Pomiar absolutnej wydajności kwantowej próbek w proszku

Ogólnym celem niniejszej procedury jest pomiar bezwzględnej wydajności kwantowej próbek w proszku przy użyciu skalibrowanego spektrofluorometru Hitachi F 7, 000. Pierwszym krokiem procedury jest wyznaczenie współczynników korekcyjnych kuli całkującej, aby uwzględnić odbijalność kuli całkującej wykorzystywanej do pomiarów. Kolejnym krokiem jest pomiar wzorca oraz próbki.

Następnie pomiary wzbudzenia bezpośredniego i pośredniego są wykorzystywane do obliczenia skorygowanej wydajności kwantowej. Dodatkowo, na podstawie danych emisji fluorescencji próbki oblicza się współrzędne chromatyczności. Ostatecznie obliczone wartości wydajności kwantowej są zgodne z innymi opublikowanymi danymi.

Pomiary względnej wydajności kwantowej zależą od wyboru wiarygodnego standardu. Niestety, do tej pory nie opracowano standardów wydajności kwantowej dla próbek w formie proszku. Metoda kalorymetryczna, w której bezwzględna wydajność energetyczna jest wyznaczana na podstawie zmian temperatury podczas naświetlania, opiera się na prostej koncepcji porównania wzrostu temperatury naświetlanej próbki luminescencyjnej ze wzrostem temperatury materiału nieluminescencyjnego o podobnej gęstości optycznej.

Energię absorbowaną oblicza się z proporcji zmian temperatury obu próbek. Następnie stosuje się wzór do obliczenia wydajności kwantowej. Metoda kalorymetryczna nie uwzględnia reabsorpcji energii przez próbkę i zależy od dokładności pomiaru temperatury, która zazwyczaj jest niska.

Ograniczenia te można pokonać, stosując odpowiednio zaprojektowany system pomiaru wydajności kwantowej fluorescencji oraz wykonując pomiary rozkładu widmowego, obejmujące zarówno obszary wzbudzenia, jak i emisji. Dzięki tym ulepszeniom metoda ta staje się wartościowym sposobem potwierdzania odczytów wydajności kwantowej uzyskanych za pomocą innych technik. W niniejszym filmie zaprezentowano spektrofluorometr Hitachi F 7, 000 wyposażony w akcesorium do pomiaru wydajności kwantowej oraz program generatora raportów.

Urządzenie F 7, 000 jest wyposażone w detektor z fotopowielaczem R 9 28 F o wysokiej czułości i rozszerzonym zakresie, służący do generowania współczynników korekcji widmowej dla instrumentu. F 7, 000 posiada akcesoria w postaci dyfuzora rumine, B, filtra czerwonego oraz pomocniczego źródła światła. Do pomiaru wydajności kwantowej urządzenie F 7, 000 wymaga 60 milimetrowej sfery całkującej, białych płytek z tlenku glinu, jednego standardu widmowego bieli, dwóch kuwet z proszkiem kwarcowym, proszku tlenku glinu oraz oprogramowania do wyznaczania wydajności kwantowej.

Aby obliczyć współrzędne chromatyczności, dane emisyjne są przetwarzane przez opcjonalne oprogramowanie do generowania raportów z wykorzystaniem niestandardowego szablonu. Przed uruchomieniem spektrofotometru fluorescencyjnego F 7, 000 należy go włączyć i pozwolić lampie ksenonowej na rozgrzanie się przez jedną godzinę przed skorzystaniem z komory pomiarowej. Podczas pomiaru współczynników korekcji sfery całkującej oprogramowanie automatycznie dobiera parametry testowe w celu pozyskania danych dyfuzora. Umieść dyfuzor w standardowej komorze na próbkę i zamknij ją w oprogramowaniu.

Kliknij pomiar współczynnika korekcji wydajności kwantowej okna, a następnie pomiar dyfuzora. Następnie wprowadź nazwę pliku dla danych dyfuzora i kliknij OK, aby uzyskać współczynnik korekcji dla braku próbki, który służy jako referencja. Usuń standardową komorę na próbkę z instrumentu i zainstaluj kulę całkującą.

Następnie wypełnij celę proszkową proszkiem tlenku glinu do wysokości co najmniej 25 milimetrów. Upewnij się, że proszek całkowicie zakrywa otwór sfery całkującej. Delikatnie opukaj dno celi, aby zagęścić proszek.

