Зависимость флуоресцентных характеристик нанокомпозитов на основе молекул красителей и наночастиц серебра от оптической плотности компонентов

В данной работе исследована флуоресценция растворов красителей Родамин 6G и Родамин С в присутствии наночастиц серебра при разных длинах волн возбуждения. Изучено влияние концентрации компонентов смесей на коэффициент усиления флуоресценции молекул красителя. У даній роботі досліджено флуоресценцію...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Радіофізика та електроніка
Дата:	2018
Автори:	Николаев, С.В., Пожар, В.В., Дзюбенко, М.И., Николаев, К.С.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України 2018
Теми:	Прикладная радиофизика
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/150233
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Зависимость флуоресцентных характеристик нанокомпозитов на основе молекул красителей и наночастиц серебра от оптической плотности компонентов / С.В. Николаев, В.В. Пожар, М.И. Дзюбенко, К.С. Николаев // Радіофізика та електроніка. — 2018. — Т. 23, № 3. — С. 77-83. — Бібліогр.: 16 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-150233
record_format	dspace
spelling	Николаев, С.В. Пожар, В.В. Дзюбенко, М.И. Николаев, К.С. 2019-04-02T18:18:16Z 2019-04-02T18:18:16Z 2018 Зависимость флуоресцентных характеристик нанокомпозитов на основе молекул красителей и наночастиц серебра от оптической плотности компонентов / С.В. Николаев, В.В. Пожар, М.И. Дзюбенко, К.С. Николаев // Радіофізика та електроніка. — 2018. — Т. 23, № 3. — С. 77-83. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 1028-821X PACS: 33.50.Dq, 78.67.Sc DOI:10.15407/rej2018.03.077 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/150233 535.373.2+535.343.9 В данной работе исследована флуоресценция растворов красителей Родамин 6G и Родамин С в присутствии наночастиц серебра при разных длинах волн возбуждения. Изучено влияние концентрации компонентов смесей на коэффициент усиления флуоресценции молекул красителя. У даній роботі досліджено флуоресценцію розчинів барвників Родамін 6G і Родамін С у присутності наночастинок срібла при різних довжинах хвиль збудження. Вивчено вплив концентрації компонентів сумішей на коефіцієнт підсилення флуоресценції молекул барвника. In this paper fluorescence of solutions of Rhodamine 6G and Rhodamine C dyes in the presence of silver nanoparticles at different excitation wavelengths was studied. The effect of the mixture components concentration on the fluorescence amplification coefficient of the dye molecules was studied. ru Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України Радіофізика та електроніка Прикладная радиофизика Зависимость флуоресцентных характеристик нанокомпозитов на основе молекул красителей и наночастиц серебра от оптической плотности компонентов Залежність інтенсивності флуоресценції барвників у розчинах з вмістом наночастинок від оптичної густини компонентів суміші Dependence of fluorescent characteristics of nanocomposites on the basis of dye molecules and silver nanoparticles on the optical density of components Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Зависимость флуоресцентных характеристик нанокомпозитов на основе молекул красителей и наночастиц серебра от оптической плотности компонентов
spellingShingle	Зависимость флуоресцентных характеристик нанокомпозитов на основе молекул красителей и наночастиц серебра от оптической плотности компонентов Николаев, С.В. Пожар, В.В. Дзюбенко, М.И. Николаев, К.С. Прикладная радиофизика
title_short	Зависимость флуоресцентных характеристик нанокомпозитов на основе молекул красителей и наночастиц серебра от оптической плотности компонентов
title_full	Зависимость флуоресцентных характеристик нанокомпозитов на основе молекул красителей и наночастиц серебра от оптической плотности компонентов
title_fullStr	Зависимость флуоресцентных характеристик нанокомпозитов на основе молекул красителей и наночастиц серебра от оптической плотности компонентов
title_full_unstemmed	Зависимость флуоресцентных характеристик нанокомпозитов на основе молекул красителей и наночастиц серебра от оптической плотности компонентов
title_sort	зависимость флуоресцентных характеристик нанокомпозитов на основе молекул красителей и наночастиц серебра от оптической плотности компонентов
author	Николаев, С.В. Пожар, В.В. Дзюбенко, М.И. Николаев, К.С.
author_facet	Николаев, С.В. Пожар, В.В. Дзюбенко, М.И. Николаев, К.С.
topic	Прикладная радиофизика
topic_facet	Прикладная радиофизика
publishDate	2018
language	Russian
container_title	Радіофізика та електроніка
publisher	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
format	Article
title_alt	Залежність інтенсивності флуоресценції барвників у розчинах з вмістом наночастинок від оптичної густини компонентів суміші Dependence of fluorescent characteristics of nanocomposites on the basis of dye molecules and silver nanoparticles on the optical density of components
description	В данной работе исследована флуоресценция растворов красителей Родамин 6G и Родамин С в присутствии наночастиц серебра при разных длинах волн возбуждения. Изучено влияние концентрации компонентов смесей на коэффициент усиления флуоресценции молекул красителя. У даній роботі досліджено флуоресценцію розчинів барвників Родамін 6G і Родамін С у присутності наночастинок срібла при різних довжинах хвиль збудження. Вивчено вплив концентрації компонентів сумішей на коефіцієнт підсилення флуоресценції молекул барвника. In this paper fluorescence of solutions of Rhodamine 6G and Rhodamine C dyes in the presence of silver nanoparticles at different excitation wavelengths was studied. The effect of the mixture components concentration on the fluorescence amplification coefficient of the dye molecules was studied.
