Absolute mesure du rendement quantique des échantillons de poudre

L'objectif général de cette procédure est de mesurer le rendement quantique absolu d'échantillons sous forme de poudre à l'aide d'un spectrophotomètre de fluorescence étalonné Hitachi F 7,000. La première étape de la procédure consiste à recueillir les facteurs de correction de la sphère intégrante afin de tenir compte de la réflectivité de la sphère intégrante utilisée pour les mesures. L'étape suivante consiste à mesurer l'échantillon de référence et l'échantillon à analyser.

Ensuite, des mesures d'excitation directe et indirecte sont utilisées pour calculer le rendement quantique corrigé. De plus, les coordonnées chromatiques sont calculées à l'aide des données d'émission de fluorescence de l'échantillon. En fin de compte, les mesures de rendement quantique calculées sont conformes à d'autres données publiées.

Les mesures du rendement quantique relatif dépendent du choix d’un étalon fiable. Malheureusement, à ce jour, aucun étalon de rendement quantique n’est disponible pour les échantillons sous forme de poudre. La méthode calorimétrique, par laquelle des rendements énergétiques absolus sont obtenus à partir des variations de température durant l’irradiation, repose sur le concept simple de comparer l’augmentation de température d’un échantillon luminescent irradié à celle d’un matériau non luminescent ayant une densité optique similaire.

L'énergie absorbée est calculée à partir du rapport des variations de température des deux échantillons. Ensuite, une formule est appliquée pour calculer le rendement quantique. La méthode calorimétrique ne tient pas compte de la réabsorption d'énergie par l'échantillon et dépend de la précision de la mesure de température, qui est généralement faible.

Ces limitations peuvent être surmontées en utilisant un système de mesure bien conçu du rendement quantique de fluorescence et en effectuant des mesures de la distribution spectrale, incluant les régions d'excitation et d'émission. Grâce à ces améliorations, cette méthode devient utile pour confirmer les valeurs de rendement quantique obtenues à l’aide d’autres techniques. Cette vidéo présente un spectrofluorimètre Hitachi F 7,000 équipé de l’accessoire de mesure du rendement quantique et du programme de génération de rapports.

Le F 7 000 est équipé d'un détecteur photomultiplicateur R 928 F à haute sensibilité et à plage étendue afin de générer des facteurs de correction spectrale pour l'instrument. Le F 7 000 est fourni avec une accessoire rumine, un diffuseur B, un filtre rouge et une source lumineuse substandard. Pour mesurer le rendement quantique, le F 7 000 nécessite une sphère intégrante de 60 millimètres, des carreaux blancs en oxyde d'aluminium, deux cellules en poudre de quartz, de la poudre d'oxyde d'aluminium et un logiciel de rendement quantique.

Pour calculer les coordonnées chromatiques, les données d'émission sont traitées par le logiciel générateur de rapports facultatif à l'aide d'un modèle personnalisé avant d'utiliser le spectrophotomètre de fluorescence F 7, 000, allumez-le et laissez la lampe au xénon chauffer pendant une heure avant d'utiliser le compartiment d'échantillonnage. Lors de la mesure des facteurs de correction de la sphère intégrante, le logiciel sélectionne automatiquement les paramètres d'essai de mesure pour acquérir les données du diffuseur. Placez le diffuseur dans le compartiment standard pour échantillon et fermez-le dans le logiciel.

Cliquez sur la fenêtre de mesure du facteur de correction du rendement quantique, puis sur la mesure du diffuseur. Ensuite, saisissez le nom du fichier pour les données du diffuseur et cliquez sur OK pour acquérir le facteur de correction sans échantillon, qui sert de référence. Retirez le compartiment à échantillon standard de l'appareil et installez la sphère d'intégration.

Remplissez maintenant la cellule à poudre avec de la poudre d'oxyde d'aluminium jusqu'à une hauteur d'au moins 25 millimètres. Assurez-vous que la poudre recouvre entièrement l'orifice de la sphère intégrante. Tapez délicatement le fond de la cellule pour tasser la poudre.