Umieść białą płytkę z tlenku glinu w porcie sfery całkującej skierowanym w stronę monochromatora emisyjnego. Jest to port referencyjny. Następnie umieść celę proszkową z tlenkiem glinu w porcie próbkowym oznaczonym w oprogramowaniu jako P1, skierowanym w stronę monochromatora wzbudzenia.

Kliknij okno pomiaru współczynnika korekcji wydajności kwantowej, a następnie wybierz pomiar w sferze całkującej bez próbki; oprogramowanie przypomni o ustawieniu próbek, wtedy wprowadź nazwę pliku iscore factor F 70, podkreślnik no sample i kliknij OK. Aby uzyskać współczynnik korekcji w obecności próbki, zastąp kuwetę proszkiem tlenku glinu. Przy zastosowaniu białego wzorca widmowego wzorzec musi być skierowany w stronę monochromatora wzbudzenia w oprogramowaniu.

Kliknij okno pomiaru współczynnika korekcji wydajności kwantowej, a następnie wybierz pomiar sferą całkującą z próbką. Pojawi się monit przypominający. Przed przystąpieniem do pomiaru, w polu nazwy pliku dla danych sfery całkującej z próbką wprowadź factor FCO with sample i kliknij OK. Po każdym z tych pomiarów oddzielny plik danych zostanie zapisany w odpowiednim folderze katalogu FL solutions.

W tym filmie mierzone jest wydajne kwantowe salicylanu sodu w formie proszku. Charakterystyki widmowe wzbudzenia i emisji tej próbki nie nakładają się na siebie, co czyni ją idealną do demonstracji metody fotoluminescencyjnej. Pomiar wydajności kwantowej próbek o nakładających się widmach wzbudzenia i emisji jest możliwy, jednak procedura ta wymaga dodatkowej korekty w odniesieniu do filtrów odcinających stosowanych w celu wyeliminowania pików rozproszenia.

Pomiar wydajności kwantowej obejmuje pozyskanie widma emisji zarówno dla wzorca (próbki ślepej), jak i dla mierzonej próbki. W oprogramowaniu należy wybrać parametry pomiaru analitycznego, klikając przycisk metody. W zakładce ogólnej w trybie pomiaru należy wybrać skanowanie długości fali.

Następnie należy wprowadzić odpowiednie informacje dotyczące operatora i akcesoriów. Teraz należy kliknąć kartę instrumentu i wprowadzić parametry instrumentu odpowiednie dla próbki. W sekcji pomiaru żadne dodatkowe ustawienia nie są wymagane aż do momentu zebrania danych.

Prędkość skanowania można zwiększyć, aby ograniczyć ekspozycję próbki na światło. W przypadku niektórych próbek może to poprawić wyniki przed kontynuacją. Należy sprawdzić ustawienia i kliknąć przycisk OK, aby wprowadzić wybrane parametry pomiarowe do instrumentu.

Na tym etapie, przed przejściem dalej, można zapisać wybrane ustawienia do późniejszego wykorzystania. Należy pamiętać o zagęszczeniu próbki poprzez stuknięcie w dno cewki. Pozwoli to uzyskać bardziej jednolitą powierzchnię, co przełoży się na dokładniejsze pomiary.

Aby uzyskać najlepsze wyniki, należy zawsze używać świeżych próbek, przechowywanych zgodnie z zaleceniami producenta i chronionych przed światłem. Należy również pamiętać, że podobne materiały od różnych producentów mogą dawać odmienne wyniki. Teraz należy rozpocząć pomiary z bezpośrednim wzbudzeniem, umieszczając wzorzec z tlenku glinu w porcie pomiarowym P1.

Jest to port skierowany w stronę wzbudzenia w oprogramowaniu. Kliknij przycisk próbki, wpisz nazwę próbki, a następnie kliknij pole obok opcji AutoFile. Wybierz folder i nazwę pliku dla danych, a następnie kliknij zapisz i OK.

Kliknij przycisk pomiaru, aby rozpocząć pomiar próbki tlenku glinu. Po otwarciu okna przetwarzania danych kliknij przycisk autoskalowania, aby dostosować skalę. Aby zwizualizować pik rozproszenia przy bezpośrednim wzbudzeniu, przejdź teraz do pomiaru próbki salicylanu sodu przy użyciu bezpośredniego wzbudzenia.

