基于多波長MP-SPR的薄層光學(xué)色散建模

       光色散是材料的折射率隨波長變化的特征。使用多參數(shù)表面等離子體共振(MP-SPR)，可以在多個波長測量完整的SPR曲線，從而可以評估非吸收材料薄層的色散常數(shù)。使用的波長越多，對光學(xué)色散常數(shù)的估計(jì)就越好。本文給出了聚電解質(zhì)多層膜(PEM)的光色散測量和分析。

簡介
       
       光學(xué)色散是指折射率(RI)隨波長(λ)的變化。各種參數(shù)函數(shù)被用來描述光色散，其中柯西方程和塞爾邁耶方程是最常用的介質(zhì)材料。其中，柯西方程是最有用的:其中n為折射率，λ為波長，A, B, C等為系數(shù)，可以通過將方程擬合到已知波長處的測量折射率來確定材料的系數(shù)。λ的系數(shù)通常以微米為單位表示真空波長。在MP-SPR波長范圍內(nèi)(670-980 nm)，較高的項(xiàng)(C, D等)通常不顯著，一個簡單的雙參數(shù)方程(n= a +B/ λ2)可用于大多數(shù)介電材料的色散建模。圖1和表1說明了mpspr儀器的可用選項(xiàng)。曲線擬合估計(jì)的參數(shù)(使用MP-SPR Navi™的LayerSolver軟件)為:d(厚度)，n (RI的實(shí)部)和k (RI的虛部)。通常只能用三個波長來解釋薄層的唯一RI和厚度(d)，因?yàn)橹挥羞@樣方程的數(shù)量才等于參數(shù)(d, a和B)的數(shù)量。在本應(yīng)用筆記中，通過分析具有四個波長(4-WL)的PEM薄膜給出了一些參考數(shù)據(jù)。
材料和方法

       用Sigma- Aldrich法制備了聚亞胺(PEI)、聚苯乙烯磺酸鈉鹽(PSS)和聚烯丙胺鹽酸鹽(PAH)。這些聚合物在150mm NaCl水中稀釋至0.1 mg/mL的濃度。用150mm NaCl作為運(yùn)行緩沖液。使用BioNavis標(biāo)準(zhǔn)金傳感器(SPR102-AU)。如BioNavis提供的PEM試劑盒(SPR141-PE)所述，多層膜的形成方法是先應(yīng)用PEI支架，然后是PSS，然后是PAH。

      在角掃描模式下獲取SPR感測圖，以收集每個時間點(diǎn)的完整SPR曲線。測定每次注射PAH后的厚度和RI，得到每層PEM雙分子層(PSS+PAH)最多8層的角位移。使用LayerSolver™軟件(版本1.4)分析數(shù)據(jù)，首先擬合空白傳感器，然后在每個雙層之后將層厚度設(shè)置為每個波長的全局參數(shù)，并調(diào)用RI的柯西擬合模式(圖2)。請注意，常數(shù)a和b也將被設(shè)置為全局參數(shù)，因?yàn)镽I現(xiàn)在是通過這些參數(shù)從波長導(dǎo)出的。
結(jié)果和討論

       PEM吸附的傳感器圖如圖3所示。計(jì)算了每一層的總厚度和柯西色散常數(shù)。采用模擬模式2對各層進(jìn)行擬合得到結(jié)果，該模式主要關(guān)注SPR峰值的最小值。雙分子層(在670 nm處)的SPR角位移幾乎是線性的，步長約為0.5度。接頭的結(jié)果如圖4所示。        結(jié)果(圖4)表明，在沉積過程中，柯西常數(shù)略有變化。折射率略有下降，色散常數(shù)B增大。這可能表明層在沉積過程中變得更加水合/膨脹:靠近金的層比外層更致密。
結(jié)論

      MP-SPR儀器用多個波長的光測量完整的SPR曲線，從而表征層的獨(dú)特厚度、折射率和色散值，如圖所示。定制的儀器可以在每個通道中配備多達(dá)四個波長，為層表征提供新的見解。使用相同的儀器設(shè)置，還可以測量與層的實(shí)時和無標(biāo)簽相互作用。