgr. Jana Gottwaldová

λ hc Optoelektronické součástky Fotorezistor, Laserová dioda

Jednopaprskové spektrofotometry

Stručný úvod do spektroskopie

Optické metody Absorpční fotometrie

Základy spektroskopických metod

MĚŘENÍ ABSOLUTNÍ VLHKOSTI VZDUCHU NA ZÁKLADĚ SPEKTRÁLNÍ ANALÝZY Measurement of Absolute Humidity on the Basis of Spectral Analysis

Fyzikální metody, které získávají potřebné. vlastností molekul a atomů měřené soustavy může jít o změnu barvy či její intenzity, luminiscenci,

Spektrální charakteristiky optických komponentů

Spektrometr pro měření Ramanovy optické aktivity: proč a jak. Optická sestava a využití motorizovaných jednotek.

Vybrané metody spektráln. lní analýzy. Metody charakterizace nanomaterálů I

FLUORESCENČNÍ MIKROSKOP

(Umělé) osvětlování pro analýzu obrazu

Pokusy s ultrafialovým a infračerveným zářením

Měření absorbce záření gama

Lasery. Biofyzikální ústav LF MU. Projekt FRVŠ 911/2013

Automatizace výrobních procesů ve strojírenství a řemesel, CZ.1.07/1.1.30/ , Přednáška - KA 5

Měření charakteristik pevnolátkového infračerveného Er:Yag laseru

Příklady biochemických metod turbidimetrie, nefelometrie. Miroslav Průcha

Úvod do laserové techniky KFE FJFI ČVUT Praha Michal Němec, Plynové lasery. Plynové lasery většinou pracují v kontinuálním režimu.

Fluorescenční spektroskopie

CZ.1.07/2.2.00/ AČ (RCPTM) Spektroskopie 1 / 24

Transkript:

Přístrojové vybavení pro detekci absorpce a fluorescence Pokročilé biofyzikální metody v experimentální biologii Ctirad Hofr 4.10.2007 1

Opakování barevných principů fluorescence http://probes.invitrogen.com/resources/educ ation/tutorials/1introduction/player.html 2

Absorpce Látka pohlcuje světlo Pro absorpci monochromatického světla Lambert-Beerův zákon: Absorbance je přímo úměrná koncentraci a tloušťce vrstvy roztoku I = I 0 10 ε c l I A = ε c l = log 0 10 I ε=molární extinční koeficient látky, c-koncentrace, l-délka optické dráhy

SpektroFOTOmetr Přístroj pro měření absorpce světla vzorkem Absorbance je měřena při různých vlnových délkách Výsledkem je absorbční spektrum látky zdroj štěrbina výběr vlnové délky vzorek detektor 4

Zdroje záření a jejich použití Wolframová žárovka (měření absorpce ve viditelném spektru) Deuteriová lampa (měření absorpce v UV spektru) Xenonová výbojka (zdroj pro časově ustálenou fluorescenci) Pulzní zdroje pro časově proměnnou fluorescenci: Laser LD a LED diody 5

Wolframová žárovka - viditelné spektrum Skleněná baňka naplněná inertním plynem. Uvnitř je wolframové vlákno, které je zahříváno stejnosměrným proudem. Produkuje velké množstvví tepla. Pouze 5-10 % energie se uvolňuje ve formě světla. 6

Deuteriová lampa Nízkotlaký zdroj vhodný zejména pro UV oblast záření (160-400 nm) 7

Xenonová výbojka Xenon Arc Lamp (XB0), relativně hladké spektrum 220nm 1000nm - + current, µa 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.0 0.02 0.01 0 250 00 50 400 450 500 550 600 wavelength, nm Poskytnuto HORIBA Jobin Yvon 8

