Escola de Física 2010
Medição da temperatura por
métodos de luminescência
Objectivos
• Calcular o tempo de vida dum composto de
Ruténio utilizando o método da
fluorometria de fase;
• Medir temperatura através de métodos de
luminescência;
Sumário
•
•
•
•
•
•
Objectivos
Teoria da luminescência
Fluorometria de fase
Montagem experimental
Medição de temperatura
Termómetro digital
Luminescência
Espectros de emissão
Laser (λ= 470 nm)
Espectros de emissão
Ruténio (λ= 615 nm)
Fluorescência vs Fosforescência
(a)
IC
s2
T2
IC
Fluorescência
t ~100 ns
ISC
s1
ABSORPTION
T1
ISC
FLUORESCENCE PHOSPHORESCENCE
s0
s0
Fosforescência
t ~ 1μs
(b)
s0 s2
s 0 s1
s 1 s0
T 1 s0

ABSORPTION
FLUORESCENCE PHOSPHORESCENCE
Tempo de
vida
Decaimento exponencial
Decaimento aleatório para o estado de equilíbrio:
cada molécula emite 1 fotão
1
I(t)
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
Moléculas excitadas com um flash instantâneo
500
time, ps
1000
Fluorescência do Ruténio
Fluorometria de fase
m AC/DC
M = m = ac/dc
0

Intensity
ac
m 
AC
1
1   2 2
tan   
dc
DC
Excitation
Emission
Time
Quando o material é estimulado por radiação de excitação, modulada
sinusoidalmente, à resposta luminescente é também sinusoidal, possuindo
a mesma frequência, mas uma modulação e uma fase relativa, que depende
do tempo de vida do material.
Montagem Experimental
Gerador
de funções
21 C
Driver
Laser
termopar
Fotodetector
espelho
Lock-in
Filme luminescente
 (T)
R(T)
Peltier
Control de
temperatura
PC
Montagem Experimental
 Diode Laser 473 nm
 Emission filter (low pass, cut
off 500 nm).)
 Photodetector (PDA36A
Thorlabs Inc.) 30 dB Ampl
,785 kHz BW
 Spectrometro usb 4000
12
Tempo de vida do Ruténio (26.0 °C)
Frequência (kHZ) Amplitude (V)
Desvio (V)
Fase (º)
Desvio de fase
(º)
Diferença de
fase entre a
Tangente da
referência e o diferença de fase
ruténio (º)
50
0.022581
0.000258
-162.6279
0.173592
-14.7382
-0.04187
58
0.018441
0.000176
-166.1232
0.319327
-17.7506
-0.05095
66
0.014674
5.95E-05
-172.7952
0.321647
-23.1202
-0.06795
74
0.011947
7.88E-05
-1.395264
0.37436
-28.5732
-0.08668
82
0.010328
0.000106
-8.946716
0.565052
-32.2982
-0.10061
98
0.009447
7.00E-05
-16.18286
0.46516
-36.5048
-0.11779
90
0.009182
5.32E-05
-15.39514
0.52457
-33.2996
-0.10454
106
0.008591
0.000115
-17.89233
6.404721
-31.7774
-0.09859
tan   
Tempo de vida do Ruténio (26.0 ºC)
Tangente da
diferença de fase
0.14
0.12
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0
0
20000
40000
60000
Tempo de vida do Ruténio: 1.68 μs
80000
100000
120000
140000
160000
f (Hz)
Calibração do Peltier
Variação da temperatura com a intensidade de corrente
y = 17.036x + 26.296
T (ºC)
45
40
35
30
25
20
15
10
5
I (A)
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
Tempo de vida do Ruténio a
diferentes temperaturas
0
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
Freq (Hz)
-0.02
-0.04
-0.06
temp. 26
temp. 35
-0.08
temp. 43.5
-0.1
-0.12
-0.14
tanΦ/2π
Tempo de Vida (26.0ºC): 1.68 μs
Tempo de Vida (35.0ºC): 1.42 μs
Tempo de Vida (43.5ºC): 1.11 μs
tan   
Tempo de vida do Ruténio a
diferentes temperaturas
Tempo de vida
(μs) 1.8
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
5
10
15
20
25
Temp. (Cº)
30
35
40
45
50
y = -0.0324x + 2.5366
Calibração do sensor de temperatura
em função da fase (50 kHz)
50
45
Temperatura
(ºC)
40
35
30
25
20
15
10
5
0
-163
-162
-161
-160
-159
-158
-157
-156
-155
-154
-153
-152
Fase (º)
Sensibilidade: 0.54º de fase por 1ºC
Resolução: 1.54ºC
y = 1.863x + 327.65
Fase em função da temperatura
Edição do programa
Temperatura em função do
tempo
Aplicações
Guided ray
Leaky ray
Acceptance
cone
c
a
c
Fim
• Projecto realizado por:
– Cátia Costa
– Rui Azevedo
– Vicky Cabirta
– Wilson Silva
• Monitor: César Maule