粉末試料の絶対量子収率測定

本手順の全体的な目的は、校正済みのHitachi F 7, 000蛍光分光光度計を用いて、粉末試料の絶対量子収率を測定することです。まず、測定に使用する積分球の反射率を考慮するため、積分球の補正係数を収集します。次に、リファレンスおよび試料を測定します。

次に、直接および間接励起測定を用いて、補正済み量子収率を算出します。さらに、サンプルの蛍光放出データを用いて色度座標を算出します。最終的に、算出された量子収率の測定値は、他の既報のデータと一致しています。

相対量子収率の測定は、信頼性の高い標準物質の選択に依存します。残念ながら、現在まで粉末試料に利用可能な量子収率標準は存在しません。照射中の温度変化から絶対エネルギー収率を得る熱量測定法は、照射された発光試料の温度上昇を、同様の光学密度を持つ非発光材料の温度上昇と比較するという単純な概念に基づいています。

吸収エネルギーは、2つの試料の温度変化の比から算出されます。その後、公式を用いて量子収率を計算します。カロリメトリー法は、試料によるエネルギーの再吸収を考慮しておらず、また、通常は精度が低い温度測定の正確性に依存します。

これらの制限は、適切に設計された蛍光量子収率測定システムを使用し、励起領域と放出領域の両方を含むスペクトル分布を測定することで克服できます。これらの改良を加えることで、本手法は他の技術を用いて得られた量子収率の読み取り値を検証するための有用な手段となります。本ビデオでは、量子収率測定用アクセサリおよびレポート作成プログラムを搭載した 日立 F 7, 000 蛍光分光光度計を紹介します。

F 7, 000には、装置のスペクトル補正係数を算出するための高感度・広範囲 R 9 28 F 光電子倍増管検出器が搭載されています。F 7, 000の付属品には、ルミネ、Bディフューザー、赤色フィルター、および低標準光源が含まれます。量子収率を測定する場合、F 7, 000には60 mm積分球、酸化アルミニウム白色タイル、スペクトル白色標準1つ、石英粉末セル2つ、酸化アルミニウム粉末、および量子収率ソフトウェアが必要です。

色度座標を算出するため、F 7,000 蛍光分光光度計を使用する前に、オプションのレポート作成ソフトウェアを用いてカスタムテンプレートで発光データを処理します。装置の電源を入れ、サンプリングコンパートメントを使用する前にキセノンランプを1時間ウォームアップさせてください。積分球の補正係数を測定する際、ソフトウェアが測定テストパラメータを自動的に選択し、ディフューザーデータを取得します。ディフューザーを標準サンプルコンパートメントに設置し、ソフトウェア上でコンパートメントを閉じてください。

「window quantum yield correction factor measurement（窓量子収率補正係数測定）」をクリックし、次に「diffuser measurement（拡散板測定）」をクリックします。次に、拡散板データのファイル名を入力し、「OK」をクリックして、リファレンスとして使用するサンプルなしの状態での補正係数を取得します。装置から標準サンプルコンパートメントを取り外し、積分球を設置してください。

次に、パウダーセルに酸化アルミニウム粉末を、少なくとも25 millimetersの高さまで充填します。粉末が積分球のポートを完全に覆っていることを確認してください。セルの底部を軽く叩き、粉末を充填します。

酸化アルミニウムの白色タイルを、分光光度計の放出側モノクロメーターに向いた積分球ポートに設置します。これがリファレンスポートとなります。次に、酸化アルミニウムを入れた粉末セルを、ソフトウェアで励起側モノクロメーターに向いたP1と表記されているサンプルポートに設置します。

量子収率補正因子の測定ウィンドウをクリックし、「試料なしの積分球測定」を選択します。ソフトウェアに試料の設定を促す通知が表示されたら、ファイル名に「iscore factor F 70_no sample」と入力し、「OK」をクリックします。試料がある状態での補正因子を取得するには、セルを酸化アルミニウム粉末に交換します。ホワイトスタンダードのスペクトル測定では、スタンダードがソフトウェア上の励起モノクロメーターの方を向いている必要があります。

量子収率補正係数の測定ウィンドウをクリックし、次にサンプルありの積分球測定を選択します。リマインダープロンプトが表示されます。測定を開始する前に、サンプルありの積分球データファイルとして、ファイル名に「factor FCO with sample」と入力し、OKをクリックしてください。これらの各測定の後、個別のデータファイルがFL solutionsディレクトリの適切なフォルダに保存されます。