LASER Princip z anglického Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, tj. 'zesilování světla pomocí stimulované emise záření' Většina molekul látky musí být v excitovaném stavu Po absorbci světla dojde ke stimulaci molekuly a ta vyzáří dva fotony Fotony následně způsobí emisi dvojnásobného množství fotonů Všechny fotony mají stejnou energii (vlnovou délku) a emitované světlo má stejnou barvu je monochromatické a je také koherentní zrcadlo zrcadlo (částečně pulsy propustné) Látce je neustále dodávána energie, aby byly molekuly neustále excitovány Fotony se odrážejí uvnitř prostoru mezi dvěma zrcadly Fotony v pulzech procházejí částečně propustným zrcadlem Vzdálenost pulzů je dána velikostí prostoru mezi zrcadly a rychlostí cyklu Spektrum je čarové - pouze jedna vlnová délka http://www.edumedia-sciences.com/a92_l2-laser.html 9

LD - Laser Diode Laser diode housing Collimating lens assembly Beam Collimation & Temperature Stabilization Thermoelectric cooler Anamorphic Prism pair Poskytnuto HORIBA Jobin Yvon 10

LED Light Emiting Diode nízký příkon vysoká účinnost úzký spektrální rozsah 11

Monochromátor Využívá rozptylu světla a vybírá ze spektra vlnovou délku nebo jejich rozsah štěrbina Kužel rozptýleného světla Rozptýlené světlo Normála žlábku (vrypu) úhel odrazu Blaze úhel Normála plochy mřížky Dopadající světlo šířka žlábku http://www.shsu.edu/~chm_tgc/sounds/czechdir/grating%20czech.swf Poskytnuto HORIBA Jobin Yvon 12

Fotoelektrický jev - - hf = W+ E k - - - - - - - - W energie potřebná k vyražení elektronu z látky E k -Kinetická energie volného elektronu po vyražení Nobelova cena A. Einstein, 1921 1

Detektor - fotonásobič Fokusační elektroda Boční okno 24 mm 2 foton Fotokatoda fotoelektron Vakuum 10-4 Pa Násobiče elektronů (dynody) Anode Light Detectors: Photomultiplier Tube (R928 Side-on) Poskytnuto HORIBA Jobin Yvon 14

Animované schéma spektrofotometru Wolframová žárovka(vis)/ deuteriová lampa (UV) štěrbina mřížkový monochromátor Kyveta z Fotonásobič UV/Vis propustného skla http://www.shsu.edu/%7echm_tgc/sounds/db.mov 15

Kapesní spektrofotometr http://www.cranedigital.com/html/works/anim ation/hach_assm.html 16

Nanodrop http://www.nanodrop.co m/nd-1000-video.html http://www.nanodrop.com/nd-1000-nanodrop-it-like-its-hot.html 17

18

Nanophotometer 19

Geometrie při měření absorbance Dopadající světlo Kyveta shora Procházející světlo 20

Použitelný rozsah pro měření absorbance Rozsah s linární odezvou: tj. že platí ABS = cεl ABS = 0.0 1.0 Nejpřesnější oblast: tzn.na hodnoty se můžeme nejvíce spolehnout při ABS = 0. - 0.7 21

Přístroje pro měření fluorescence Přístroje založené na měření fluorescence lze rozdělit do čtyř základních typů: 1. spektrofluorimetry měří střední signál celého vzorku umístěného obvykle v kyvetě nebo v jamce mikrodestičky 2. fluorescenční skenery (včetně čteček mikrodestiček) měří fluorescenci dvojrozměrných makroskopických objektů (elektroforetické gely, bloty, chromatogramy). fluorescenční mikroskopy umožňují pozorovat fluorescenci dvoj- nebo trojrozměrných mikroskopických objektů 4. průtokové cytometry měří fluorescenci velkého množství jednotlivých buněk a umožňují identifikaci a separaci jejich subpopulací Existují však i další přístroje, které jako detekci používají fluorescenci. 22

SpektroFLUOROmetr 1.20E+06 1.00E+06 8.00E+05 6.00E+05 counts s -1 4.00E+05 2.00E+05 0.00E+00 Xenonová lampa Detektor fotonásobič 00 50 400 450 500 550 600 650 wavelength, nm Emisní monochromátor Excitační monochromátor 2 Poskytnuto HORIBA Jobin Yvon