Placer la tuile blanche en oxyde d'aluminium dans le port de la sphère intégrante, orientée vers le monochromateur d'émission. Il s'agit du port de référence. Ensuite, placer la cellule à poudre contenant l'oxyde d'aluminium dans le port d'échantillon marqué P1, orienté vers le monochromateur d'excitation dans le logiciel.

Cliquez sur la fenêtre de mesure du facteur de correction du rendement quantique, puis sur la mesure à l’aide de la sphère d’intégration sans échantillon. Le logiciel vous rappellera de configurer les échantillons, saisissez le nom de fichier : facteur de correction F 70_tiret_bas_sans échantillon, puis cliquez sur OK. Pour acquérir le facteur de correction en présence d’un échantillon, remplacez la cellule par de la poudre d’oxyde d’aluminium. Avec le spectre sur le standard blanc, le standard doit être orienté vers le monochromateur d’excitation dans le logiciel.

Cliquez sur la fenêtre de mesure du facteur de correction du rendement quantique, puis sur la mesure avec sphère d'intégration contenant l'échantillon ; une invite de rappel s'affiche. Avant d'effectuer la mesure, saisissez le nom de fichier « facteur FCO avec échantillon » pour le fichier de données de la sphère d'intégration contenant l'échantillon, puis cliquez sur OK. Après chacune de ces mesures, un fichier de données distinct est enregistré dans le dossier approprié du répertoire FL Solutions.

Dans cette vidéo, le rendement quantique du salicylate de sodium sous forme de poudre est mesuré. Les caractéristiques spectrales de cet échantillon pour l'excitation et l'émission ne se superposent pas, ce qui le rend idéal pour une démonstration de la méthode de photoluminescence. La mesure du rendement quantique d'échantillons présentant une superposition entre excitation et émission est possible, mais la procédure exige une correction supplémentaire relative aux filtres de coupure utilisés pour éliminer les pics de diffusion.

La mesure du rendement quantique implique l'acquisition d'un spectre d'émission pour une référence blanche et pour un échantillon. Dans le logiciel, sélectionnez les paramètres analytiques de mesure en cliquant sur le bouton méthode. Sélectionnez l'onglet général sous le mode de mesure, puis choisissez l'analyse en fonction de la longueur d'onde.

Ensuite, saisissez les informations appropriées concernant l'opérateur et les accessoires. Cliquez maintenant sur l'onglet instrument et entrez les paramètres instrumentaux adaptés à l'échantillon. Sous mesure, aucun réglage supplémentaire n'est requis jusqu'après la collecte des données.

La vitesse de balayage peut être augmentée afin de réduire l'exposition de l'échantillon à la lumière. Cela pourrait améliorer les résultats pour certains échantillons avant de poursuivre. Vérifiez les paramètres et cliquez sur le bouton OK pour définir les paramètres de mesure sélectionnés sur l'appareil.

À ce stade, il est possible d'enregistrer les paramètres sélectionnés pour une utilisation ultérieure avant de poursuivre. N'oubliez pas de compacter l'échantillon en tapotant le fond de la cellule. Cela produira une surface plus uniforme, conduisant à de meilleures mesures.

Pour obtenir les meilleurs résultats, utilisez toujours des échantillons frais conservés selon les conditions du fabricant et protégés de la lumière. De plus, tenez compte du fait que des matériaux similaires provenant de fabricants différents peuvent donner des résultats différents. Commencez maintenant les mesures par excitation directe en plaçant la référence d'oxyde d'aluminium dans le port de mesure P un.

Il s'agit du port faisant face au côté d'excitation dans le logiciel. Cliquez sur le bouton exemple, saisissez le nom de l'échantillon, puis cliquez sur la case située à côté de AutoFile. Sélectionnez le dossier et le nom du fichier pour les données, puis cliquez sur enregistrer et sur OK.

Cliquez sur le bouton de mesure pour commencer à mesurer l'échantillon d'oxyde d'aluminium. Une fois la fenêtre de traitement des données ouverte, cliquez sur le bouton d'accès à l'ajustement automatique de l'échelle pour régler l'échelle. Pour visualiser le pic de diffusion avec excitation directe, procédez maintenant à la mesure de l'échantillon de salicylate de sodium en utilisant l'excitation directe.

