Đo đạc FCS cần đáp ứng các yêu cầu sau:
• Thể tích đo cần giảm xuống cỡ femto-lít [80, 84],
• Nguồn laze ổn định cường độ,
• Đầu thu có độ nhạy lớn,
• Đối tượng đo là các chất phát quang cần có hiệu suất lượng tử cao. Các yêu cầu này được đáp ứng bằng cấu hình của hệ đo với các đặc điểm sau [81]:
• Laze ổn định,
• Các đầu thu có hiệu suất cao, nhiễu thấp.
Nguồn laze kích thích phát bước sóng đơn sắc được lựa chọn tùy thuộc vào phần tử mang màu cần đo đạc. Hệ đo FCS phổ biến sử dụng kích thích đơn photon. Thường dùng các laze đơn sắc với bước sóng nằm trong vùng khả kiến (400-700 nm) [102, 103] như laze Ar (bước sóng 488 nm) hoặc laze Ar-Kr (cho phép lựa chọn bước sóng kích thích), hoặc dùng các laze giá thành thấp hơn như He-Ne đơn vạch (bước sóng 514 nm và 633 nm) hay laze diode với nhiều bước sóng khác nhau. Công suất phát của các laze này cần phải rất ổn định theo thời gian.
Hệ đo cần đạt độ phân giải không gian cao theo cả ba chiều không gian để tạo ra thể tích đo cỡ femto-lít. Đối với trường hợp kích thích đơn photon, thường có hiện tượng kích thích xảy ra trong một vùng không gian tương đối lớn, các phần tử ở ngoài thể tích hội tụ của ánh sáng kích thích cũng phát quang. Để có giảm chiều z của thể tích đo xuống cỡ m, cần có cấu hình quang học đồng tiêu trong phần thu tín hiệu.
Cấu hình đồng tiêu sử dụng một pinhole kích thước trong khoảng 20-100 m đặt trong mặt phẳng ảnh để chặn tín hiệu huỳnh quang không xuất phát từ thể tích hội tụ của laze, nhờ đó thu hẹp vùng không gian đo đạc theo phương trục. Kích thước của thể tích đo theo phương ngang xy có thể giảm tới mức giới hạn nhiễu xạ (khoảng 250
nm) bằng cách sử dụng vật kính hiển vi với khẩu độ số NA cao (lý tưởng là NA > 0,9)
[84, 103].
Hình 1.11 trình bày cấu hình hệ FCS điển hình sử dụng các kính hiển vi thương mại [82]. Chùm tia laze kích thích được dẫn đến vật kính hiển vi với khẩu độ số cao và hội tụ vào mẫu. Ánh sáng huỳnh quang từ mẫu được thu lại với cùng vật kính, cho đi qua gương lưỡng chiết và phin lọc phát xạ. Trong phần thu tín hiệu, một pinhole được đặt tại điểm hội tụ chùm sáng huỳnh quang cho ta độ phân giải theo trục z. Sau đó, ánh sáng huỳnh quang được hội tụ vào đầu thu.
Các đầu thu thông dụng là ống nhân quang điện (photomultiplier tube – PMT) hoặc photodiode thác lũ (avalanche photodiode – APD) với độ nhạy đơn photon và có nhiễu thấp. Tuy vậy, cấu hình hệ FCS với một đầu thu thường cho đường tương quan bị ảnh hưởng của nhiễu từ đầu thu (ví dụ hiện tượng xung phụ (nhiễu) đi kèm xung photon chính – afterpulsing của APD). Để giảm ảnh hưởng của nhiễu, tín hiệu huỳnh quang có thể được chia đôi đưa vào hai đầu thu giống nhau [89] và tính đường tương quang chéo của tín hiệu.
Đường tương quan thực nghiệm G() được tính toán nhờ một card tương quan hoặc sử dụng phần mềm chuyên dụng. Phân tích số liệu dựa trên so sánh với hàm lý thuyết trên cơ sở bình phương tối thiểu Marquant – Levenberg [103].