稳态瞬态荧光光谱仪在测试稀土离子能量传递中的应用

天美Marketing天美(中国)科学仪器有限公司TECHCOMP (CHINA) LTD. 衰减谱 中国北京朝阳区天畅园7号楼100107TEL：010-64010651 FAX010-64060202 FLS980 稳态瞬态荧光光谱仪在测试稀土离子能量传递中的应用 稀土就是化学元素周期表中镧系元素，共17种，称为稀土元素，简称稀土。稀土离子的一般电子构型是(Xe)(4f)n(5s)2(5p)6， 它的发光来源于其未填满的4f 电子的跃迁。稀土离子丰富的能级和它们电子的跃迁特性，使稀土发光材料在光致发光、电致发光、阴极射线发光和X射线发光等方面获得重要而广泛的应用，稀土发光材料的研究也随之成为发光材料研究的重点和前沿。 稀土离子作为激活剂、敏化剂的稀土掺杂发光材料目前研究应用的最多。多数稀土离子可作为激活离子，如 Eu2+、Ce3+、Eu3+、Tb3+、Sm3+和 Dy3+，产生较强荧光，其中Eu3+是常见的红色发光材料的激活离子，Tb3+是常见的绿色发光材料的激活离子。Eu3+和Tb3+的能级结构很丰富，通常只研究他们的稳态荧光光谱和单波长下的寿命衰减谱。通过时间分辨发射谱(TRES)研究稀土离子从基态到激发态的瞬间变化过程有重要的意义，特别是稀土离子能量传递过程。 爱丁堡 FLS980 稳态瞬态荧光光谱仪，改进的氙灯实现光的更好的聚焦，具有较高的灵敏度；60W 微秒脉冲氙灯，连续可调是理想的磷光寿命测试光源；基于单光子技术的检测器，具有较高的灵敏度，检测器可扩展。因此 FLS980 是进行稳态荧光光谱测试、荧光寿命测试、时间分辨测试的理想选择。 中国北京朝阳区天畅园7号楼100107TEL：010-64010651FAX010-64060202 样品编号：1，2，3，4，5。其中1号单掺稀土离子Tb3+5号样品单掺稀土离子Eu3+。2，3，4号样品共掺稀土离子Eu3+和 Tb3+。 ● 稳态测试：稳态测试使用450W 连续氙灯光源进行激发。 图1.11号样品荧光激发谱(Aem=544nm)和荧光发射谱 (ex=352nm) 图1.25号样品的荧光激发(em=613nm)和发射谱(ex=395nm) 【结果与讨论】： 1号样品掺杂稀土离子 Tb3+主最佳发射544nm.5号样品掺杂稀土离子Eu3+最佳发射在613nm。 1号和5号样品激发光谱在 300-450nm有交叉区域，说明Tb3+到Eu3+可能发生能量传递。为了进一步验证能量传递，对该系列样品进行荧光寿命和时间分辨测试。 ●)5荧光寿命测试：激发光源60W 脉冲氙灯。 中国北京朝阳区天畅园7号楼100107TEL：010-64010651 FAX010-64060202 图2.1 1-4号样品的寿命衰减谱图(Aex=352nm ， Aem=544nm) 【结果与讨论】： FLS980 寿命处理软件拟合得出寿命值(ms) Tb3+ 1 2 3 4 1.833 1.5280.474 1.3400.401 1.165 0.323 从2.1图中可以看出当Tb3+掺杂浓度不变时，随着Eu3+掺杂浓度的增加，1-4号样品中 Tb3+的寿命衰减逐渐加快。对于没有掺杂Eu3+的1号样品，寿命衰减曲线几乎是单指数的，通过寿命处理软件拟合得到寿命值t=1.833ms。随着Eu3+掺杂浓度增加2-4号样品衰减曲线衰减速率逐渐增大，并且变成非指数衰减。非指数的衰减是由于分布在Tb3+周围的Eu3+浓度增大产生气体无辐射能力变化。寿命衰减谱图进一步证明了 Tb3+离子作为敏化剂能够有效地把能量传递给Eu3+离子，能量传递方式无辐射能量传递。 图2.22-5号样品的寿命衰减谱图(ex=395nm， Aem=613nm) 中国北京朝阳区天畅园7号楼100107TEL：010-64010651 FAX.010-64060202 【结果与讨论】： FLS980 寿命处理软件级级拟合得出寿命值(ms) Eu3+ 2 3 4 5 1.589 1.548 1.542 1.542 从2.2图中可以看出当Tb3+掺杂浓度不变时，随着Eu3+掺杂浓度的增加，2-5号样品Eu3+荧光寿命几乎不变化，这符合待测样品的特征，Eu3+做为受体离子存在，不传递能量。 ● 时间分辨测试：激发光源60W脉冲灯。 测试条件Aex=352nm ，Aem=450-750nm，^A=30nm。 Time Range：10ms ，Chanel：2000 ，StopCondition： Time(s)： 120 Seconds ， LampTrigger Delay： 0.100 ， 12000 sweeps at 100Hz 图 3.1 3号样品的时间分辨发射谱的不同波长下的寿命衰减图 图3.2：3号样品的时间分辨发射谱的三维平面图，右图是的稳态发射谱，下图是入=540nm 的寿命 中国北京朝阳区天畅园7号楼100107TEL：010-64010651 FAX·010-64060202 图 3.3 3号样品时间分辨发射三维谱 图3.4 3号样品 TRES切片得到的时间分辨的光谱 (结果与讨论】： FLS980 进行时间分辨发射谱的测试，可以观察三维谱(各个方向可旋转观察)，设定条件下波长的寿命衰减谱，对时间分辨发射三维谱做做片，可以得到时间分辨的光谱。 图3.4所示为不同时间下的荧光发射谱，从图中可以看出当时间从 t=0us到t=999.5us，Tb3+和Eu3+的发射普强度都降低了，但是Tb3+降低的较多，这是因为Tb3+到Eu3+发生了能量传递，之后随着衰减时间的增加，Tb3+和Eu3+荧光强度都在降低，当t=8995.5us 时几乎降为0。这是由于离子本身的荧光衰减 。 中国北京朝阳区天畅园7号楼100107TEL：010-64010651 总结： 荧光寿命是研究荧光团和器所处的微环境相互作用的有力工具，环境的作用会加快自然衰减的过程。本文采用爱丁堡 FLS980 稳态瞬态荧光光谱仪，研究Tb3+到Eu3+能量传递(Aex=352nm，Aem=544nm)。当Tb3+掺杂浓度不变时，随着Eu3+掺杂浓度的增加，寿命衰减谱荧光寿命值的变化和时间分辨发射谱的数据证明了 Tb3+到Eu3+可以发生能量传递。 研究时间分辨谱，对分析样品的发光中心具有重要意义。爱丁堡 FLS980 进行稀土离子能量传递具有的优势： (1)FLS980是一款计算机控制的荧光光谱仪，改进的氙灯光源，对光更好的收集和聚焦，实现了稳态光源更高的能量。 (2)puF2微秒闪光灯，最大闪烁频率100Hz， 测试范围ps-s，是进行磷光寿命测试的理想光源。 (3)标准荧光寿命处理软件，操作简单，数据分析功能强大，瞬间就能得到拟合结果，拟合数据准确，数据可以导出。 (4)FLS980可进行时间分辨发射谱和时间分辨激发谱的测试，在预设的激发和发射范围内进行一系列衰减测试，对于研究稀土离子这种具有较多发光中心的样品有重要意义。