En teknikk for å måle temperaturen nær en liten varmekilde innenfor et medium er nødvendig mange vitenskapelige felt og programmer. For eksempel i forskning på magnetiske hypertermi, som er en kreft terapi metode bruke elektromagnetisk induksjon av magnetiske partikler eller små magnetiske biter, er det avgjørende å nøyaktig forutsi temperaturen distribusjonene generert av magnet partikler^1,2. Men selv om mikrobølgeovn^3,4, ultralyd^5,6,7,8, optoacoustic⁹, Raman¹⁰og magnetisk resonans^{11 ,12}-basert temperatur måling teknikker har blitt forsket på og utviklet, slik en indre temperatur distribusjon kan ikke være nøyaktig målt i dag. Så langt, har enkelt-posisjon temperaturer eller temperatur på noen posisjoner blitt målt via temperatursensorer, som ved induksjonsoppvarming, ikke-magnetisk optisk fiber temperatur sensorer^13,14. Alternativt har overflatetemperaturer medier blitt eksternt målt via infrarød stråling termometre å anslå den indre temperatur¹⁴. Men når et medium som inneholder en liten varmekilde er et vann lag eller et ikke-grumset vandig medium, har vi vist at en nær infrarød (NIR) absorpsjon teknikk er nyttig å måle temperaturer^{15,16, 17,18,19}. Dette dokumentet presenterer detaljert protokollen til denne teknikken og representant resultater.

NIR absorpsjon teknikken er basert på prinsippet om temperatur avhengighet av absorpsjon bandene vann i regionen NIR. Som vist i figur 1a, ν₁ + ν₂ + ν₃ absorpsjon band av er vann observert i 1100-nm for 1250-nm bølgelengde (λ) og Skift til kortere bølgelengder som temperaturen øker¹⁹. Her, ν₁ + ν₂ + ν₃ betyr at dette bandet tilsvarer kombinasjonen av de tre grunnleggende O-H vibrasjonsmodi: symmetrisk strekker (ν₁), bøying (ν ₂), og antisymmetriske strekker (ν₃)^20,21. Denne endringen i spekteret indikerer at den mest temperaturfølsomme bølgelengden i bandet λ ≈ 1150 nm. Andre absorpsjon band vann også viser lignende virkemåter når det gjelder temperatur^{15,16,17,18,20,21}. Ν₁ + ν₃ band vann observert i området λ = 1350−1500 nm og temperatur forholdet er vist i figur 1b. I ν₁ + ν₃ band av vann er 1412 nm mest temperatur-sensitive bølgelengde. Dermed er det mulig å få todimensjonal (2D) temperatur bilder ved hjelp av en NIR kamera for å fange 2D absorbansen bilder på λ = 1150 eller 1412 nm. Som vann absorpsjon koeffisient på λ = 1150 nm er mindre enn at på λ = 1412 nm, tidligere bølgelengden er egnet for ca 10 mm tykke vandige media, mens sistnevnte er egnet for ca 1 mm tykke. Nylig, bruker λ = 1150 nm, vi fikk temperatur distribusjonene på et 10 mm tykke vann lag som inneholder en induksjon-oppvarmet 1-mm-diameter stål sfære¹⁹. Videre temperatur distribusjoner i en 0,5 mm tykt vann lag har blitt målt ved hjelp av λ = 1412 nm^15,17.

En fordel til NIR-basert temperatur tenkelig teknikk er at det er enkelt å konfigurere og implementere fordi det er en overføring absorpsjon måling teknikk og trenger ingen fluorophore, fosfor, eller andre termisk sonde. I tillegg er temperatur oppløsningen mindre enn 0,2 K^15,17,19. Så god temperatur oppløsning kan ikke oppnås ved andre overføring teknikker basert på interferometry, som ofte har blitt brukt i varme og masse overføring studier^22,23,24. Vi oppmerksom imidlertid at NIR-baserte temperaturen tenkelig teknikk passer ikke i tilfeller med betydelig lokale temperatur endring, fordi nedbøyning av lys forårsaket av den store temperaturgradient blir dominerende¹⁹. Denne saken er referert i denne utredningen praktisk bruk.

Dette dokumentet beskriver eksperimentelle oppsett og prosedyre for NIR-basert temperatur tenkelig teknikken for en liten magnetisk sfære oppvarmet via induksjon; i tillegg presenterer den resultatene av to representant 2D absorbansen bilder. Ett bilde er av en 2.0-mm-diameter stål kule i et 10.0-mm tykt vann lag som er fanget på λ = 1150 nm. Det andre bildet er en 0,5-mm-diameter stål kule i en 2.0-mm tykt maltose sirup lag som registreres på λ = 1412 nm. Dette dokumentet presenterer også den beregningsmetoden og resultatene av tredimensjonale (3D) radial fordelingen av temperatur ved å bruke inverse Abel transformering (IAT) 2D absorbansen bildene. IAT er gyldig når en 3D temperatur distribusjon antas for å være sfærisk symmetrisk som i tilfelle av en oppvarmet sfæren (figur 2)¹⁹. For beregning av IAT, er en multi-Gaussian funksjonen passer metoden ansatt her, fordi IATs Gaussian funksjoner kan fås analytisk^{25,26,27,28,29} og passer godt til monotonically synkende data. Dette inkluderer eksperimenter ansette varmeledning fra en enkelt varmekilde.