מאמר שיטה

מדידה אבסולוטית קוונטית תשואה של דוגמאות אבקת

29.7K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/3066

⸱

12 במאי 2012

1Marketing and Applications, Hitachi High Technologies America

במאמר זה

סיכום

בסרטון זה נדגים מדידה וחישוב תשואה אבסולוטית הקוונטים chromaticity מרכזת ישירות דגימות באמצעות אבקת Hitachi F-7000 מערכת קוונטית תשואה מדידה.

תקציר

מדידה של נצילות קוונטית של פלואורסצנציה הפכה לכלי חשוב בחיפוש אחר פתרונות חדשים בפיתוח, הערכה, בקרת איכות ומחקר של תאורה, ציוד אודיו-ויזואלי (AV), חומרים אורגניים להפסקת אור (EL), סרטים, מסננים וגששים פלואורסצנטיים עבור התעשייה הביולוגית.

תפוקה קוונטית מחושבת כיחס בין מספר הפוטונים שנספגו למספר הפוטונים שנפלטו על ידי חומר. ככל שהתפוקה הקוונטית גבוהה יותר, כך יעילותו של החומר הפלואורסצנטי גבוהה יותר.

עבור המדידות המוצגות בסרטון זה, נשתמש בספקטרופוטומטר פלואורסצנציה מדגם Hitachi F-7000 המצויד באביזר למדידת Quantum Yield ובתוכנת Report Generator. כל המידע המסופק חל על מערכת זו.

מדידת תבואת הקוונטום בדגימות אבקה מבוצעת לפי השלבים הבאים:

  1. יצירת פקטורי תיקון של המכשיר עבור המונוכרומטורים של העירור והפליטה. זהו דרישה חשובה למדידה נכונה של ניצול קוונטי. פעולה זו בוצעה מראש עבור כל טווח המדידה של המכשיר ולא תוצג בסרטון זה בשל מגבלות זמן.
  2. מדידה של פקטורי תיקון של ספירה משולבת. מטרת שלב זה היא להתחשב במאפייני החזרות של הספירה המשולבת המשמשת למדידות.
  3. מדידת דגם ומדידת ייחוס באמצעות עירור ישיר ועירור עקיף.
  4. חישוב ניצול קוונטי באמצעות עירור ישיר ועקיף. עירור ישיר הוא מצב שבו הדגם פונה ישירות אל קרן העירור, המהווה את מערך המדידה הרגיל. עם זאת, מכיוון שאנו משתמשים בספירה משולבת, חלק מהפוטונים הנפלטים כתוצאה מהפלוורסצנציה של הדגם מוחזרים על ידי הספירה המשולבת ויעוררו מחדש את הדגם, לכן עלינו להתחשב בעירור עקיף. הדבר מבוצע על ידי מדידת הדגם כאשר הוא ממוקם בפתח הפונה אל מונוכרומטור הפליטה, חישוב הניצול הקוונטי העקיף ותיקון חישוב הניצול הקוונטי הישיר.
  5. חישוב ניצול קוונטי מתוקן.
  6. חישוב קואורדינטות כרומטיות באמצעות תוכנת Report Generator.

מערכת מדידת התפוקה הקוונטית Hitachi F-7000 מציעה יתרונות ליישום זה, כדלקמן:

  • רגישות גבוהה (יחס S/N של 800 או יותר RMS). האות הוא פס ה-Raman של מים שנמדד בתנאים הבאים: אורך גל עירור 350 nm, רוחב פס עירור ופליטה 5 nm, זמן תגובה 2 sec); הרעש נמדד בשיאו של פס ה-Raman. רגישות גבוהה מאפשרת מדידה של דגימות גם עם נבחה קוונטית נמוכה. באמצעות מערכת זו מדדנו נבחה קוונטית נמוכה עד 0.1 עבור דגימה של חומצה סליצילית וגבוהה עד 0.8 עבור דגימה של מגנזיום טונגסטט.
  • מדידה מדויקת מאוד עם טווח דינמי של 6 סדרי גודל מאפשרת מדידה הן של פסגי פיזור חדות בעוצמה גבוהה, והן של פסגי פלואורסצנציה רחבים בעוצמה נמוכה תחת אותם תנאים.
  • תפוקת מדידה גבוהה וחשיפה מופחתת של הדגימה לאור, הודות למהירות סריקה גבוהה של עד 60,000 nm/minute ותפקוד תריס אוטומטי.
  • מדידת נבחה קוונטית על פני טווח אורכי גל רחב מ-240 עד 800 nm.
  • מדידות מדויקות של נבחה קוונטית הן תוצאה של איסוף תגובת הספקטרום של המכשיר וגורמי תיקון של ספירה אינטגרלית לפני מדידת הדגימה.
  • מבחר רחב של פרמטרים מחושבים המסופקים על ידי תוכנה ייעודית וקלה לשימוש.