issn	1028-821X
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/150233
citation_txt	Зависимость флуоресцентных характеристик нанокомпозитов на основе молекул красителей и наночастиц серебра от оптической плотности компонентов / С.В. Николаев, В.В. Пожар, М.И. Дзюбенко, К.С. Николаев // Радіофізика та електроніка. — 2018. — Т. 23, № 3. — С. 77-83. — Бібліогр.: 16 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT nikolaevsv zavisimostʹfluorescentnyhharakteristiknanokompozitovnaosnovemolekulkrasiteleiinanočasticserebraotoptičeskoiplotnostikomponentov AT požarvv zavisimostʹfluorescentnyhharakteristiknanokompozitovnaosnovemolekulkrasiteleiinanočasticserebraotoptičeskoiplotnostikomponentov AT dzûbenkomi zavisimostʹfluorescentnyhharakteristiknanokompozitovnaosnovemolekulkrasiteleiinanočasticserebraotoptičeskoiplotnostikomponentov AT nikolaevks zavisimostʹfluorescentnyhharakteristiknanokompozitovnaosnovemolekulkrasiteleiinanočasticserebraotoptičeskoiplotnostikomponentov AT nikolaevsv zaležnístʹíntensivnostífluorescencííbarvnikívurozčinahzvmístomnanočastinokvídoptičnoígustinikomponentívsumíší AT požarvv zaležnístʹíntensivnostífluorescencííbarvnikívurozčinahzvmístomnanočastinokvídoptičnoígustinikomponentívsumíší AT dzûbenkomi zaležnístʹíntensivnostífluorescencííbarvnikívurozčinahzvmístomnanočastinokvídoptičnoígustinikomponentívsumíší AT nikolaevks zaležnístʹíntensivnostífluorescencííbarvnikívurozčinahzvmístomnanočastinokvídoptičnoígustinikomponentívsumíší AT nikolaevsv dependenceoffluorescentcharacteristicsofnanocompositesonthebasisofdyemoleculesandsilvernanoparticlesontheopticaldensityofcomponents AT požarvv dependenceoffluorescentcharacteristicsofnanocompositesonthebasisofdyemoleculesandsilvernanoparticlesontheopticaldensityofcomponents AT dzûbenkomi dependenceoffluorescentcharacteristicsofnanocompositesonthebasisofdyemoleculesandsilvernanoparticlesontheopticaldensityofcomponents AT nikolaevks dependenceoffluorescentcharacteristicsofnanocompositesonthebasisofdyemoleculesandsilvernanoparticlesontheopticaldensityofcomponents
first_indexed	2025-11-25T22:10:42Z
last_indexed	2025-11-25T22:10:42Z
_version_	1850557651091456000
fulltext	ППРРИИККЛЛААДДННАА РРААДДІІООФФІІЗЗИИККАА _________________________________________________________________________________________________________________ __________ ISSN 1028821X. Радіофізика та електроніка. 2018. Т. 23. № 3 Ця стаття розповсюджується на умовах відкритого доступу за академічною ліцензією DOI:10.15407/rej2018.03.077 УДК 535.373.2+535.343.9 PACS: 33.50.Dq, 78.67.Sc С. В. Николаев, В. В. Пожар, М. И. Дзюбенко, К. С. Николаев Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины 12, ул. Акад. Проскуры, Харьков, 61085, Украина E-mail: svn@ire.kharkov.ua ЗАВИСИМОСТЬ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НАНОКОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ МОЛЕКУЛ КРАСИТЕЛЕЙ И НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА ОТ ОПТИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ КОМПОНЕНТОВ Предмет и цель работы. Известно, что добавление плазмонных наночастиц металлов в активные среды может быть использовано для улучшения излучательных характеристик среды. Однако актуальная с прикладной точки зрения проблема влияния соотношения компонентов на интенсивность флуоресценции нанокомпозитов недостаточ- но изучена и требует дополнительных исследований. Методы и методология работы. В данной работе исследована флуоресценция растворов красителей Родамин 6G и Родамин С в присутствии наночастиц серебра при разных длинах волн возбуждения. Изучено влияние концентра- ции компонентов смесей на коэффициент усиления флуоресценции молекул красителя. Результаты работы. Показано, что в качестве обобщенного параметра, влияющего на флуоресцентные характе- ристики нанокомпозитов, можно рассматривать относительную оптическую плотность компонентов смеси, пред- ставляющую собой отношение оптической плотности нанодобавки к оптической плотности красителя на длине вол- ны возбуждения. Величина относительной оптической плотности растет при увеличении концентрации наночастиц, уменьшении концентрации красителя или при возбуждении излучением, спектр которого расположен ближе к мак- симуму плазмонного резонанса наночастиц. В этом случае наблюдается возрастание коэффициента усиления флуо- ресценции. Если же спектр накачки далек от длины волны максимума плазмонного резонанса, концентрация нано- частиц низка, а концентрация красителя велика, то величина относительной оптической плотности мала, усиление флуоресценции становится незначительным, и даже может возникать ее тушение. Заключение. Результаты проведенных исследований позволяют сформулировать общий подход к оценке влия- ния соотношения компонентов смесей, составленных из молекул красителей и металлических наночастиц, на интен- сивность