赛隆类荧光体，罗丹明B中量子产率检测方案(分子荧光光谱)

HITACHI 日立Inspire the Next .量子产率测量技巧 目录 1. .什么是量子产率? 2 2..固体量子产率测定....... 2.2测定装置. 2 2.2测定技巧....... 3 3.液体量子产率测定. 5 3.1测定装置.... 5 3.2测定技巧.. .6 4. 测量示例..... .6 4.1固体样品量子产率的测量.1.. ..6 4.2液体量子产率的测定示例......... 7 5.总结.. 9 1.什么是量子产率? 荧光量子产率是发射的光子数与吸收光子数之比，如下图所示。 样品发射出的光子数量(荧光量)量子产率D= =0.5样品吸收的光子数量(吸收量) 图1量子产率示意图 量子产率的大小可以表示物质的发光能力，量子产率越大，说明荧光材料的质量越好。依据量子产率可以对生物领域中的荧光探针进行开发和评估，同时助力于照明领域中有机EL 材料和荧光物质的开发。 量子产率的类型，按照测定的样品来分，有两种，固体量子产率和液体量子产率。按照量子产率测定方式，，可以分为绝对量子产率和相对量子产率。 2.固体量子产率测定 2.2测定装置 固体量子产率的测定需要使用积分球附件，通过积分球的光收集效应，样品向各个方向发射的荧光都可以被检测到，，保证荧光的准确测量。 图2量子产率附件 日立荧光量子产率附件具有以下特点： i. 6阶动态范围的高精确度、高灵敏度测量，， t即使是量子产率较低的样品，也可以得到高精度测量。 ii. 有效的光谱校正功能，由于样品需要放置在积分球上进行测量，因此需要对积分球的波长特性进行校正才可以测定到准确的荧光量。积分球的校正比较困难，日立开发了一种简易有效的方法，利用扩散子和积分球的比例，进行校正。从而可以在200~800nm 的宽波长范围内测定校正光谱。 iii 高速扫描，对于有光敏性的物质，超高的扫描速度提高通量，有效测量其量子产率。 iv 专用量子产率计算软件，易于选择计算范围，操作更便利。 2.2测定技巧 对于量子产率较大的样品，一般指量子产率大于0.5的样品，需要考虑间接激发产生的量子产率。间接激发指的是没有被样品吸收的激发光反射到积分球内壁上，被积分球内壁反射再次激发样品产生荧光。 激发光 图3直接激发示意图 通过将样品放置在积分球不同位置，以校正间接激发产生的量子产率，如图4所示。通过对样品进行不同放置，获得直接激发的量子产率中。和间接激发的量子产率中；，利用公式(1)得到校正之后的样品实际量子产率率。 图4直接激发样品位置(左)和间接激发样品位置(右) 测量固体的量子产率时，要使样品的装填量完全覆盖住积分球上的孔，否则会造成测量结果错误。此外为防止样品之间出现缝隙，可以分多次装填样品，并轻轻振荡样品池以消除空隙。 图5样品合适的装填量 若样品量较少，可以通过将 Al2O3粉末与待测样品的粉末混合进行测定，此外日立也提供定制的粉末样品池支架，相比标配的样品池，所需样品量更少。 若样品荧光较弱，则在测定样品量子产率时，通过设置较大的狭缝，让更多激发光照射样品，准确获取量子产率测定值。 但是若出现在同样条件下测量标准品 Al2O3粉末时，Al2O3的散射光发生饱和。这种情况下应该如何测定呢? 首先推荐降低光电倍增管的电压，若样品狭缝为10 nm，最好将电压降到250V左右，若在10 nm 狭缝和低电压下，样品的荧光仍然比较弱难以测定，则可以在原有电压下，使用衰减片组件测量标准品Al2O3， 通过在 EX侧插入衰减片，使标准品的散射光不饱和。 另外对于这种荧光较弱的样品，在测量量子产率之前，可以先使用固体样品支架测定样品的表面荧光，从而准确确认样品发射峰的位置。 若测试的样品有多个荧光峰，在选取荧光峰计算量子产率时，客户可以根据自己的需要，在量子产率操作软件中可以一次性选取所有荧光峰，也可以单独选择一个荧光峰计算量子产率。 3.液体量子产率测定 3.1测定装置 液体量子产率的测量通常是测试相对量子产率，我们推荐使用相对测量方式获取液体的量子产率。原因有两个，一是若测量绝对量子产率，则需要使用积分球，由于积分球是通过将激发光漫射后照射样品，同时测定液体量子产率时，为了降低样品对光的吸收，需要稀释样品，使得吸光度降低到 0.1 Abs 以下。