Kliknij ikonę próbki. Wprowadź nazwę próbki oraz nazwę pliku, a następnie kliknij przycisk OK. Teraz umieść próbkę salicylanu sodu w celi proszkowej i w porcie P1 sfery całkującej, znajdującym się naprzeciw wiązki światła wzbudzenia.

Następnie kliknij przycisk pomiaru. Po otwarciu okna przetwarzania danych kliknij przycisk automatycznego skalowania osi, aby dostosować skalę i zwizualizować piki rozproszenia oraz fluorescencji. Aby uzyskać dane dotyczące wzbudzenia pośredniego, powtórz proces pomiaru każdej próbki w porcie P dwa kuli całkującej.

Przed każdym pomiarem kliknij przycisk próbki i wpisz odpowiednią nazwę próbki oraz pliku. Umieść kuwetę z próbką tlenku glinu w porcie P2, skierowanym w stronę monochromatora emisyjnego. Następnie umieść białą płytkę w porcie P1, skierowanym w stronę monochromatora wzbudzenia.

Ponownie kliknij przycisk pomiaru, aby odczytać próbkę. Aby zakończyć pomiar próbek, zmierz próbkę salicylanu sodu przy użyciu naświetlania pośredniego. Najpierw wpisujemy nazwy plików próbek, tak jak w poprzednich krokach.

Usuń próbkę tlenku glinu z portu P two i zastąp ją próbką salicylanu sodu. Następnie kliknij przycisk pomiaru, aby obliczyć wydajność kwantową. Zacznij od załadowania współczynników korekcji sfery całkującej.

Kliknij przycisk obliczania wydajności kwantowej, aby otworzyć program do obliczania wydajności kwantowej. Następnie kliknij przycisk ustawień współczynnika korekcji wydajności kwantowej. Tam kliknij kartę korekcji sfery integrującej i zaznacz pole przed opcją korekcji sfery integrującej.

Teraz kliknij kartę korekcji filtra i upewnij się, że pole korekcji filtra jest odznaczone. Ponieważ do pomiarów nie używaliśmy filtrów, kliknij ponownie kartę korekcji sfery całkującej. Kliknij przycisk załaduj w sekcji danych pomiarów rozproszonych.

Następnie wybierz plik iscore factor underscore F 70 underscore diffuser i kliknij przycisk load. Dalej, w sekcji integrating sphere Measurement data without sample kliknij przycisk load, wybierz i załaduj plik iscore factor underscore F 70, no sample. Teraz kliknij przycisk load w sekcji integrating sphere measurement data with sample.

Kliknij plik czynnika FCO z próbką, a następnie kliknij przycisk załaduj. Znormalizowana długość fali może pozostać ustawiona na 600 nanometrów lub może zostać dostosowana do wartości długości fali, dla której korekcja sfery całkującej wynosi jeden. Aby to zrobić, upewnij się, że pole przed oknem obliczeń wydajności kwantowej jest zaznaczone, a następnie kliknij przycisk OK w oknie ustawień czynnika wydajności kwantowej, aby zamknąć okno.

Teraz kliknij kartę korekcji sfery całkującej w oknie obliczeń wydajności kwantowej i przesuwaj kursor, aż odczyt korekcji sfery całkującej wyniesie jeden. Zanotuj długość fali, a następnie wybierz ustawienie współczynnika korekcji wydajności kwantowej i zmień znormalizowaną długość fali na odczyt, który został właśnie uzyskany. Dobrze, nowe ustawienie.

Należy pamiętać, że program ogranicza wartość do zakresu między 600 a 650 nanometrów. Kolejnym krokiem jest załadowanie plików danych linii bazowej i próbki. W oknie obliczeń wydajności kwantowej należy kliknąć zakładkę obliczania wydajności kwantowej, a następnie w sekcji ładowania danych bez próbki dla wzbudzenia bezpośredniego kliknąć przycisk ładuj.

Następnie wczytaj dane próbki do wzbudzenia bezpośredniego. Teraz przejdź do wyboru obszarów rozpraszania i fluorescencji za pomocą kursora, aby obliczyć wydajność kwantową dla bezpośredniego wzbudzenia próbki; kliknij przycisk obliczeń i odczytaj wyniki. Dane te reprezentują próbkę z uwzględnieniem wzbudzenia bezpośredniego.

