誘導加熱の小さな磁気圏を取り巻く水の近赤外温度計測

媒体内の小さな熱源付近の温度を計測する技術は、多くの科学的な研究分野とアプリケーションに必要です。たとえば、磁気ハイパーサーミアの研究でがん治療法である磁性粒子の磁気小さな電磁誘導を使用して、それは磁気によって生成される温度分布を正確に予測する重要な粒子^1,2。ただし、ただし、マイクロ波磁気共鳴^{11 、ラマン10、光音響9超音波5,6,7,83,4、12}-ベース温度測定技術を研究、開発している、現時点では、このような内部の温度分布を正確に測定できません。これまで単一位置温度またはいくつかのポジションでの温度は誘導加熱の場合、非磁性光ファイバー温度センサー^13,14である温度センサーで測定しました。また、メディアの表面温度は内部温度¹⁴を推定する赤外放射温度計によるリモートで観測されています。ただし、小さな熱源を含む培地が水層または非散乱体の水溶液中、私たちを示している温度^{15,16を測定する近赤外線 (NIR) 吸収法が役 17,18,19}。本稿ではこの手法および代表的な結果の詳しいプロトコル。

近赤外吸収法は、近赤外領域での水の吸収帯の温度依存性の原理に基づいています。水は温度として 1250 nm 波長 (λ) 範囲に 1100 nm の短波長にシフト観測図 1 a、 ν₁ + ν₂ + のν₃吸収帯にあるとおり¹⁹をが増加します。ここで、 ν₁ + ν₂ + このバンドは 3 つの基本的な O H 振動モードの組み合わせに対応するν₃手段: 対称ストレッチ (ν₁) 曲げ (ν ₂)、および逆対称伸縮 (ν₃)^20,21。このスペクトルの変化は、バンドで最も温度敏感な波長がλ ≈ 1150 nm であることを示します。水の他の吸収バンドは、温度^{15,16,17,18,20,21}に関して同様の動作も展示します。Ν₁ + ν₃バンド水の観察範囲λ以内 = 1350−1500 nm とその温度依存性を図 1 bに示します。Ν₁ + 水のν₃バンドで、1412 nm が最も温度に敏感な波長です。したがって、それはλで吸光度の 2 D 画像をキャプチャする近赤外カメラを用いた二次元 (2 D) 温度画像を取得する = 1150 または 1412 nm。水の吸収係数としてλ = 1150 nm は、 λ = 1412 nm よりも小さく、元の波長は約 10 mm 厚の水性メディアに適した、後者は約 1 mm 厚のものに適しています。最近では、 λを使用して = 1150 nm、直径 1 mm の鋼球を誘導加熱¹⁹を含む 10 mm 厚水層内の温度分布を得た。また、 λを使用して 0.5 mm 厚い水の層内の温度分布を測定した 1412 nm^15,17を =。

イメージング法 NIR ベース温度の利点は簡単にセットアップおよび透過吸収測定法で、ない蛍光、蛍光体、または他のサーマル プローブを必要があるために、実装します。さらに、その温度分解能は 0.2 K^15,17,19未満です。このような良い温度分解能は、干渉法による、熱と物質移動研究^22,23,24でよく使用されている伝送方式は他では達成できません。我々 は、しかし、イメージング法 NIR ベースの温度は適していませんかなりローカル温度変化の場合、支配的な¹⁹光の偏向によって引き起こされるので大きな温度勾配になります注意してください。この問題は、この稿では実用面で呼ばれます。

この稿では実験装置と誘導; を介して加熱小さな磁性球の NIR ベース温度イメージング技術の手順また、それは 2 つの代表的な 2 D の吸光度の画像の結果を示します。Λでキャプチャ 10.0 mm 厚さの水層に直径 2.0 mm の鋼球の 1 つのイメージは 1150 nm を =。2 番目の画像はλでキャプチャ 2.0 mm 厚マルトース シロップ層に直径 0.5 mm の鋼球 = 1412 nm。また述べる計算法と温度の三次元 (3 D) の半径方向分布の結果逆アベル変換 (IAT) を吸光度 2 D 画像に適用することによって。IAT は、3次元温度分布が球対称加熱球 (図 2)¹⁹の場合のようにすると見なされますときに有効です。IAT 計算のためマルチ ガウス関数をフィッティング法を採用、ここで解析的^{25,26,27,28,29 ガウス関数の Iat を取得することができますので}とデータを単調減少にもフィットこれは、単一の熱源からの熱伝導を用いた実験が含まれています。