במהלך סרטון זה נמדוד סודיום סליצילאט בצורת אבקה, אשר ידוע כי ערך תבואת הקוונטום שלו הוא 0.4 עד 0.5.

פרוטוקול

1. תצורת מערכת

  1. F-7000 ספקטרופוטומטר Fluorescence מצויד גבוהה מכפיל רגישות המורחבת טווח R-928F גלאי.
  2. F-7000 אביזרים: Rhodamine B, מפזר אור, אדום מסנן משנה רגילה מקור אור שימשו כדי ליצור את הגורמים תיקון ספקטרליים עבור המכשיר.
  3. אביזר קוונטית תשואה מדידה, הכולל: 60 מ"מ שילוב כדור, אריחים אלומיניום אוקסיד לבן, Spectralon לבן רגיל, תאים (אבקת 2ea), אבקת אלומיניום אוקסיד ותוכנה קוונטית תשואה.
  4. מחולל דוחות התוכנית תבנית מתאימה ישמש לחישוב קואורדינטות chromaticity.

2. מערכת ההתקנה

  1. הפעל ספקטרופוטומטר F-7000 Hitachi הקרינה ולאפשר מנורת קסנון להתחמם במשך שעה אחת. להתחיל להשתמש בתא מדגם רגיל (בעל קובט) מותקן במכשיר.

3. ACQuisition של שילוב גורמים תיקון כדור

כאשר מודדים תיקון הגורמים שילוב כדור, התוכנה בוחרת אוטומטית את הפרמטרים של הבדיקה מדידה הרשומים בטבלה 1.

אנליטיים תנאי
מדידה אורך הגל סריקה
סריקה במצב סינכרוני
מצב נתונים פלואורסצנציה
EM WL 200 ננומטר
EX התחל WL 200 ננומטר
סוף EX WL 900 ננומטר
מהירות סריקה 240 ננומטר / דקה
לעכב 5.0 של
EX סדק 5.0 ננומטר
EM ושיסף 20 ננומטר
PMT מתח 250 V
תיקון ספקטרה על
תגובה אוטומטי

טבלה 1.

3.1. רכישת נתונים מפזר

  1. מניחים מפזר בתא מדגם רגיל לסגור את תא הדגימה.
  2. לחץ על חלון מדידה קוונטית תשואה תיקון פקטור ולאחר מכן, מדידה מפזר.
  3. הזן את שם הקובץ: "IS_factor_F70_diffuser" עבור הנתונים מפזר ולחץ על אישור (Video 1).
  4. לאחר המדידה, הקובץ יישמר בתיקייה "נכון" של פתרונות פלורידה. איור 1 הוא דוגמה של נתוני מדידה מפזר.

3.2. רכישת גורם התיקון למדגם לא (הפניה)

  1. הסר את תא מדגם רגיל של המכשיר, חנות מפזר, ולאחר מכן להתקין את הכדור שילוב.
  2. למלא את התא עם אבקת אבקת אלומיניום אוקסיד עד לגובה של 25 מ"מ לפחות, כדי לוודא אבקת מכסה באופן מלא את נמל בתחום שילוב. לחץ על החלק התחתון של התא בזהירות כדי לדחוס את האבקה.
  3. מניחים את תחמוצת אלומיניום אריחים לבנים בנמל הפניה (P2) של כדור שילוב (1 מול monochromator פליטה) לבין תאים עם אבקת תחמוצת אלומיניום בנמל המדגם (P1) של כדור שילוב (1 מול monochromator עירור ).
  4. לחצו על החלון תיקון קוונטית תשואה פקטור מדידה, אז על שילוב מדידה כדור (ללא מדגם) (וידאו 2).
  5. תוכנות יזכיר לך להגדיר את הדגימות. הזן את השם "הוא עם מדגם לא" ולחץ על אישור.
  6. לאחר המדידה, הקובץ יישמר בתיקייה "Correc T "של פתרונות פלורידה. איור 2 הוא דוגמה של כדור שילוב ללא נתוני המדידה לדוגמה.