флуоресценции молекул флуорофора. Ил. 2. Библиогр.: 16 назв. Ключевые слова: лазерный краситель, наночастицы, плазмонный резонанс, флуоресценция. Исследования флуоресцентных свойств нанокомпозитов, состоящих из наночастиц (НЧ) благородных металлов и молекул органиче- ских красителей, представляют большой ин- терес как с фундаментальной, так и приклад- ной точек зрения, поскольку внедрение плазмонных НЧ в фотоактивные среды при- водит к существенному увеличению в них эффективности оптических процессов, влия- ющих на излучательные характеристики композита, что открывает новые возмож- ности для создания активных сред для уси- ления излучения. Исследованию флуоресценции одиночной молекулы вблизи металлических нанострук- тур посвящено большое количество как тео- ретических, так и экспериментальных работ [1–8]. При этом установлено, что флуорес- ценция молекулы в присутствии НЧ может как усиливаться, так и ослабляться в зависи- мости от многих факторов, таких как частота излучения, ориентация излучающего диполя, геометрия и материал НЧ, а также расстоя- ние молекулы от НЧ. Последнее обстоя- тельство позволяет полагать, что коэффи- циент усиления флуоресценции пространст- венно-неоднородных композитов, содержа- щих молекулы красителя и НЧ металлов, должен зависеть от концентрации компонен- тов смеси и их взаимного пространственного распределения. Теоретические описания процессов излу- чения в пространственно неоднородных ком- позитах, составленных из органических кра- сителей и металлических НЧ, в настоящее время отсутствуют из-за чрезмерной слож- ности задачи, а в экспериментальных рабо- тах, как правило, исследованы только от- дельные аспекты данной проблемы [9–13]. При этом исследованные композиты сущест- венно отличались по агрегатному состоянию, по составу и характеристикам компонентов, mailto:pozhar@ire.kharkov.ua С. В. Николаев и др. / Зависимость интенсивности флуоресценции… ___________________________________________________________________________________________________ 78 ISSN 1028821X. Радіофізика та електроніка. 2018. Т. 23. № 3 а также по конфигурации образцов (пленки, тонкие слои, объемные объекты), вследствие чего обобщение полученных результатов возможно лишь на качественном уровне. Кроме того, практически не исследовано влияние концентрации красителя на интен- сивность флуоресценции наносодержащих смесей. Поэтому актуальная с прикладной точки зрения проблема влияния соотношения компонентов на интенсивность флуоресцен- ции нанокомпозита представляется недоста- точно изученной и требует дополнительных исследований. В данной работе такие исследования про- ведены для жидких композитов, содержащих НЧ серебра и молекулы лазерных красителей Родамин 6G и Родамин С. 1. Методика эксперимента. Нанодобав- кой являлся гидрозоль серебра, полученный методом цитратного восстановления при моляр- ном соотношении реагентов AgNO3/Na3C6H5O7, равном 1:1,03. Средний размер частиц, опре- деленный методом корреляционной спектро- скопии, равнялся 32  3 нм [14]. Максимум спектра плазмонного резонанса полученного раствора НЧ находился вблизи 428 нм. Полученный гидрозоль в области максимума спектра плазмонного резонанса обладал оп- тической плотностью 3D . Если полагать, что при избытке восстановителя все исход- ное серебро в растворе восстановилось до металла, то концентрация НЧ серебра в гид- розоле составляла 5~nC 10 –4 моль/л. В качестве растворителя при изготовле- нии жидких композитов, составленных из молекул красителей и НЧ серебра, использо- валась водно-этанольная смесь в соотноше- нии 1:1. В соответствии с этим, синтезиро- ванный гидрозоль разбавлялся вдвое этило- вым спиртом и являлся исходным при приго- товлении исследуемых сред. Его максималь- ная оптическая плотность равнялась 67,1max D , а концентрация НЧ составляла  5,2max nC 10 –5 моль/л. Для проведения измерений были изготов- лены по пять наборов наносодержащих рас- творов исследуемых красителей. В каждый из наборов входили по шесть образцов рас- творов с одинаковой концентрацией краси- теля и различными концентрациями НЧ. Концентрации красителей в наборах равня- лись: C1  1 10 –5 моль/л; C2  25,1 10 –5 моль/л; C3  5,2 10 –5 моль/л; C4  5 10 –5 моль/л; C5   1 10 –4 моль/л. Относительная концентра- ция НЧ в каждом из наборов nn CCn max/ составляла 0, 0,125, 0,25, 0,5, 0,75 и 1,0. Также был приготовлен набор водно- спиртовых растворов НЧ без красителей с такими же концентрациями, как и в активных смесях. Эти растворы использовались в ка- честве опорных образцов при измерении спектров поглощения красителей в присутст- вии нанодобавки. Для измерения оптической плотности смешанных растворов и интенсивности их флуоресценции использовался модернизиро- ванный спектральный комплекс КСВУ-23. При этом оптическая плотность наносодер- жащих растворов красителей измерялась как относительно