光色散是材料的折射率隨波長(zhǎng)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(gè)波長(zhǎng)測(cè)量完整的SPR曲線(xiàn)，從而可以評(píng)估非吸收材料薄層的色散常數(shù)。使用的波長(zhǎng)越多，對(duì)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(cè)量和分析。

簡(jiǎn)介

      光學(xué)色散是指折射率(RI)隨波長(zhǎng)(λ)的變化。各種參數(shù)函數(shù)被用來(lái)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(zhǎng)，A, B, C等為系數(shù)，可以通過(guò)將方程擬合到已知波長(zhǎng)處的測(cè)量折射率來(lái)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(zhǎng)。在MP-SPR波長(zhǎng)范圍內(nèi)(670-980 nm)，較高的項(xiàng)(C, D等)通常不顯著，一個(gè)簡(jiǎn)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(shuō)明了mpspr儀器的可用選項(xiàng)。曲線(xiàn)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(gè)波長(zhǎng)來(lái)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(guò)分析具有四個(gè)波長(zhǎng)(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(cè)圖，以收集每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的完整SPR曲線(xiàn)。測(cè)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(gè)雙層之后將層厚度設(shè)置為每個(gè)波長(zhǎng)的全局參數(shù)，并調(diào)用RI的柯西擬合模式(圖2)。請(qǐng)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(guò)這些參數(shù)從波長(zhǎng)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(duì)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(xiàn)性的，步長(zhǎng)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(guò)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(guò)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(gè)波長(zhǎng)的光測(cè)量完整的SPR曲線(xiàn)，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(gè)通道中配備多達(dá)四個(gè)波長(zhǎng)，為層表征提供新的見(jiàn)解。使用相同的儀器設(shè)置，還可以測(cè)量與層的實(shí)時(shí)和無(wú)標(biāo)簽相互作用。