    7. 3.3. רכישת גורם התיקון בנוכחות מדגם:

    1. הסר את התא עם אבקת תחמוצת אלומיניום ולהחליף אותו תקן Spectralon לבן. (תקן Spectralon צריך להיות מול monochromator עירור (P1)).
    2. לחצו על החלון תיקון קוונטית תשואה פקטור מדידה ולאחר מכן על שילוב מדידה כדור (עם מדגם). תוכנות יזכיר לך להגדיר חומר ההחזרה רגיל למדידה.
    3. הזן את השם: "הוא עם מדגם" על התחום שילוב עם קובץ מדגם נתונים ולחץ על אישור (Video 3).
    4. לאחר המדידה, הקובץ יישמר בתיקייה "נכון" של פתרונות פלורידה. איור 3 הוא דוגמה כדור שילוב עם נתוני המדידה לדוגמה.
    "> הערה: במקרה אתה צריך להשתמש במסננים גזורים כדי לחסום את האור 2 פיזור כדי בצד הפליטה אשר מפריעים שיא הקרינה, תצטרך למדוד את המחקר באמצעות מפזר בלבד גם מפזר את המסנן המתאים אלו. קבצי הנתונים ישמש את התוכנה בעת חישוב התשואה הקוונטים. בפועל מומלץ למדוד את כל המסננים גזורים כחלק ראשוני להגדיר את המערכת.

    4. לדוגמא מדידה (סליצילט אבקת נתרן)

    מדידה קוונטית תשואה כוללת רכישת ספקטרום פליטת למדגם, הן לא (הפניה), ובנוכחות של המדגם. בחר את הפרמטרים מדידה אנליטיים כדלקמן:

    1. לחץ על כפתור "שיטה" וגם את הסריקה כללי גל בחר בכרטיסייה כמצב מדידה להזין את המידע המתאים על מפעיל ואביזרים(סרטון 4).
    2. לחץ על הכרטיסייה "כלי" ולהזין את הפרמטרים עבור מכשיר מדידה כפי שמוצג בטבלה 2 (וידאו 5).
    אנליטיים תנאי
    מדידה אורך הגל סריקה
    סריקה במצב פליטה
    מצב נתונים פלואורסצנציה
    EX WL 350 ננומטר
    EM התחל WL 330 ננומטר
    EM סוף WL 600 ננומטר
    מהירות סריקה 1200 ננומטר / דקה
    לעכב 0 s
    EX סדק 5.0 ננומטר
    EM ושיסף 5.0 ננומטר
    PMT מתח 350 V
    תיקון ספקטרה על
    תגובה אוטומטי
    תיקון ספקטרה על

    טבלה 2.

    1. הגדרות ללא תוספת נדרשים בשלב זה מאז צג, עיבוד דווח על הכרטיסייה 'הגדרות' ניתן לאחר הנתונים כבר נמדד. אנחנו רק הולכים לבחון אותם ולאחר מכן לחץ על OK, כדי להגדיר את הפרמטרים שנבחרו מדידה במכשיר (וידאו 6).
    2. כאופציה, הגדרות שנבחרו ניתן לשמור לשימוש עתידי. נמשיך כעת למדידת תחמוצת אלומיניום התייחסות בתקן באמצעות עירור ישיר.
    3. הנח את תא אבקת אבקת Al2O3 בנמל מדגם המדידה (P1) (מול קרן עירור).
    4. לחץ על כפתור "דוגמה"והקלד את שם המדגם: "P1_Baseline_Al2O3", ואז ללחוץ על התיבה ליד "קובץ אוטומטי". בחר את שם התיקייה ואת קובץ הנתונים: "P1_Baseline_Al2O3", ואז ללחוץ "שמור" או "אישור" (וידאו 7).
    5. לחץ על כפתור "מידה" למדידת מדגם Al2O3. (סרטון 8), לאחר עיבוד הנתונים בחלון שנפתח, לחץ על "סולם אוטומטי ציר" כפתור להתאים את קנה המידה, כדי להמחיש את השיא פיזור עם עירור ישיר (איור 4).
    6. עכשיו נמשיך למדוד דוגמה של salicylate נתרן באמצעות עירור ישיר. לחצו על סמל "דוגמה" והזן "סליצילט P1_Sodium" שם לדוגמה קובץ, ואז ללחוץ על כפתור OK (סרטון 9).
    7. מניחים את המדגם salicylate נתרן בתא אבקת בנמל P1 של כדור שילוב (יציאת מול קרן אור עירור) ולחץ על כפתור "מדוד". (וידאו 10) לאחר עיבוד הנתוניםing בחלון שנפתח, לחץ על "סולם אוטומטי ציר" על מנת להתאים את קנה המידה ואת לדמיין את פיזור הקרינה פסגות.
    8. בשלב זה נוכל לחזור על המדידות עבור תחמוצת אלומיניום salicylate נתרן עם דגימות להציב בנמל P2 של כדור שילוב, על מנת לקרוא אותם באמצעות עירור עקיפה.
    9. תחילה לחצו על הכפתור "דוגמה" והקלד את שם הקובץ לדוגמה: "P2_Baseline_Al2O3" בשביל שניהם (וידאו 11).
    10. העבר את תחמוצת אלומיניום אריח לבן P2 ל P1 של כדור שילוב ומניחים התא מלא אבקת אלומיניום אוקסיד ב P2.
    11. לחץ על כפתור "מידה" לקרוא את המדגם (וידאו 12).
    12. כדי להשלים את המדידה מדגם אנחנו צריכים למדוד את המדגם salicylate נתרן באמצעות הקרנה ישירה. ראשית אנחנו הקלד את המדגם שמות קבצים כמו בשלבים הקודמים. שם יהיה סליצילט P2_Sodium (וידאו 13).
    13. מניחים את המדגם salicylate נתרן בנמל P2 של כדור שילוב, ולחץ על הלחצן מדידה (וידאו 14).

