Name: 粉末样品的绝对量子产量测量 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-05-12T14:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 20 s
Description: 学习使用日立F-7000荧光分光光度计测量粉末样品的绝对量子产率，通过积分球校正因子和直接/间接激发测量计算色度坐标，该方法可验证发光材料的光子发射效率。

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<ol><li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Quantum+Yield+Measurement+of+Sodium+Salicylate%22">Quantum Yield Measurement of Sodium Salicylate</a>. FL080002, Hitachi High Technologies Corporation. 1(2008).</li>
<li>Lakowicz, J. R. Principles of Fluorescence Spectroscopy. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLakowicz%2C+JR+%22Science+and+Business+Media%2C+LLC%22">Science and Business Media, LLC</a>. 60, Springer. New York, N.Y. (2006).</li>
<li>Horigome, J., Wakui, T., Shirasaki, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Simple+Correction+Method+for+Determination+of+Absolute+Fluorescence+Quantum+Yields+of+Solid+Samples+with+a+conventional+Fluorescence+Spectrophotometer%5BTitle%5D)+AND+%22Bunseki+Kagako%22%5BJournal%5D)">A Simple Correction Method for Determination of Absolute Fluorescence Quantum Yields of Solid Samples with a conventional Fluorescence Spectrophotometer.</a> Bunseki Kagako. 58 (6), 553-559 (2009).</li>
</ol>

Luis A. Moreno 供职于生产本文所用仪器的 Hitachi High Technologies America 公司。

<table><tbody><tr><td>水杨酸钠粉末</td><td>Wako Pure Chemical Industries, Ltd.</td><td>191-03142</td><td>分子量 160.10</td></tr></tbody></table>

粉末样品绝对量子产率测量

Absolute Quantum Yield Measurement of Powder Samples

荧光量子产率的测量已成为照明、音视频设备、有机EL材料、薄膜、滤光片以及生物工业用荧光探针的研发、评估、质量控制和研究中寻找新解决方案的重要工具。
量子产率是通过材料吸收的光子数与发射的光子数之比来计算的。量子产率越高，荧光材料的效率越好。
本视频中介绍的测量将使用配备量子产率测量附件和报告生成程序的Hitachi F-7000荧光分光光度计。所提供的所有信息均适用于该系统。
粉末样品中量子产率的测量按以下步骤进行：
<ol>
 <li>生成激发和发射单色仪的仪器校正因子。这是准确测量量子产率的重要前提。该步骤已在仪器的全测量范围内预先完成，由于时间限制，本视频中将不展示此过程。</li>
 <li>测量积分球校正因子。此步骤的目的是考虑用于测量的积分球自身的反射特性。</li>
 <li>使用直接激发和间接激发进行参比样品和待测样品的测量。</li>
 <li>利用直接激发和间接激发计算量子产率。直接激发是指样品直接面对激发光束的情况，属于常规测量设置。然而，由于我们使用积分球，样品荧光产生的部分发射光子会被积分球内壁反射并再次激发样品，因此必须考虑间接激发的影响。这一影响通过将样品置于面向发射单色仪的端口进行测量，计算间接量子产率，并对直接量子产率结果进行校正来实现。</li>
 <li>校正后的量子产率计算。</li>
 <li>使用报告生成程序（Report Generator）计算色度坐标。</li>
</ol>
日立F-7000量子产率测量系统在本应用中具有以下优势：
<ul>
 <li>高灵敏度（信噪比 RMS 达 800 或更高）。信号是指在以下条件下测得的水的拉曼谱带：激发波长 350 nm，激发和发射带宽均为 5 nm，响应时间 2 秒）；噪声是在拉曼峰最大值处测得。高灵敏度使得即使量子产率很低的样品也能进行测量。使用该系统，我们测得水杨酸样品的量子产率低至 0.1，钨酸镁样品的量子产率高达 0.8。</li>
 <li>测量精度高，动态范围达六个数量级，可在相同条件下同时测量高强度的尖锐散射峰和低强度的宽荧光峰。</li>
 <li>由于扫描速度高达 60,000 nm/分钟并具备自动快门功能，实现了高测量通量并减少了样品的光照暴露。</li>
 <li>可在 240 至 800 nm 的宽波长范围内测量量子产率。</li>
 <li>准确的量子产率测量结果得益于在测量样品前采集仪器的光谱响应和积分球校正因子。</li>
 <li>专用且易于使用的软件提供多种可计算参数。</li>
</ul> 
在本视频中，我们将测量粉末状水杨酸钠的量子产率，其已知量子产率值为 0.4 至 0.5。