растворителя, так и относи- тельно растворов НЧ соответствующей кон- центрации. Нормированные спектральные зависи- мости оптической плотности раствора НЧ и водно-этанольных растворов красителей Ро- дамин 6G и Родамин С при максимальной концентрации каждого из растворов, изме- ренные относительно чистого растворителя, представлены на рис. 1. Сигналы флуоресценции регистрирова- лись на длинах волн, соответствующих мак- симумам интенсивностей спектров излуче- ния красителей: 552 нм для растворов Родамина 6G и 565 нм для Родамина С. Кювета для флуоресцентных измерений имела квадратное сечение 10  10 мм с мати- рованными боковыми стенками. Возбуждение Рис. 1. Спектры поглощения компонентов исследуемых сред: 1 – Ag; 2 – Родамин 6G; 3 – Родамин С 2 3 1 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0 400 450 500 550 , нм D, отн. ед. С. В. Николаев и др. / Зависимость интенсивности флуоресценции… ___________________________________________________________________________________________________ ISSN 1028821X. Радіофізика та електроніка. 2018. Т. 23. № 3 79 флуоресценции осуществлялось через перед- нюю стенку кюветы под углом 30. В качестве источников света использовались два мощных светодиода, излучающие в си- ней и зеленой областях спектра. Для допол- нительного сужения спектров возбуждения применялся монохроматор УМ-2. Система возбуждения настраивалась таким образом, чтобы в синей области максимум спектра накачки приходился на 460p нм, в зеле- ной – на 528p нм, а полуширина спек- тров в обоих случаях не превышала 6 нм. Положение спектральных максимумов воз- буждающего излучения показано стрелками на рис. 1. 2. Обработка экспериментальных дан- ных. Для получения истинных значений ин- тенсивности флуоресценции наблюдаемые сигналы подвергались, как это принято, ис- правлению, учитывающему наличие в гетеро- компонентной среде эффекта экранирования излучения накачки, а также перепоглощения и рассеяния излучения флуоресценции [15]. Результаты измерений представлялись в виде нормированных зависимостей интен- сивности флуоресценции образцов от кон- центрации НЧ  nI fl   при фиксированной концентрации красителя. Здесь и далее ин- декс   означает, что величина описывает наносодержащую среду. Если в качестве нормировки использовать значение интен- сивности флуоресценции для «чистого» рас- твора красителя  nI fl  0 , то полученные за- висимости будут непосредственно демон- стрировать изменение среднего коэффициен- та усиления флуоресценции молекул краси- теля 0 flfl IIG  при изменении соотноше- ния компонентов нанокомпозита. 3. Результаты эксперимента и их обсуж- дение. Для получения необходимых данных для расчета поправки, учитывающей эффек- ты внутреннего фильтра, были измерены оп- тические плотности наносодержащих рас- творов и их отдельных компонентов на дли- нах волн возбуждения и регистрируемой флуоресценции. При этом не было выявлено сколько-нибудь заметного изменения погло- щательной способности красителей в при- сутствии НЧ. Зависимости  nG  для нанокомпозитов с разными концентрациями Родамина 6G пред- ставлены на рис. 2. Характеристики сред, полученные при возбуждении синим и зеленым светодиодами, показаны, соответственно, на рис. 2, а и б. Графики демонстрируют, что величина G зависит как от концентрации компонентов смеси, так и длины волны возбуждения. При возбуждении синим излучением ( 460p нм) увеличение концентрации НЧ приводило к росту коэффициента усиления флуоресценции во всех образцах с разными концентрациями красителя. Максимальное значение 86,1~G наблюдалось при мини- мальной концентрации красителя. С увели- чением концентрации красителя величина коэффициента усиления снижалась. а) б) Рис. 2. Графики зависимости коэффициента усиления флуоресценции от концентрации НЧ для нанокомпози- тов с различной концентрацией С Родамина 6G: 1 – C   110–5 моль/л; 2 – C  510–5 моль/л; 3 – C   2,510–5 моль/л; 4 – C  1,2510–5 моль/л; 5 – C   110–5 моль/л p  528 нм 2 1 3 4 5 G p  460 нм 2 1 3 4 5 0 0,2 0,4 0,6 0,8 n 1,2 1,1 1,0 0,9 2,0 1,5 1,0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 n G С. В. Николаев и др. / Зависимость интенсивности флуоресценции… ___________________________________________________________________________________________________ 80 ISSN 1028821X. Радіофізика та електроніка. 