Dane te są wykorzystywane do końcowego obliczenia wydajności kwantowej. Należy je zapisać jako plik tekstowy pod nazwą QI direct irradiation. Teraz należy wczytać pliki danych dla tlenku glinu zmierzonego przy użyciu wzbudzenia pośredniego oraz dla salicylanu sodu zmierzonego przy użyciu wzbudzenia pośredniego.

Postępując zgodnie z tą samą procedurą, która została zastosowana w przypadku wzbudzenia bezpośredniego, należy zaznaczyć i wybrać obszary rozpraszania oraz fluorescencji w lewym i prawym oknie okna obliczeń wydajności kwantowej. Następnie należy kliknąć przycisk obliczeń, aby wyznaczyć dane wydajności kwantowej przy użyciu wzbudzenia pośredniego. Następnie dane te, niezbędne do końcowego obliczenia wydajności kwantowej, należy zapisać w formie pliku tekstowego o nazwie QI indirect irradiation.

Używając arkusza kalkulacyjnego, wyznacz wydajność kwantową próbki poprzez import danych z plików tekstowych i wykonanie odpowiednich obliczeń w celu wyznaczenia chromy w otwartym pliku danych próbki P one sodium salicylate. Są to dane emisji przy bezpośrednim wzbudzeniu dla próbki salicylanu sodu. Teraz kliknij przycisk property, a następnie kartę report.

W ustawieniach wyjścia (output setting) wybierz z menu rozwijanego opcję użyj arkusza generatora wydruków (use print generator sheet). W sekcji elementów do wydruku (print items) wybierz plik szablonu. Następnie kliknij przycisk otwórz (open).

Nie ma potrzeby wybierania zakresu lub odstępu długości fali, ponieważ odbywa się to automatycznie. Kolejnym krokiem jest utworzenie raportu chromatograficznego. Aby to zrobić, należy kliknąć kartę raportu.

Ta operacja uruchamia makro i zapisuje dane w folderze z raportami w formacie arkusza kalkulacyjnego, pod nazwą próbki. Raport otwiera się, uruchamia makro obliczające chromatyczność, a następnie zamyka się automatycznie.

W tym momencie możemy otworzyć raport chromatyczności C, zapisany pod tą samą nazwą, co plik próbki użyty do wykonania obliczeń. Raport służy zasadniczo do obliczenia koloru postrzeganego próbki fluorescencyjnej. W tym przypadku w górnej części, w wierszach drugim i trzecim, przedstawiono zaokrąglone wyniki liczbowe dla salicylanu sodu w odniesieniu do wartości tristymulusowych X, Y, Z, współrzędnych chromatyczności XY oraz długości fali dominującej WL.

Na dole pliku znajdują się również wyniki liczbowe oraz wykres chromatyczności CIE pokazujący położenie postrzeganego koloru dla próbki. W ramach analizy rozpoczęto od zebrania danych pomiarowych dla dyfuzora. Następnie zebrano dane z kuli całkującej bez próbki oraz dane z kuli całkującej z próbką przy użyciu białego wzorca spektralnego, pobierając dane z ekranów obliczeń wydajności kwantowej dla wzbudzenia bezpośredniego i wzbudzenia pośredniego.

Do obliczenia wydajności kwantowej wykorzystujemy wzór przedstawiony na rysunku 8, uwzględniając pośrednie wzbudzenie próbki. Po dokonaniu obliczeń dane te wskazały wydajność kwantową próbki na poziomie 0.47, co jest zgodne z raportowanymi wartościami mieszczącymi się w przedziale od 0.4 do 0.5. Technika ta utorowała drogę badaczom poszukującym lepszych materiałów luminescencyjnych do zastosowania w nowych urządzeniach oświetleniowych oraz barwników do pomiaru wydajności kwantowej materiałów w formie proszku. Należy pamiętać, że praca z drobnymi materiałami proszkowymi może być niezwykle niebezpieczna, dlatego podczas wykonywania tej procedury należy zawsze przestrzegać środków ostrożności, takich jak stosowanie odpowiedniego sprzętu ochronnego.