    5. Quantum חישוב תשואה

    ראשון נמשיך טוען תיקון הגורמים שילוב כדור.

    1. לחץ על כפתור חישוב תשואה קוונטית כדי לפתוח את התשואה חישוב קוונטי התוכנית (וידאו 15).
    2. לחץ על כפתור תיקון קוונטית תשואה הגדרת פקטור (וידאו 16).
    3. לחץ על הכרטיסייה שילוב תיקון כדור ולחץ על התיבה מול "תיקון בתחום שילוב", ואז ללחוץ על לשונית תיקון מסנן ולוודא את תיבת "מסנן תיקון" הוא שלא נבחרו, לחץ שוב על לשונית שילוב תיקון כדור (וידאו 17 ).
    4. לחץ על הכפתור Load של הסעיף מדידה נתונים מפוזר, ולאחר מכן בחר קובץ "IS_factor_F70 לא מדגם" (
    5. בחר "IS_factor_F70_diffuser" קובץ ולאחר מכן לחץ על כפתור הטעינה (וידאו 19).
    6. לחץ על הכפתור Load של נתוני המדידה שילוב כדור (ללא מדגם) סעיף (וידאו 20).
    7. בחר "IS_factor_F70 לא מדגם" קובץ ולאחר מכן לחץ על כפתור הטעינה (וידאו 21).
    8. לחץ על הכפתור Load של נתוני המדידה שילוב כדור (עם מדגם) סעיף (וידאו 22).
    9. בחר "IS_factor_F70 עם מדגם" קובץ ולאחר מכן על כפתור הטעינה (וידאו 23).
    10. אורך הגל מנורמלת ניתן להשאיר בבית 600nm או התאמה לערך אורך הגל שבו תיקון בתחום שילוב שווה ל 1. לשם כך, ודא שתיבת מול "חלון תצוגה הקוונטים חישוב התשואה" מסומנת ולחץ על אישור של "הגדרת תשואה קוונטית פקטור" windoל, אשר לסגור את החלון (וידאו 24).
    11. כעת לחץ על "שילוב תיקון כדור" הלשונית של חלון "Quantum חישוב תשואה" ולהתאים את הסמן עד תיקון שילוב קריאה בתחום הוא "1", תוך שמירת אורך הגל (וידאו 25).
    12. לחץ על "הגדרות קוונטית תיקון פקטור תשואה", ואם נדרש שינוי אורך גל מנורמל לקריאה שהושג בשלב הקודם, ולחץ על כפתור OK (וידאו 26).

    השלב הבא הוא לטעון את המחקר ולאחר קבצי הנתונים לדוגמה

    1. לחץ על הכרטיסייה "Quantum חישוב תשואה" (וידאו 27).
    2. טען "נתונים ללא מדגם" (קובץ P1_Baseline_ Al2O3) עבור הקרנה ישירה על ידי לחיצה על כפתור עומס עומס "נתונים עם מדגם" (סליצילט P1_Sodium קובץ) עבור הקרנה ישירה (וידאו 28).
    3. (וידאו 29).
    4. כעת נוכל לחשב את התשואה הקוונטים עבור הקרנה ישירה של המדגם. לחץ על כפתור "חישוב" ולקרוא את התוצאות (וידאו 30). אנו צריכים את הנתונים לצורך חישוב סופי של התשואה הקוונטים למדגם תוך עירור שיקול עקיפה.
    5. לחץ על קובץ טקסט ולשמור את הנתונים תחת שם הקובץ "הקרנה ישירה QY" (וידאו 31).
    6. שימוש בנתונים קבצים P2_Baseline_Al2O3 ו סליצילט P2_Sodium, נחשב התשואה על עירור קוונטי עקיף (וידאו 32) עכשיו נציל את הנתונים לצורך חישוב קוונטי האחרון תשואה.
    7. לחץ על קובץ טקסט ולשמור את הקובץ נתוני טקסט תחת השם "הקרנה עקיף QY" (וידאו 33) עכשיו נפתח את שני קבצי טקסט ב-Excel עם הנתונים התשואות הקוונטים עבור direct ו עירור עקיפה. סוף סוף נוכל לחשב תשואה קוונטית למדגם כולל ההשפעה של עירור עקיפה, תוך שימוש בנוסחה הבאה:

    Φ = Φd-(1-Ad) ΦI

    איפה:

    Φ הוא התשואה תיקן הקוונטים תוך עירור שיקול עקיף

    Φd היא תשואה פנימית קוונטית באמצעות עירור ישיר. (תשואה פנימית הקוונטים = סכום של הקרינה / כמות האור עירור נספג.)

    מודעות היא absorptance עבור עירור ישיר. (זה היחס בין כמות של קרן עירור נספג על ידי המדגם). (ספיגת = (ArEx - CsEx) / ArEx, שם ArEx היא כמות האור עירור ו CsEx היא כמות האור המוחזר)

    ΦI היא תשואה פנימית באמצעות Quantum Indirect עירור

    Φ = 0.536 - (1-0.848) 0.420 מחושב
    Φ = 0.47216

    6. חישוב Chromaticity

    1. נשתמש מחולל אופציונלי דווח על תוכנה יחד עם תבנית מוכנה לחישוב chromaticity.
    2. פתח את קובץ הנתונים P1_Sodium סליצילט (וידאו 34).
    3. לחץ על "נכס" כפתור, ואז "הכרטיסייה דו"ח". ב "פלט" "גיליון שימוש במחולל הדפסה" בחר מתוך התפריט הנפתח. ב "פריטים הדפסה" בחר תבנית "FL70Std01_Color-chart.xls" ולאחר מכן לחץ על כפתור "פתח". אין צורך לבחור את טווח אורך הגל מרווח, שכן זה נעשה באופן אוטומטי על ידי מחולל דוחות (וידאו 35).
    4. השלב הבא הוא ליצור את הדוח. לחץ על הכרטיסייה "דווח" ו מאקרו ליצירת הדו"ח יבוצע ונשמר בתיקיה "דוחות" בפורמט Excel תחת השם מדגם (וידאו 36). < / Li>
    5. בשלב זה אנו יכולים לפתוח את הדוח כדי לראות את נתוני צבע (וידאו 37).

    7. סודות ההצלחה

    1. השתמש דוגמאות טריות.
    2. שימו לב כי החומר של יצרנים שונים יכול לתת תוצאות שונות.
    3. לחץ על החלק התחתון של התא אבקת לדחוס מדגם ולהציג משטח אחיד למדידה.
    4. הגן על דגימות מן האור. הם להתדרדר עם חשיפה לאור.
    5. נסה להשתמש סריקה מהירות גבוהה יותר כדי לצמצם את החשיפה מדגם לאור.

    8. נציג תוצאות

    8.1. Salicylate נתרן הוא ידוע כבעל תשואה הקוונטי של 0.4-0.5

    איור 1
    באיור 1. לחץ כאן כדי להציג דמות גדולה .

    iles/ftp_upload/3066/3066fig2.jpg "alt =" איור 1 "/>
    איור 2. לחץ כאן כדי להציג דמות גדולה .

    איור 3
    איור 3. לחץ כאן כדי להציג דמות גדולה .

גילויים

לואיס מורנו א 'מועסק על ידי Hitachi גבוהה טכנולוגיות אמריקה המייצרת את המכשיר משמש במאמר זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
שם מגיב חברה מספר קטלוגי תגובות
Salicylate נתרן אבקת Wako 191-03142 מול. משקל 160.10

מקורות

  1. Quantum Yield Measurement of Sodium Salicylate. FL080002, Hitachi High Technologies Corporation. 1(2008).
  2. Lakowicz, J. R. Principles of Fluorescence Spectroscopy. Science and Business Media, LLC. 60, Springer. New York, N.Y. (2006).
  3. Horigome, J., Wakui, T., Shirasaki, T. A Simple Correction Method for Determination of Absolute Fluorescence Quantum Yields of Solid Samples with a conventional Fluorescence Spectrophotometer. Bunseki Kagako. 58 (6), 553-559 (2009).

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

Hitachi F 7000

מאמרים קשורים