在本视频中，我们将演示如何使用日立F-7000量子产率测量系统，直接对粉末样品进行绝对量子产率和色度坐标测量与计算。

荧光量子产率的测量已成为寻找新解决方案的重要工具，广泛应用于材料开发、评估、质量控制以及……

本实验的总体目标是使用校准后的日立F 7,000型荧光分光光度计测量粉末样品的绝对量子产率。实验的第一步是采集积分球校正因子，以校正测量所用积分球反射率的影响。下一步是测量参比样品和待测样品。然后利用直接和间接激发测量来计算校正后的量子产率。此外，使用样品的荧光发射数据计算色度坐标。最终，所计算的量子产率测量结果与其他已发表的数据一致。相对量子产率的测量依赖于可靠标准物的选择。遗憾的是，迄今为止，尚无适用于粉末样品的量子产率标准物。量热法通过辐照过程中温度变化获得绝对能量产率，其基本原理是将受辐照发光样品的温升与具有相似光学密度的非发光材料的温升进行比较。吸收的能量通过两个样品温度变化的比值来计算，然后应用公式计算量子产率。量热法不考虑样品对能量的再吸收，且依赖于温度测量的准确性，而温度测量的准确性通常较低。通过使用设计良好的荧光量子产率测量系统，并对光谱分布进行测量（包括激发和发射区域），可以克服这些局限性。在此改进基础上，该方法可作为一种有效手段，用于验证通过其他技术获得的量子产率读数。本视频展示了一台配备量子产率测量附件及报告生成程序的 Hitachi F 7,000 荧光分光光度计。F 7,000 配备了高灵敏度扩展范围的 R 928 F 光电倍增检测器，用于生成仪器的光谱校正因子。F 7,000 配有荧光附件、B 型漫射器、红色滤光片和次标准光源。为测量量子产率，F 7,000 需要一个 60 毫米积分球、氧化铝白色瓷砖、一个白色标准、两个石英粉末样品池、氧化铝粉末以及量子产率软件。为计算色度坐标，需在使用F 7,000荧光分光光度计之前，先通过可选的报告生成软件并使用自定义模板对发射数据进行处理。开启仪器后，需让氙灯预热一小时，然后方可使用样品室。在测量积分球校正因子时，软件将自动选择测量测试参数以获取漫射器数据。将漫射器放置于标准样品室中，并在软件中将其关闭。单击窗口量子产率校正因子测量，然后单击漫射器测量。接下来，输入漫射器数据的文件名，单击“确定”以获取无样品时的校正因子，该因子将用作参考。从仪器上移除标准样品室，并安装积分球。现在，将氧化铝粉末填充至样品杯中，高度至少达到25毫米。确保粉末完全覆盖积分球的测量口。轻轻敲击样品杯底部，使粉末压实。将氧化铝白板放置于积分球的参考端口，使其面向发射单色仪。此为参考端口。然后将装有氧化铝的粉末样品池置于软件中标记为 P1 的样品端口，使其面向激发单色仪。单击量子产率校正因子测量窗口，然后选择无样品的积分球测量，软件将提示您设置样品，输入文件名 iscore factor F 70_无样品，然后单击确定。要在有样品的情况下获取校正因子，需将样品更换为氧化铝粉末。在使用白色标准进行光谱测量时，标准样品必须面向激发单色器，并在软件中正确设置。单击量子产率校正因子测量窗口，然后选择带样品的积分球测量，系统将提供提示信息。在进行测量前，输入文件名：带样品的校正因子 FCO，用于保存带样品的积分球数据文件，然后单击确定。每次测量后，都会在 FL Solutions 目录的正确文件夹中单独保存一个数据文件。在本视频中，测量了粉末状水杨酸钠的量子产率。该样品的激发和发射光谱特征不重叠，因此非常适合作为光致发光法的演示实例。虽然也可以测量激发与发射光谱重叠的样品的量子产率，但该过程需要对用于消除散射峰的截止滤光片进行额外校正。量子产率的测量包括获取空白参比和样品测量的发射光谱。在软件中，通过点击方法按钮选择分析测量参数。在测量模式下选择通用选项卡，然后选择波长扫描。然后输入操作人员和配件的相关信息。现在点击仪器选项卡，并输入适合该样品的仪器参数。在测量部分，数据采集完成前无需进行其他设置。可提高扫描速度以减少样品的光照暴露。这可能会在继续操作前改善某些样品的成像结果。检查设置并单击确定按钮，以在仪器中设定所选的测量参数。此时，可在继续操作前保存所选设置以供将来使用。记得通过轻敲离心管底部使样品压实，这将形成更均匀的表面，从而获得更准确的测量结果。为获得最佳结果，应始终使用按照制造商条件储存且避光保存的新鲜样品。同时需注意，不同制造商生产的相似材料可能会产生不同的结果。现在，将氧化铝参比物放入测量端口 P1，开始进行直接激发测量。这是软件中面向激发侧的端口。单击样本按钮，输入样本名称，然后单击“自动保存文件”（AutoFile）旁边的复选框。选择数据的文件夹和文件名，然后单击保存并确定。单击测量按钮以开始测量氧化铝样品。数据处理窗口打开后，单击自动缩放按钮以调整刻度。为了观察直接激发下的散射峰，请接下来使用直接激发方式测量水杨酸钠样品。