2018. Т. 23. № 3 При накачке зеленым излучением ( 528p нм) также наблюдалось снижение коэффициента усиления флуоресценции при увеличении концентрации красителя. Но в этом случае данная закономерность приво- дила к качественным различиям зависимос- тей )( nG  для больших и малых концентра- ций красителя. В смесях с концентрацией красителя до 5,2 10 –5 моль/л увеличение концентрации НЧ приводило к усилению флуоресценции, а в средах с большими концентрациями краси- теля при увеличении концентрации НЧ наблюдалось тушение флуоресценции (кри- вые 1 и 2 на рис. 2, б). Максимальное значение коэффициента усиления 21,1~G достигалось, как и в слу- чае накачки синим излучением, при мини- мальной концентрации красителя, а наибольшее ослабление свечения ( 97,0~G ) возникало при максимальной концентрации красителя. На рис. 3 представлены зависимости  nG  для наносодержащих растворов Рода- мина С. Все обозначения и нумерация кри- вых аналогичны использованным на рис. 2. Суть полученных результатов можно по- нять, если детально рассмотреть факторы, определяющие интенсивность излучения красителя в элементарном слое наносодер- жащей среды. Вероятность возбуждения флуоресценции пропорциональна интенсивности действую- щего на молекулы поля, равной сумме ин- тенсивностей падающего и рассеянного на НЧ полей. При этом рассеянное поле локали- зовано в окрестности НЧ и оказывает пре- имущественное воздействие лишь на часть молекул красителя, находящихся в этой облас- ти. Поэтому можно полагать, что лишь часть рассеянного излучения вносит вклад в интен- сивность суммарного возбуждающего поля. При такой трактовке интенсивность флу- оресценции элементарного слоя среды тол- щиной dx может быть определена соотно- шением:    dxnNxIdI n sc d abpfl    . (1) Здесь  xI p – интенсивность падающего на слой излучения; N и d ab – соответственно а) б) Рис. 3. Графики зависимости коэффициента усиления флуоресценции от концентрации НЧ для нанокомпози- тов с различной концентрацией Родамина С концентрация и сечение поглощения молекул красителя на длине волны возбуждения; n – концентрация НЧ; – коэффициент исполь- зования рассеянного излучения ( 1 ); n sc – сечение рассеяния НЧ на длине волны воз- буждения;  – усредненный по элементар- ному объему квантовый выход флуоресцен- ции молекул красителя. Полагая, что n ext n sc   , где n ext – сече- ние экстинкции НЧ, а  – коэффициент их излучательной эффективности [16], и учи- тывая, что d p n p d ab n ext DDNn  , где d pD и n pD – соответственно оптические плотности красителя и НЧ в исследуемом образце на длине волны возбуждения, формулу (1) мож- но преобразовать к виду:   .1 dx D D xINdI d p n p p d abfl            (2) p  528 нм 2 1 3 4 5 p  460 нм G 2 1 3 4 5 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 n G 0 0,2 0,4 0,6 0,8 n 8 6 4 2 0 С. В. Николаев и др. / Зависимость интенсивности флуоресценции… ___________________________________________________________________________________________________ ISSN 1028821X. Радіофізика та електроніка. 2018. Т. 23. № 3 81 Введя параметры ,d p n pp DDD  ,1 pD  можно получить формулу для оценки коэф- фициента G: . 0    G (3) Такое определение совпадает с определе- нием коэффициента усиления флуоресцен- ции для одиночной молекулы вблизи НЧ [4], если полагать, что  – это усредненный ко- эффициент увеличения вероятности возбуж- дения молекул красителя. Из формулы (3) следует, что коэффициент усиления флуоресценции зависит от относи- тельной оптической плотности компонентов смеси в образце на длине волны возбужде- ния. Так, увеличение pD за счет увеличе- ния концентрации НЧ, уменьшения концен- трации красителя или использования корот- коволновой накачки приводит к возрастанию коэффициента усиления флуоресценции. И, наоборот, при длинноволновой накачке, малой концентрации НЧ и большой концен- трации красителя pD мало и, соответствен- но, мал коэффициент G. Различия в степени усиления флуоресценции композитов на ос- нове Родамина 6G и Родамина С также объясняются различной величиной .pD Как следует из графиков на рис. 1, при одинако- вых концентрациях компонентов pD в сре- дах на Родамине С больше и, следовательно, усиление флуоресценции выше. Важно отметить, что если ,1 pD то .0G В условиях нашего эксперимента это условие реализуется для образцов с мак- симальными концентрациями красителей, возбуждаемых зеленым излучением. Для Ро- дамина 6G – ,028,0 pD а для Родамина С – .095,0 pD Поэтому зависимости, обозна- ченные цифрой 1 на рис. 2, б и 3, б, фактиче- ски демонстрируют изменение усредненного по элементарному объему квантового выхода молекул красителей с концентрацией C  1 10 –4 моль/л при увеличении концен- трации НЧ. Для Родамина 6G квантовый вы- ход уменьшается, тогда как для Рода- мина С – возрастает. Причина различия со- стоит в разной величине естественного кван- тового выхода молекул данных красителей. У Родамина 6G ,1~0 в то время, как у Ро- дамина С .7,0...6,0~0 Согласно теоретиче- ским представлениям, характер изменения квантового выхода молекулы при взаимо- действии с НЧ зависит от расстояния между ними и носит различный характер для молекул с высоким и низким квантовым выходом [4]. Для молекул с высоким квантовым выходом на любом расстоянии ,0  а для молеку- лы с невысоким квантовым выходом на определенном расстоянии от НЧ он может возрастать. Выводы. Экспериментально исследована флуоресценция растворов красителей