Cliquez sur l'icône échantillon. Saisissez le nom de l'échantillon et du fichier, puis cliquez sur le bouton OK. Placez maintenant l'échantillon de salicylate de sodium dans la cellule à poudre et dans le port P1 de la sphère intégrante, orienté vers le faisceau lumineux d'excitation.

Ensuite, cliquez sur le bouton de mesure. Lorsque la fenêtre de traitement des données s'ouvre, cliquez sur le bouton d'ajustement automatique de l'axe pour régler l'échelle et visualiser les pics de diffusion et de fluorescence. Pour obtenir des données d'excitation indirecte, répétez le processus de prise de mesures pour chaque échantillon dans le port P deux de la sphère d'intégration.

Avant chaque mesure, cliquez sur le bouton échantillon et saisissez le nom d'échantillon et de fichier approprié. Placez la cuve contenant l'échantillon d'oxyde d'aluminium dans le port P deux, celui faisant face au monochromateur d'émission. Ensuite, placez la tuile blanche dans le port P un, celui faisant face au monochromateur d'excitation.

Cliquez de nouveau sur le bouton de mesure pour lire l'échantillon. Pour terminer la mesure de l'échantillon, mesurez l'échantillon de salicylate de sodium en utilisant une irradiation indirecte. Commencez par saisir l'échantillon dans les noms de fichiers comme dans les étapes précédentes.

Retirez l'échantillon d'oxyde d'aluminium du P à deux ports et remplacez-le par l'échantillon de salicylate de sodium. Cliquez ensuite sur le bouton de mesure pour calculer le rendement quantique. Commencez par charger les facteurs de correction de la sphère intégrante.

Cliquez sur le bouton de calcul du rendement quantique pour ouvrir le programme de calcul du rendement quantique. Ensuite, cliquez sur le bouton de réglage du facteur de correction du rendement quantique. Puis, cliquez sur l'onglet de correction de la sphère intégrante et cochez la case située devant la correction de la sphère intégrante.

Maintenant, cliquez sur l'onglet de correction du filtre et assurez-vous que la case de correction du filtre est désactivée. Étant donné que nous n'avons pas utilisé de filtres pour nos mesures, cliquez à nouveau sur l'onglet de correction de la sphère intégrante. Cliquez sur le bouton Charger dans la section des données de mesure diffuse.

Ensuite, sélectionnez le fichier iscore_factor_F_70_diffuser, puis cliquez sur le bouton de chargement. Cliquez ensuite sur le bouton de chargement de la section Données de mesure de la sphère intégrante sans échantillon, sélectionnez et chargez le fichier iscore_factor_F_70, sans échantillon. Cliquez maintenant sur le bouton de chargement de la section Données de mesure de la sphère intégrante avec échantillon.

Cliquez sur le fichier du facteur FCO avec l'échantillon, puis cliquez sur le bouton de chargement. La longueur d'onde normalisée peut être conservée à 600 nanomètres ou ajustée à la valeur de longueur d'onde pour laquelle la correction de la sphère intégrante est égale à un. Pour ce faire, assurez-vous que la case située devant la fenêtre d'affichage du calcul du rendement quantique est cochée, puis cliquez sur le bouton OK de la fenêtre de réglage du facteur de rendement quantique afin de fermer cette fenêtre.

Maintenant, cliquez sur l'onglet de correction de la sphère intégrante dans la fenêtre de calcul du rendement quantique et ajustez le curseur jusqu'à ce que la valeur de correction de la sphère intégrante soit égale à un. Notez la longueur d'onde, puis sélectionnez le paramètre du facteur de correction du rendement quantique et modifiez la longueur d'onde normalisée en utilisant la valeur qui vient d'être obtenue. Très bien, le nouveau paramètre.

Remarquez que le programme limite la valeur entre 600 et 650 nanomètres. L'étape suivante consiste à charger les fichiers de données du témoin et de l'échantillon. Cliquez sur l'onglet de calcul du rendement quantique dans la fenêtre de calcul du rendement quantique pour charger les données sans échantillon en cas d'excitation directe, en cliquant sur le bouton de chargement.