Filtry Výhody ve srovnání s monochromátorem: Levné, kompaktní, vysoce účinné, vysoce propustné Nevýhody: nejsou nastavitelné, často se specifickými požadavky, přístroj jich pojme limitované množství (karusel), mají vnitřní fluorescenci Cut-off or long pass Band-pass Short-pass Clean-up Notch N.D Snížení intenzity 24

Zdroje a filtry barevně http://probes.invitrogen.com/resources/edu cation/tutorials/light_sources_filters/pla yer.html 25

Geometrie při měření fluorescence Emitované světlo Dopadající excitující světlo Kyveta shora Převzato z J.R. Lakowicz, Principles of Fluorescence Spectroscopy, Third Edition,Springer, 2006 26

Efekt vnitřního filtru Intenzita fluorescence se při určité hodnotě absorbance (zpravidla od Abs kolem 0,1) začíná chovat nelineárně. To je způsobeno tím, že vrstvy vzorku vzdálenější od roviny dopadu budícího záření na vzorek jsou excitovány nižší intenzitou světla, neboť část budícího záření je absorbována povrchovými vrstvami. Tato chyba se projevuje jen u silněji absorbujících roztoků, ale při přesném měření kvantových výtěžků je nutno ji vždy uvažovat a korigovat. Převzato z J.R. Lakowicz, Principles of Fluorescence Spectroscopy, Third Edition,Springer, 2006 27

Vliv koncentrace na tvar a polohu maxima emisního spektra Převzato z J.R. Lakowicz, Principles of Fluorescence Spectroscopy, Third Edition,Springer, 2006 28

Vliv nastavení šířky štěrbin na tvar spektra Převzato z J.R. Lakowicz, Principles of Fluorescence Spectroscopy, Third Edition,Springer, 2006 29

Časté chyby při přípravě fluorescenčních vzorků Koncentrace je příliš vysoká používejte zředěné roztoky s Abs pod 0.05 Kontaminace rozpouštědla nebo kyvety -vždy ověřujte pozadí tj. změřte fluorescenční spektrum samotné kyvety pouze s rozpouštědlem Pevné částice v roztoku přefiltrujte roztok 0

Dokumentační systém inteligentní temná komora Umožňuje stanovit hodnotu lokální optické absorpce i fluorescence Zdrojem univerzálního budícího záření je zpravidla transiluminátor, který emituje v UV oblasti. Zdrojem selektivního budícího záření jsou LED diody na bočních stranách Emise je sledována (digitálním) fotoaparátem nebo chlazeným CCD detektorem CCD detektor nebo fotoaparát Karusel s emisními filtry LED diody pro boční osvit a excitaci Převzato z přístrojové dokumentace FUJI Polohovatelná osvitová deska s transiluminátorem (UV) nebo prosvětlovacím zařízením (VIS) 1

Fluorescenční scanner Snímá oblast a sleduje závislost intenzity emise fluorescence při daném excitačním záření (zdrojem je zpravidla laser) Používá se k detekci fluorescenčně značených a barvených molekul po elektroforetické separaci 2

Fluorescenční scanner Převzato z produktové dokumentace firmy FujiFilm

Čtečka mikrodestiček Převzato z přístrojové dokumentace Biotek 4

Fluorescenční mikroskop Hlavní rozdíl oproti spektrometrům : nepoužívá monochromátory,ale excitační a emisní filtr Převzato z J.R. Lakowicz, Principles of Fluorescence Spectroscopy, Third Edition,Springer, 2006 http://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/ lightpaths/fluorescence/index.html 5

Praktické ukázky a soutěžní srovnání přístrojů Merění absorbčního, fluorescenčího emisního a excitačního spektra Vizualizace fluorescenčně značené DNA po elektroforetické separaci 6