因此使用积分球灵敏度会大大降低，则需要样品制备比较困难和复杂；二是积分球维护成本高，一旦样品处理不便，液体样品溅入积分球，积分球会很快被破坏，而且积分球在荧光分光光度计中，是相对昂贵的附件。需要在样品处理方面非常小心。 相反，液体的相对量子产率测定方式由于不需要使用积分球，具有更高的灵敏度和更容易处理样品。首先使用用荧光分光光度计中的吸收池支架，测试标准品和样品的吸收光谱，再使用标准比色皿支架测试标准品和样品的荧光光谱，利用计算公式得到液体样品的相对量子产率。 图6吸收池支架 图7标准比色皿支架 3.2测定技巧 在测定液体相对量子产率时，要分两步进行，第一步是测定样品和标准品的吸收光谱，这一步要配置较高浓度的样品和标准品，因为较小的吸光度很难准确测量，一般要求吸光度在 0.1-1.0 Abs。第二步是测定样品和标准品的荧光光谱，这时要稀释样品，降低吸光度，使吸光度至少为0.1或更低(最好小于 0.02Abs)，因为吸光度越大，内滤效应引起的自吸收越强，会造成荧光光谱测量灵敏度下降。 还需注意标准品的选择，应该选择激发波长和发射波长与样品更接近的标准品。通常，样品荧光波长在400~600 nm 区域下，可以选择“硫酸奎宁”，在600~650nm 的情况下，可以选择“罗丹明101”。如果样品的荧光波长在800 nm 以上，可以选用以下标准品，罗丹明6G， 适合于 510~700nm， 吲哚新绿(ICG)适合于760~1100nm. 4.测量示例 4.1固体样品量子产率的测量 此次实验使用日立荧光分光光度计F-7100 和量子产率附件测定赛隆类荧光体样品的量子产率，测定步骤如下： i. 在粉末池中填装参比样品三氧化二铝粉末后，测定荧光光谱 ii. 在粉末池中填装荧光体粉末后，测定荧光光谱 iii. 利用量子效率计算软件，根据①和②的荧光光谱，计算荧光体的量子产率。 图8样品的安装状态 图9参比样品和测定荧光体的荧光光谱 包括样品填装在内，测定了5次标准荧光体的量子产率，结果如表1所示。 表1样品测量5次的量子产率计算结果 1 3 4 5 Ave SD %RSD Ex405nm 83.3% 82.5% 83.0% 82.9% 82.7% 82.9% 0.3% 0.4% Ex455nm 84.4% 83.8% 84.3% 84.1% 84.9% 84.3% 0.4% 0.5% 由表格结果可知，样品赛隆类荧光体量子产率约为82.9%，，而且5次测定的%RSD 在 0.3%~0.5%之间，结果理想。 说明使用日立荧光分光光度计和量子产率测量附件可以准确测定固体样品的量子产率。 4.2液体量子产率的测定示例 此次实验使用日立荧光分光光度计 F-7100 和吸收样品池支架，测定了罗丹明B相对于荧光素的量子产率，作为标准品的荧光素的量子产率已知为 0.85。 首先测定荧光素和罗丹明B的吸收光谱， 图10荧光素和罗丹明B的吸收光谱 根据荧光素在492nm 处的吸光度计算得到对应的摩尔吸光系数8.3×10，同时根据罗丹明B在492nm 的吸光度，得到罗丹明B的摩尔吸光系数1.5×104。 利用标准比色皿支架测定荧光素和罗丹明B的荧光光谱，横坐标以波数表示，如下图，使用日立荧光分光光度计标配的操作软件 FL Solutions 计算荧光素和罗丹明B荧光峰的积分面积，得到荧光素的积分值为77，罗丹明B的积分值为150. 图11转换为波数的荧光光谱 根据以下相对量子产率的计算公式，计算出罗丹明B的相对量子产率为0.74，从而看出荧光素的发光效率比罗丹明B高。 其中，Ｆ为荧光光谱的波数积分值，e为摩尔吸光系数，q为量子产率，C为浓度，L为光程，X为样品，S为标准品。 5.总结 日立荧光量子产率测量附件具有高灵敏度和六位数的动态范围，即使样品量子产率比较低，也可以准确测定。高扫描速度测定，避免光敏性物质受激发光影响，使量子产率降低。同时校正积分球的波长特性，确保结果准确。同时提供吸收池支架，实现液体量子产率的测定。       量子产率的大小可以表示物质的发光能力，量子产率越大，说明荧光材料的质量越好。量子产率的类型，按照测定的样品来分，有两种，固体量子产率和液体量子产率。按照量子产率测定方式，可以分为绝 对量子产率和相对量子产率。本文为大家介绍量子产率测量过程中的一些技巧。