このビデオでは、粉末状サリチル酸ナトリウムの量子収率を測定します。このサンプルの励起および蛍光のスペクトル特性は重複していないため、光ルミネッセンス法のデモンストレーションに最適です。励起と蛍光が重複するサンプルの量子収率を測定することも可能ですが、その手順では、散乱ピークを除去するために使用するカットオフフィルターの追加補正が必要になります。

量子収率の測定では、ブランクリファレンスとサンプルの両方の放出スペクトルを取得します。ソフトウェアのメソッドボタンをクリックして、分析測定パラメータを選択してください。測定モードの「General」タブを選択し、「Wavelength Scan」を選択します。

次に、オペレーターおよびアクセサリに関する適切な情報を入力します。続いて、インストルメントタブをクリックし、サンプルに適したインストルメントパラメータを入力します。測定（measurement）に関しては、データ収集が完了するまで追加の設定は必要ありません。

サンプルの光曝露を減らすために、スキャン速度を上げることができます。これにより、処理を進める前に一部のサンプルの結果が改善される可能性があります。設定を確認し、OKボタンをクリックして、選択した測定パラメータを装置に設定してください。

この時点で、次へ進む前に選択した設定を保存して後で利用することが可能です。セルの底を叩いてサンプルを充填することを確認してください。これにより表面がより均一になり、測定精度の向上が期待できます。

最良の結果を得るためには、常に製造元の条件に従って保存し、遮光した新鮮な試料を使用してください。また、異なる製造元の同様の材料では、結果が異なる可能性があることに注意してください。それでは、酸化アルミニウムのリファレンスを測定ポートP1にロードし、直接励起による測定を開始します。

これはソフトウェア上の励起側に向いたポートです。「sample」ボタンをクリックし、サンプル名を入力してから、「AutoFile」の隣にあるボックスをクリックしてください。データの保存先フォルダーとファイル名を選択し、「save」および「okay」をクリックします。

測定ボタンをクリックして、酸化アルミニウム試料の測定を開始します。データ処理ウィンドウが開いたら、オートスケールアクセスボタンをクリックしてスケールを調整してください。直接励起による散乱ピークを可視化するため、次に、直接励起を用いてサリチル酸ナトリウム試料の測定を行います。

サンプルアイコンをクリックします。サンプル名とファイル名を入力し、OKボタンをクリックしてください。次に、サリチル酸ナトリウムサンプルを粉末セルに入れ、励起光ビームに面した積分球のP1ポートに設置します。

次に、「measure」ボタンをクリックします。データ処理ウィンドウが開いたら、「autoscale axis」ボタンをクリックしてスケールを調整し、散乱ピークと蛍光ピークを可視化します。間接励起データを取得するには、積分球のP2ポートを用いて各サンプルの測定プロセスを繰り返します。

各測定を行う前に、サンプルボタンをクリックし、適切なサンプル名とファイル名を入力します。酸化アルミニウム試料の入ったセルを、分光発光計側のポートP2に配置します。次に、分光励起計側のポートP1に白色タイルを配置します。

もう一度測定ボタンをクリックし、サンプルを読み取ります。サンプル測定を完了させるため、間接照射を用いてサリチル酸ナトリウムサンプルを測定します。まず、前のステップと同様に、ファイル名にサンプル名を入力します。

P2ポートから酸化アルミニウム試料を取り出し、サリチル酸ナトリウム試料と交換します。次に、測定ボタンをクリックして量子収率を算出します。まず、積分球の補正係数をロードすることから始めてください。

量子収率計算ボタンをクリックして、量子収率計算プログラムを開きます。次に、量子収率補正係数設定ボタンをクリックします。そこから、積分球補正タブをクリックし、積分球補正の前にあるボックスにチェックを入れます。

次に、「フィルター補正（filter correction）」タブをクリックし、「フィルター補正（filter correction）」ボックスが選択されていないことを確認してください。今回の測定ではフィルターを使用していないため、再度「積分球補正（integrating sphere correction）」タブをクリックします。「拡散測定データ（diffuse measurement data）」セクションの「ロード（load）」ボタンをクリックしてください。