Ensuite, chargez les données avec l'échantillon pour l'excitation directe. Sélectionnez maintenant les régions de diffusion et de fluorescence à l'aide du curseur afin de calculer le rendement quantique pour l'excitation directe de l'échantillon, cliquez sur le bouton de calcul et lisez les résultats. Ces données représentent l'échantillon en tenant compte de l'excitation directe.

Ces données sont utilisées pour le calcul final du rendement quantique. Enregistrez-les dans un fichier texte sous le nom QI irradiation directe. Chargez maintenant les fichiers de données pour l'oxyde d'aluminium mesuré par excitation indirecte et pour le salicylate de sodium mesuré par excitation indirecte.

En suivant la même procédure utilisée pour l'excitation directe, développez et sélectionnez les régions de diffusion et de fluorescence dans les fenêtres gauche et droite de la fenêtre de calcul du rendement quantique. Cliquez ensuite sur le bouton de calcul pour déterminer les données de rendement quantique par excitation indirecte. Ensuite, enregistrez ces données pour le calcul final du rendement quantique sous forme de fichier texte portant le nom QI excitation indirecte.

À l'aide d'un tableur, déterminez le rendement quantique de l'échantillon en important les données des fichiers texte et en effectuant les calculs appropriés pour calculer la chromaticité du fichier de données ouvert P1 salicylate de sodium. Il s'agit des données d'émission par excitation directe pour l'échantillon de salicylate de sodium. Cliquez maintenant sur le bouton propriété, puis sur l'onglet rapport.

Dans les paramètres de sortie, sélectionnez « utiliser la feuille du générateur d'impression » dans le menu déroulant. Dans les éléments d'impression, sélectionnez le fichier modèle. Ensuite, cliquez sur le bouton ouvrir.

Il n'est pas nécessaire de sélectionner la plage de longueurs d'onde ou l'intervalle, car cela se fait automatiquement. L'étape suivante consiste à créer le rapport de chromaticité. Pour ce faire, cliquez sur l'onglet rapport.

Cela exécute la macro et enregistre les données dans le dossier des rapports au format feuille de calcul, sous le nom de l'échantillon. Le rapport s'ouvre, exécute la macro permettant de calculer la chromaticité, puis se ferme automatiquement.

À ce stade, nous pouvons ouvrir le rapport de chromaticité C enregistré sous le même nom que le fichier échantillon utilisé pour effectuer le calcul. Ce rapport sert principalement à calculer la couleur perçue d'un échantillon fluorescent. Dans ce cas, les résultats numériques arrondis du salicylate de sodium pour les coordonnées de chromaticité tristimulus X, Y, Z, les valeurs XY et la longueur d'onde dominante WL sont présentés en haut des graphiques deux et trois.

En bas du fichier figurent également les résultats numériques et le diagramme chromatique CIE indiquant la position de la couleur perçue pour l'échantillon. L'analyse a commencé par la collecte des données de mesure du diffuseur. Ensuite, les données ont été recueillies à partir de la sphère intégrante sans échantillon, puis à partir de la sphère intégrante en présence d'un échantillon, en utilisant une norme spectrale blanche, et les données ont été extraites des écrans de calcul du rendement quantique pour l'excitation directe et l'excitation indirecte.

Nous utilisons la formule de la figure huit pour calculer le rendement quantique, en tenant compte de l'excitation indirecte de l'échantillon après les calculs, ces données donnant un rendement quantique de 0,47 pour l'échantillon, valeur conforme aux valeurs rapportées comprises entre 0,4 et 0,5. Cette technique a ouvert la voie aux chercheurs explorant de meilleurs matériaux luminescents pour des dispositifs d'éclairage innovants, ainsi que des colorants permettant de mesurer les rendements quantiques de matériaux sous forme de poudre. N'oubliez pas que le travail avec des matériaux en poudre fine peut être extrêmement dangereux, et que des précautions telles que l'utilisation d'équipements de protection appropriés doivent toujours être prises lors de l'exécution de cette procédure.