Рода- мин 6G и Родамин С в присутствии НЧ се- ребра при разных длинах волн возбуждения. Изучено влияние концентрации компонентов смесей на коэффициент усиления флуорес- ценции молекул красителя G. Показано, что обобщенным параметром, в значительной мере определяющим вели- чину G, является относительная оптическая плотность pD компонентов смеси на длине волны возбуждения. Величина pD растет при увеличении концентрации НЧ, уменьше- нии концентрации красителя или при возбуж- дении излучением, спектр которого распо- ложен ближе к максимуму плазмонного ре- зонанса НЧ. В этом случае наблюдается воз- растание коэффициента усиления флуорес- ценции. Если же спектр накачки далек от длины волны максимума плазмонного резо- нанса, концентрация НЧ низка, а концентра- ция красителя велика, то величина pD мала и, соответственно, усиление флуоресценции становится незначительным, и даже может возникать ее тушение. Библиографический список 1. Klimov V. V., Ducloy M., Letokhov V. S. Spontaneous emission of an atom in the presence of nanobodies. Quantum Electron. 2001. Vol. 31, N 7. P. 569–586. DOI:http://dx.doi.org/10.1070/QE2001v031n07ABEH 002007 2. Tam F., Goodrich G. P., Johnson B. R., Halas N. J. Plasmonic enhancement of molecular fluorescence. Nano Lett. 2007. Vol. 7, Iss. 2. P. 496–501. DOI: 10.1021/nl062901x 3. Fu Y., Zhang J., Lakowicz J. R. Plasmonic enhance- ment of single-molecule fluorescence near a silver na- http://dx.doi.org/10.1070/QE2001v031n07ABEH002007 http://dx.doi.org/10.1070/QE2001v031n07ABEH002007 https://doi.org/10.1021/nl062901x С. В. Николаев и др. / Зависимость интенсивности флуоресценции… ___________________________________________________________________________________________________ 82 ISSN 1028821X. Радіофізика та електроніка. 2018. Т. 23. № 3 noparticle. J. Fluoresc. 2007. Vol. 17, Iss. 6. P. 811– 816. DOI:10.1007/s10895-007-0259-0 4. Bharadwaj P., Novotny L. Spectral dependence of sin- gle molecule fluorescence enhancement. Opt. Express. 2007. Vol. 15, Iss. 21. P. 14266–14274. DOI: https:// doi.org/10.1364/OE.15.014266 5. Guzatov D. V, Vaschenko S. V, Stankevich V. V., Lunevich A. Ya., Glukhov Y. F., Gaponenko S. V. Plasmonic Enhancement of Molecular Fluorescence near Silver Nanoparticles: Theory, Modeling, and Ex- periment. J. Phys. Chem. C. 2012. Vol. 116, Iss. 19. P. 10723−10733. DOI:10.1021/jp301598w 6. Iosin M., Baldeck P., Astilean S. Plasmon-enhanced fluorescence of dye molecules. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 2009. Vol. 267, Iss. 2. P. 403–405. DOI:https://doi.org/10.1016/ j.nimb.2008.10.055 7. Chen Y., Munechika K., Ginger D. S. Dependence of Fluorescence Intensity on the Spectral Overlap between Fluorophores and Plasmon Resonant Single Silver Na- noparticles. 2007. Nano Lett. Vol. 7, N 3. P. 690–696. DOI:10.1021/nl062795z 8. Anger P., Bharadwaj P., Novotny L. Enhancement and Quenching of Single-Molecule Fluorescence. Phys. Rev. Lett. 2006. Vol. 96, N 11. P. 113002 (4 p.). DOI:10.1103/PhysRevLett.96.113002 9. Ragab Alaa El-din E. A., Gadallah A., Mohamed Mona B., Azzouz I. M. Effect of silver NPs plasmon on optical properties of fluorescein dye. Optics & Laser Technology. 2013. Vol. 52. P. 109–112. DOI:https://doi.org/10.1016/ j.optlastec.2013.04.007 10. Ibrayev N. Kh., Zeinidenov A. K., Aimukhanov A. K. The Influence of Silver Nanoparticles on the Stimulat- ed Luminescence of Rhodamine 6G Solutions. Optics and Spectroscopy. 2014. Vol. 117, Iss. 4. P. 540–544. DOI:https://doi.org/10.1134/S0030400X14100099 11. Суворова Т. И., Балбекова А. Н., Клюев В. Г., Ла- тышев А. Н., Овчинников О. В., Смирнов М. С., Рыбалко A. M. Усиление люминесценции молекул красителей в присутствии серебряных наночастиц. Оптический журнал. 2012. Т. 79, № 1. P. 56–58. 12. Locharoenrat K., Damrongsak P. Enhancement of fluo- rescence in inorganic dyes by metallic nanostructured surfaces. Ukr. J. Phys. Opt. 2016. Vol. 17, Iss. 1. P. 21–26. DOI:10.3116/16091833/17/1/21/2016 13. Николаев С. В., Пожар В. В., Дзюбенко М. И., Николаев К. С. Влияние наночастиц серебра на интенсивность флуоресценции Родамина 6G и Сульфородамина 101. Радиофизика и электроника. 2016. Т. 7(21), № 2. С. 53–58. DOI:https://doi.org/ 10.15407/rej2016.02.053 14. Andreev A. N., Lazarenko A. G. Measurement of par- ticle dimensions in colloidal solutions using the corre- lation spectroscopy technique. Telecommunications and Radio Engineering. 2013. Vol. 73, Iss. 18. P.1671– 1678. DOI:10.1615/TelecomRadEng.v73.i18.60 15. Владимиров Ю. А., Потапенко А. Я. Физико- химические основы фотобиологических процессов. М.: Высшая школа, 1989. 199 c. 16. Dmitruk N. L., Malynych S. Z., Moroz I. E., Kur- lyak V. Yu. Optical efficiency of Ag and Au nanopar- ticles. Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. 