次に、ファイル iscore factor underscore F 70 underscore diffuser を選択し、loadボタンをクリックします。続いて、integrating sphere Measurement data without sample セクションのloadボタンをクリックし、ファイル iscore factor underscore F 70, no sample を選択して読み込みます。最後に、integrating sphere measurement data with sample セクションのloadボタンをクリックします。

サンプルを含むfactor FCOファイルを選択し、ロードボタンをクリックします。正規化波長は600 nanometersのままでも、積分球補正が1になる波長値に調整しても構いません。調整を行うには、量子収率計算ウィンドウの表示前にあるボックスが選択されていることを確認し、量子収率係数設定ウィンドウのOKボタンをクリックしてウィンドウを閉じます。

次に、量子収率算出ウィンドウの積分球補正タブをクリックし、積分球補正の読み取り値が1になるまでカーソルを調整します。その時の波長をメモし、量子収率補正係数の設定を選択して、正規化波長を今得られた読み取り値に変更します。これで新しい設定が完了しました。

プログラムにより、値が600 nmから650 nmの間に制限されることに注意してください。次のステップは、ベースラインとサンプルのデータファイルを読み込むことです。量子収率計算ウィンドウの量子収率計算タブにある「load data without sample for direct excitation」の読み込みボタンをクリックして、データを読み込みます。

次に、直接励起用の試料データをロードします。カーソルを使用して散乱領域と蛍光領域を選択し、試料の直接励起における量子収率を算出します。計算ボタンをクリックして結果を確認してください。このデータは、直接励起を考慮した試料の状態を示しています。

このデータは量子収率の最終計算に使用されます。ファイル名を「QI direct irradiation」としてテキストファイルに保存してください。次に、間接励起を用いて測定した酸化アルミニウムのデータファイルと、間接励起を用いて測定したサリチル酸ナトリウムのデータファイルを読み込みます。

直接励起で使用した手順と同様に、量子収率計算ウィンドウの左右のウィンドウで散乱領域と蛍光領域を拡大して選択します。次に、計算ボタンをクリックし、間接励起を用いた量子収率データを算出します。続いて、最終的な量子収率計算に使用するため、このデータを QI indirect irradiation というファイル名のテキストファイルとして保存します。

スプレッドシートを使用して、テキストファイル内のデータをインポートし、適切な計算を行うことで、サンプルオープンデータファイル P one sodium salicylate のクロマを算出し、サンプルの量子収率を決定します。これは、sodium salicylate サンプルの直接励起放出データです。次に、property ボタンをクリックし、report タブを選択します。

出力設定で、ドロップダウンメニューから「print generator sheet」を選択します。プリント項目でテンプレートファイルを選択し、「開く」ボタンをクリックします。

波長範囲や間隔の選択は自動的に行われるため、設定する必要はありません。次のステップはクロマレポートの作成です。レポートタブをクリックして作成してください。

これによりマクロが実行され、データはreportsフォルダにサンプル名でスプレッドシート形式で保存されます。レポートが開いて色度を計算するマクロが実行された後、自動的に閉じられます。

ここで、計算に使用したサンプルファイルと同じ名前で保存されたC色度レポートを開きます。このレポートは、基本的に蛍光サンプルの知覚色を算出するために使用されます。この例では、サリチル酸ナトリウムの三刺激値X、Y、Z、色度座標XY、および主波長WLの丸められた数値結果が、2行目と3行目の上部に表示されています。

ファイルの末尾には、数値結果およびサンプルの知覚色の位置を示すCIE色度図も記載されています。分析においては、まず拡散器の測定データを収集しました。次に、サンプルなしの状態での積分球からのデータ、および白色分光標準を用いてサンプルを配置した状態での積分球からのデータを収集し、直接励起および間接励起の量子収率計算画面からデータを取得しました。

図8の公式を用いて量子収率を算出し、計算後に試料の間接的な励起を考慮した結果、試料の量子収率は0.47となり、これは報告されている0.4から0.5という値と一致していました。この手法は、新しい照明デバイスに使用されるより優れた発光材料を探索する研究者や、粉末材料の量子効率を測定する染料の研究者に道を開きました。微細な粉末材料の取り扱いは非常に危険である場合があるため、本手順を実施する際は、常に適切な保護具の使用などの予防措置を講じることを忘れないでください。