单击样品图标。输入样品名称和文件名，然后点击确定按钮。现在将水杨酸钠样品放入粉末池中，并置于积分球的 P1 端口，使其面向激发光束方向。然后点击测量按钮。当数据处理窗口打开后，点击自动调整坐标轴按钮，以调整比例并显示散射和荧光峰。为获得间接激发数据，需在积分球的 P 二端口对每个样品重复进行测量。每次测量前，单击样品按钮并输入相应的样品和文件名。将装有氧化铝样品的比色皿放入P2端口，即朝向发射单色仪的端口；然后将白板放入P1端口，即朝向激发单色仪的端口。再次点击测量按钮以读取样品。为完成样品测量，使用间接辐照法测量水杨酸钠样品。首先，我们在文件名中输入样品信息，如同之前的步骤。将氧化铝样品从P型双端口取出，并替换为水杨酸钠样品。然后点击测量按钮以计算量子产率。首先加载积分球校正因子。单击量子产率计算按钮，打开量子产率计算程序。然后单击量子产率校正因子设置按钮。随后，单击积分球校正选项卡，并勾选积分球校正前方的复选框。现在点击滤光校正选项卡，确保取消选中滤光校正框。由于我们的测量未使用滤光片，请再次点击积分球校正选项卡。然后点击漫反射测量数据部分中的加载按钮。然后选择文件 iscore_factor_F_70_diffuser，点击加载按钮。接下来，点击“积分球测量数据（无样品）”部分的加载按钮，选择并加载文件 iscore_factor_F_70，无样品。现在点击“积分球测量数据（有样品）”部分的加载按钮。单击包含样品的 FCO 因子文件，然后点击加载按钮。归一化波长可保持在 600 纳米，或调整至积分球校正等于 1 的波长值。为此，请确保选中显示量子产率计算窗口前的复选框，然后点击量子产率因子设置窗口中的确定按钮以关闭该窗口。现在点击量子产率计算窗口中的积分球校正选项卡，调整光标直至积分球校正读数为1。记录下此时的波长，然后选择量子产率校正因子设置，并将归一化波长更改为刚刚获得的读数。好的，完成新设置。请注意，该程序将波长值限制在 600 至 650 纳米之间。下一步是加载基线和样品数据文件。点击量子产率计算窗口中的量子产率计算选项卡，然后单击“加载”按钮，加载不含样品的直接激发数据。然后加载样品的直接激发数据。接下来，使用光标选择散射和荧光区域，以计算样品直接激发的量子产率，点击计算按钮并读取结果。该数据表示在考虑直接激发条件下样品的测量结果。该数据用于量子产率的最终计算。将其保存为文本文件，文件名为 QI direct irradiation。现在加载使用间接激发测得的氧化铝数据文件，以及使用间接激发测得的水杨酸钠数据文件。按照直接激发所用的相同步骤，在量子产率计算窗口的左侧和右侧窗口中展开并选择散射和荧光区域。然后点击计算按钮，使用间接激发计算量子产率数据。接下来，将此数据保存为文本文件，用于最终的量子产率计算，文件名为 QI indirect irradiation。使用电子表格，通过导入文本文件中的数据并进行相应的计算，以确定样品的量子产率，打开数据文件 P1，即水杨酸钠。这是水杨酸钠样品的直接激发-发射数据。现在点击属性按钮，然后点击报告选项卡。在输出设置下，从下拉菜单中选择使用打印生成器表格。在打印项目中，选择模板文件，然后单击打开按钮。无需选择波长范围或间隔，因为系统会自动完成。下一步是生成色度报告。为此，请单击报告选项卡。此操作将执行宏，并以电子表格格式将数据保存在报告文件夹中，文件名与样品名称一致。报告将自动打开，执行宏以计算色度，随后自动关闭。此时，我们可以打开与用于计算的样本文件同名保存的C色度报告。该报告主要用于计算荧光样品的表观颜色。在此情况下，水杨酸钠的三刺激值X、Y、Z色度坐标XY以及主波长WL的四舍五入数值结果呈现在玫瑰色的第二和第三区域上方。文件底部还包含数值结果以及CIE色度图，图中显示了样品所感知颜色的位置。分析开始时，首先收集了漫射器的测量数据，然后收集了积分球在无样品情况下的数据，以及在存在样品的情况下使用白色光谱标准时积分球的数据，并从量子产率计算界面中提取了直接激发和间接激发的数据。我们使用图八中的公式来计算量子产率，在考虑样品经间接激发后的计算结果后，得到该样品的量子产率为 0.47，与文献报道的 0.4 至 0.5 之间的数值一致。该技术为研究人员探索用于新型照明器件的更高效发光材料以及用于测量粉末材料量子效率的染料提供了基础。请务必注意，操作细粉末材料可能具有极高危险性，在进行该实验操作时，应始终采取适当防护措施，例如使用合适的个人防护装备。

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粉末样品的绝对量子产量测量

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