微流動中雙色雷射誘導螢光測溫
雙色雷射誘導螢光測溫是一種非接觸式溫度測量的方法。其對目前科學研究和工程上諸多涉及流體工質溫度場、濃度場等方面的實時**測量具有重要意義。雷射誘導螢光法(lif)可以在實現非接觸式測量的同時快速、高精度地對溶液溫度進行測量。
本文對溫度敏感螢光顏料羅丹明b和溫度不敏感顏料101的混合水溶液的雷射誘導螢光特性進行研究，並利用其混合溶液螢光強度隨溫度的變化特性發展了一種溫度測量法，同時進行了理論上的改進，使得實際測量可以有更靈活的選擇。
近幾年來微流動系統和理論的發展對微流動系統中溫度場、速度場等的精確測量提出了新的要求。精確的對微通道中流動引數的測量對工業設計的優化、效率的提高、方案的可行性具有重要的意義。 同時，科學研究和工程上諸多涉及流體的場合都需要對流體工質的溫度或濃度等標量引數有乙個清晰地把握，同時要求實際測量過程能夠實時**進行，並且不會對流動結構及溫度場造成影響。
為了實現上述目的，非接觸式測量擔當起了重要的角色，而近年來發展起來的雷射誘導螢光法作為一種流場成像技術尤為引人注意。
然而，幾種用在大尺度上的溫度測量的方法直接用在微通道中是不適宜的。因為在微通道中溫度的消散速度相比於大通道是非常快的，其具有很高的熱傳遞效率。這樣就造成了無法用大通道中的測量方法來精確測定微通道中的溫度梯度。
雷射誘導螢光法測溫原理
一般而言，當一束雷射穿過試樣溶液時，激發出的螢光強度會受到激發光沿程衰減和螢光自吸收的影響。按照比爾-朗伯定律，螢光強度可以表示為：
其中,為激發光強度，a是探測到的螢光佔總發射螢光的百分數，是螢光量子產率,為摩爾吸收係數，是雷射穿過溶液的長度,c是溶液濃度。對於同一次實驗來說，當系統光路固定後，上述各因子中，a和l就固定了，這兩個因子的乘積可以用乙個光路系統因子kopt來表示。而激發光強度則會有略微波動，這取決於雷射器自身的功率穩定度。
於是上式就可以寫成，
從上式可以看出，溶液螢光強度的變化既取決於螢光量子產率，也受摩爾吸收係數的影響。其中，摩爾吸收係數與吸收態分子的玻爾茲曼佈居數成比例。而在凝聚性介質中，在0到100℃這樣的低溫範圍，玻爾茲曼佈居數對溶液溫度是相當不敏感的，所以，摩爾吸收係數受溫度的影響可以忽略。
因此，螢光強度隨溫度的變化就主要歸因於螢光量子產率對溫度的敏感性。螢光量子產率，其值的大小取決於輻射躍遷和非輻射躍遷的競爭結果。尤其在較高溫度下，這種輻射躍遷和非輻射躍遷之間的競爭就更為突出，因為非輻射躍遷的速率常數增加將導致螢光強度的下降。
單位時間內可能發生的總躍遷量子數可以表示為，其中為愛因斯坦自發輻射係數，q是碰撞轉換係數。對於單位時間內的螢光總量子輻射率來說，只有這部分躍遷是輻射躍遷。螢光總量子輻射率是在光猝滅不存在情況下的量子產率，其值一般為0.
9～0.95。愛因斯坦自發輻射係數和螢光總量子輻射率都只和螢光物質自身分子結構有關。
根據以上分析，螢光量子產率可以寫成，
式中，碰撞轉換係數q是和猝滅劑的濃度[m]有關的：
其中kq為猝滅常數，受溫度影響很大。當螢光指示劑的濃度很低時，猝滅劑就只體現為水分子自身，在實驗中，其濃度可以看作常數。這樣，猝滅常數kq 就可以用下式來模擬：
其中t 為溶液溫度；是螢光物質分子與溶劑分子碰撞過程中涉及的激發能，為常數，這兩者均取決於所用的螢光物質與溶劑的自身特性。在凝聚性介質中，碰撞轉換比輻射躍遷佔優，因此可以認為，
綜合以上推導，我們可以將溶液螢光強度的表示式寫成，
上式中可以定義兩個常數，分別為：
和這兩個常數均只和螢光物質分子結構和其自身螢光特性有關，其中可以稱為溶液螢光的溫度敏感度，這樣式子可以簡化為，
這樣，溶液螢光強度和溶液溫度之間就建立起一一對應關係，可以看出，這是乙個指數衰減模型，其中， 和由實驗光路系統和所用螢光物質決定，對同一次實驗而言，只要測量系統結構穩定，其值保持恆定。在實驗資料處理時，為得到更強的螢光訊號，通常是對整個發射光譜中某一強度較大的光譜段進行光強積分，並用該積分值作為該工況的螢光強度，這種方法的好處是可以在得到大螢光強度的同時去除波峰飄移的影響。對於溶液螢光來說，公式中的和兩個因子對發射光譜中不同波長點的影響是不同的，而且溫度敏感度在不同波長處響應也不同。
綜上所述，對於光譜段[，]來說，積分式可以寫成：
當實驗中使用不同的管徑進行實驗時，管徑的不同對實驗結果影響的分析如下：
當溶液的濃度為時：
當管徑為時，分別在光譜段[，]和[，]進行積分，並對積分結果做比值：
當管徑為時，分別在光譜段[，]和[，]進行積分，並對積分結果做比值：
由於這三個引數僅是波長的函式，即當波長相同時其值是相同的，故有下面的式子成立：
這樣便可得到結論：
即說明當溶液的濃度相同時，無論管徑是還是它們分別在光譜段[，]和[，]進行積分，所得積分值的比值是相同的，也就是說管徑對比值不產生影響。
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