2010. Vol. 13, N 4. P. 369–373. REFERENCES 1. Klimov, V. V., Ducloy, M., Letokhov, V. S., 2001. Spontaneous emission of an atom in the presence of nanobodies. Quantum Electronics, 31(7), pp. 569–586. DOI:http://dx.doi.org/10.1070/QE2001v031n07ABEH 002007 2. Tam, F., Goodrich, G. P., Johnson, B. R., Halas, N. J., 2007. Plasmonic enhancement of molecular fluores- cence. Nano Lett., 7(2), pp. 496–501. DOI: 10.1021/nl062901x 3. Fu, Y., Zhang, J., Lakowicz, J. R., 2007. Plasmonic enhancement of single-molecule fluorescence near a silver nanoparticle. J. Fluoresc. 17(6), pp. 811–816. DOI:10.1007/s10895-007-0259-0 4. Bharadwaj, P., Novotny, L., 2007. Spectral dependence of single molecule fluorescence enhancement. Opt. Express, 15(21), pp. 14266–14274. DOI: https://doi.org/10.1364/OE.15.014266 5. Guzatov D.V, Vaschenko S.V, Stankevich V.V., Lune- vich A.Ya., Glukhov Y.F., Gaponenko S.V., 2012. Plasmonic Enhancement of Molecular Fluorescence near Silver Nanoparticles: Theory, Modeling, and Ex- periment. J. Phys. Chem. C, 116(19), pp. 10723−10733. DOI:10.1021/jp301598w 6. Iosin, M., Baldeck, P., Astilean, S., 2009. Plasmon- enhanced fluorescence of dye molecules. Nuclear In- struments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 267(2), pp. 403–405. DOI:https://doi.org/10.1016/ j.nimb.2008.10.055 7. Chen, Y., Munechika, K., Ginger, D. S., 2007. De- pendence of Fluorescence Intensity on the Spectral Overlap between Fluorophores and Plasmon Resonant Single Silver Nanoparticles. Nano Lett., 7(3), pp. 690– 696. DOI:10.1021/nl062795z 8. Anger, P., Bharadwaj, P., Novotny, L., 2006. En- hancement and Quenching of Single-Molecule Fluores- cence. Phys. Rev. Lett., 96(11), pp. 113002 (4 p.). DOI:10.1103/PhysRevLett.96.113002 9. Ragab, Alaa El-din E. A., Gadallah, A., Mohamed, Mona B., Azzouz, I. M., 2013. Effect of silver NPs plasmon on optical properties of fluorescein dye. Optics & Laser Technology, 52, pp. 109–112. DOI:https://doi.org/10.1016/ j.optlastec.2013.04.007 10. Ibrayev, N. Kh., Zeinidenov, A. K., Aimukhanov, A. K., 2014. The Influence of Silver Nanoparticles on the Stimulated Luminescence of Rhodamine 6G Solu- tions. Optics and Spectroscopy, 117(4), pp. 540–544. DOI:https://doi.org/10.1134/S0030400X14100099 11. Suvorova, T. I., Balbekova, A. N., Klyuyev, V. G., Latyshev, A. N., Ovchinnikov, O. V., Smirnov, M. S., Rybalko, A. M., 2012. Luminescence amplification of dye molecules in the presence of silver nanoparticles. Opticheskii zhurnal, 79(1), pp. 56–58 (in Russian). 12. Locharoenrat, K., Damrongsak, P., 2016. Enhancement of fluorescence in inorganic dyes by metallic nanostructured surfaces. Ukr. J. Phys. Opt., 17(1), pp. 21–26. DOI:10.3116/16091833/17/1/21/2016 13. Nikolayev S.V., Pozhar V. V., Dzyubenko M. I., Nikolayev K. S., 2016. Effect of silver nanoparticles on the fluorescence intensity of Rhodamine 6G and Sulforhodamine 101. Radiofiz. Elektron., 7(21)(2), https://dx.doi.org/10.1007%2Fs10895-007-0259-0 https://www.sciencedirect.com/science/journal/0168583X https://www.sciencedirect.com/science/journal/0168583X https://www.sciencedirect.com/science/journal/0168583X https://doi.org/10.1016/j.nimb.2008.10.055 https://doi.org/10.1016/j.nimb.2008.10.055 https://doi.org/10.1021/nl062795z https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.96.113002 https://doi.org/10.1016/%20j.optlastec.2013.04.007 https://doi.org/10.1016/%20j.optlastec.2013.04.007 https://doi.org/10.15407/rej2016.02.053 https://doi.org/10.15407/rej2016.02.053 http://dx.doi.org/10.1070/QE2001v031n07ABEH002007 http://dx.doi.org/10.1070/QE2001v031n07ABEH002007 https://doi.org/10.1021/nl062901x https://dx.doi.org/10.1007%2Fs10895-007-0259-0 https://doi.org/10.1364/OE.15.014266 https://www.sciencedirect.com/science/journal/0168583X https://www.sciencedirect.com/science/journal/0168583X https://www.sciencedirect.com/science/journal/0168583X https://doi.org/10.1016/j.nimb.2008.10.055 https://doi.org/10.1016/j.nimb.2008.10.055 https://doi.org/10.1021/nl062795z https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.96.113002 https://doi.org/10.1016/%20j.optlastec.2013.04.007 https://doi.org/10.1016/%20j.optlastec.2013.04.007 С. В. Николаев и др. / Зависимость интенсивности флуоресценции… ___________________________________________________________________________________________________ ISSN 1028821X. Радіофізика та електроніка. 2018. Т. 23. № 3 83 pp. 53–58 (in Russian). DOI:https://doi.org/10.15407/ rej2016.02.053 14. Andreev, A. N., Lazarenko, A. G., 2013. Measurement of particle dimensions in colloidal solutions using the correlation spectroscopy technique. Telecommunica- tions and Radio Engineering, 73(18), pp.1671–1678. DOI:10.1615/TelecomRadEng.v73.i18.60 15. Vladimirov, Y. A., Potapenko, A. Ya., 1989. Physico- chemical basics of photobiological processes. Mos- cow: Vysshaia shkola Publ. (in Russian). 16. Dmitruk, N. L., Malynych, S. Z., Moroz, I. E., Kur- lyak, V. Yu., 2010. Optical efficiency of Ag and Au nanoparticles. Semiconductor Physics, Quantum Elec- tronics & Optoelectronics, 13(4), pp. 369–373. Рукопись поступила 14.05.2018. S. V. Nikolaev, V. V. Pozhar, M. I. Dzyubenko, K. S. Nikolayev DEPENDENCE OF FLUORESCENT CHARACTERISTICS OF NANOCOMPOSITES ON THE BASIS OF DYE MOLECULES AND SILVER NANOPARTICLES ON THE OPTICAL DENSITY OF COMPONENTS Subject and purpose. It is known that the addition of plazmon metal nanoparticles to active media can be used to improve the radiative characteristics of the medium. How- ever, the problem of the influence of the component ratio on the intensity of the nanocomposites fluorescence, which is relevant from an applied point of view, has not been sufficiently investigated and requires additional studies. Methods and methodology. In this paper fluorescence of solutions of Rhodamine 6G and Rhodamine C dyes in the presence of silver nanoparticles at different excitation wavelengths was studied. The effect of the mixture compo- nents concentration on the fluorescence amplification coef- ficient of the dye molecules was studied. Results. It is shown that as a generalized parameter de- termining the fluorescent characteristics of nanocompo- sites, one can consider the relative optical density of the mixture components, which is the ratio of the optical densi- ty of the nanoadditive to the optical density of the dye at the excitation wavelength. The relative optical density in- creases with an increase in the concentration of nanoparti- cles, a decrease in the concentration of the dye, or in the case of excitation by radiation with the spectrum closest to the maximum of plasmon resonance of nanoparticles. In this case, an increase in the fluorescence amplification coefficient was observed. If the pump spectrum is far from the maximum wavelength of the plazmon resonance, the concentration of the nanoparticles is low, and the dye con- centration is high, then the relative optical density is small, the fluorescence intensification becomes insignificant, and even its quenching may occur. Conclusions. The results of these studies allow us to formulate a general approach to assessing the effect of the components ratio of mixtures composed of dye molecules and metallic nanoparticles on the fluorescence intensity of fluorophore molecules. Key words: laser dye, nanoparticles, plazmon reso- nance, fluorescence. С. В. Ніколаєв, В. В. Пожар, М. І. Дзюбенко, К. С. Ніколаєв ЗАЛЕЖНІСТЬ ІНТЕНСИВНОСТІ ФЛУОРЕСЦЕНЦІЇ БАРВНИКІВ У РОЗЧИНАХ З ВМІСТОМ НАНОЧАСТИНОК ВІД ОПТИЧНОЇ ГУСТИНИ КОМПОНЕНТІВ СУМІШІ Предмет і мета роботи. Відомо, що додавання плаз- монних наночастинок металів у активні середовища може бути використано для поліпшення випромінюва- льних характеристик середовища. Однак актуальна з прикладної точки зору проблема впливу співвідношен- ня компонентів на інтенсивність флуоресценції нано- композитів недостатньо вивчена і вимагає додаткових досліджень. Методи і методологія роботи. У даній роботі дослід- жено флуоресценцію розчинів барвників Родамін 6G і Родамін С у присутності наночастинок срібла при різ- них довжинах хвиль збудження. Вивчено вплив кон- центрації компонентів сумішей на коефіцієнт підси- лення флуоресценції молекул барвника. Результати роботи. Показано, що в якості узагаль- неного параметра, який визначає флуоресцентні харак- теристики нанокомпозитів, слід розглядати відносну оптичну густину компонентів суміші, що представляє собою відношення оптичної густини нанодобавки до оптичної густини барвника на довжині хвилі збуджен- ня. Величина відносної оптичної густини зростає при збільшенні концентрації наночастинок, зменшенні концентрації барвника або при збудженні випроміню- ванням, спектр якого розташований ближче до макси- муму плазмонного резонансу наночастинок. У цьому випадку спостерігається зростання коефіцієнта поси- лення флуоресценції. Якщо ж спектр накачування да- лекий від довжини хвилі максимуму плазмонного ре- зонансу, концентрація наночастинок низька, а концен- трація барвника велика, то величина відносної оптичної густини мала, посилення флуоресценції стає незначним, і навіть може виникати її гасіння. Висновок. Результати проведених досліджень до- зволяють сформулювати загальний підхід до оцінки впливу співвідношення компонентів сумішей, складе- них з молекул барвників і металевих наночастинок, на інтенсивність флуоресценції молекул флуорофору. Ключові слова: лазерний барвник, наночастинки, плазмонний резонанс, флуоресценція. https://doi.org/10.15407/%20rej2016.02.053 https://doi.org/10.15407/%20rej2016.02.053

Зависимость флуоресцентных характеристик нанокомпозитов на основе молекул красителей и наночастиц серебра от оптической плотности компонентов

Репозитарії

Схожі ресурси