粉末試料の絶対量子収率測定

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Summary

このビデオでは、絶対量子収率と色度日立F-7000量子収率測定システムを用いた粉末試料に直接座標を測定し、計算のデモンストレーションを行います。

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Moreno, L. A. Absolute Quantum Yield Measurement of Powder Samples. J. Vis. Exp. (63), e3066, doi:10.3791/3066 (2012).

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Abstract

蛍光量子収率の測定は、照明の開発、評価、品質管理や研究の新たなソリューションの検索では重要なツールとなっており、AV機器、有機EL材料、フィルム、フィルター、バイオ産業のための蛍光プローブ。

量子収率は材料によって放出されるフォトンの数に、吸収光子数の比率として計算されます。高い量子収率、蛍光物質の効率良い。

このビデオで紹介さ測定のために、我々は付属品とレポート·ジェネレータ·プログラムを測定する量子収率を搭載した日立F-7000蛍光分光光度計を使用します。提供されるすべての情報は、このシステムに適用されます。

粉末試料における量子収率の測定は、以下の手順に従って実行されます。

  1. 励起とemissの計測器の補正係数の生成イオン分光器。これは量子収率の正確な測定のための重要な要件です。それは楽器の全測定範囲のために、事前に行われていると時間の制限により、このビデオには表示されません。
  2. 球の補正係数を統合するための測定。このステップの目的は、測定に使用する積分球を考慮し反射特性を考慮することである。
  3. 直接励起と間接励起を使用してリファレンスとサンプル測定。
  4. 直接および間接励起を用いた量子収率の計算。サンプルは通常の測定セットアップになります直接励起ビームを、直面しているときに直接励起である。しかし、我々は積分球を使用しているため、サンプルの蛍光に起因する放射される光子の一部は、積分球によって反射され、再励起する試料を、我々は考慮間接的な励起を考慮する必要があります。これはアコです。間接的な量子収率を計算し、直接の量子収率の計算を修正し、発光分光器が直面しているポートに配置されたサンプルを測定することにより、mplished。
  5. 量子収率の計算を修正しました。
  6. 色度は、レポート·ジェネレータ·プログラムを使用して計算を調整します。

次のように、このアプリケーションの日立F-7000量子収率測定システムの提供の利点:

  • 高感度(S / N比800以上RMS)。信号が以下の条件で測定した水のラマンバンドである。例波長350nmのバンドパスExとエムが5nm、レスポンス2秒)、ノイズがラマンピークの最大値で測定されます。高感度でも低量子収率を持つ試料の測定を可能にします。このシステムを用いて、我々は、サリチル酸のサンプルは0.1と低く、マグネシウムタングステンのサンプルは0.8のように高い量子収率を測定した。
  • の6桁のダイナミックレンジと高精度測定大きさは高強度と同様に、低強度の広範な蛍光ピークが同じ条件で、両方のシャープな散乱ピークの測定を可能にします。
  • 高い測定スループットとサンプルに縮小露光、最大60,000 nm /分の高いスキャン速度により、自動シャッター機能。
  • 240から800 nmの広い波長範囲にわたって量子収率の測定。
  • 正確な量子収率の測定は、測定器のスペクトル応答を収集し、サンプルを測定する前に、球の補正係数を積分した結果です。
  • 専用の使いやすいソフトウェアが提供する計算されたパラメータの大きい選択。

このビデオの間に我々は、0.4から0.5の量子収率値を持つことが知られている粉末状のサリチル酸ナトリウムを測定します。

Protocol

1。システム構成

  1. 高感度拡張範囲の光電子増倍管R-928F検出器を備えたF-7000蛍光分光光度計。
  2. F-7000付属品:ローダミンB、光拡散、赤色フィルタとサブ標準光源は、測定器のスペクトルの補正係数を生成するために使用されました。
  3. 含まれて量子収率測定付属品:60ミリメートルの球を統合し、酸化アルミニウムの白いタイル、スペクトラロン白色標準、粉体細胞(2EA)、酸化アルミニウム粉末と量子収率のソフトウェア。
  4. Report Generatorのプログラムと適切なテンプレートは、色度座標の計算に使用されます。

2。システムのセットアップ

  1. 日立F-7000蛍光分光光度計の電源をオンにし、キセノンランプが1時間ウォームアップすることができます。機器にインストールされている標準サンプルコンパートメント(キュベットホルダー)を使用して起動します。

3。 ACQ球の補正係数を統合するのuisition

積分球の補正係数を測定する場合、ソフトウェアは自動的に表1に記載の測定のテスト·パラメータを選択します。

分析条件
測定波長スキャン
スキャンモードシンクロナス
データモード蛍光
EM WL 200nmの
EXスタートWL 200nmの
EX終了WL 900nmの
スキャン速度 240 nm /分
遅らせる 5.0 S
EXスリット 5.0nmの
EMスリット 20 nmの
PMT電圧 250 V
修正されたスペクトル ON
応答オート

表1。

3.1。ディフューザーデータの取得

  1. 標準サンプルコンパートメントにディフューザーを配置し、サンプルコンパートメントを閉じます。
  2. ディフューザーの測定で、ウィンドウ量子収率補正係数の測定をクリックします。
  3. ファイル名を入力してください: "IS_factor_F70_diffuser"拡散データ用し、OK( ビデオ1)をクリックします
  4. 測定後、そのファイルはFLソリューションの"正しい"フォルダに保存されます。 図1は、ディフューザーの測定データの一例です。

3.2。ないサンプルの補正係数の取得(参照)

<OL>
  • 楽器店ディフューザーから標準サンプルコンパートメントを削除し、積分球をインストールします。
  • 粉が完全に積分球のポートを確実に覆うようにするには、少なくとも25ミリメートルの高さに酸化アルミニウム粉末と粉末のセルを埋める。粉体を圧縮するために慎重にセルの下部をタップします。
  • 積分球のリファレンスポート(P2)(発光分光が直面しているもの)と積分球のサンプルポートに酸化アルミニウム(P1)(と粉体細胞内で酸化アルミニウムの白いタイルを配置し、励起モノクロメーターが直面している1 。)
  • スフィア測定(試料なし)( ビデオ2)を統合することにし、量子収率の補正係数の測定ウィンドウをクリックします。
  • ソフトウェアは、サンプルを設定することを思い出させます。 " ノーサンプルとIS"の名前を入力し、[OK]をクリックします。
  • 測定後、ファイルはフォルダ "補正に保存されます。 FLソリューションのt "を図2にないサンプルの測定データと積分球の例です。
  • 3.3。サンプルの存在下で補正係数の取得:

    1. 酸化アルミニウム粉末とセルを削除して、スペクトラ白い標準に置き換えてください。 (スペクトラロン標準は励起モノクロメーター(P1)を直面する必要があります)。
    2. 球測定(サンプル付き)の統合にして量子収率の補正係数の測定ウィンドウをクリックします。ソフトウェアは、測定のための標準的な反射材料を設定することを思い出させます。
    3. 名前を入力します。サンプルデータファイルを積分球に" サンプルを使用することです "と入力し、[OK]( 動画3)をクリックします。
    4. 測定後、そのファイルはFLソリューションの"正しい"フォルダに保存されます。 図3は、サンプルの測定データと積分球の例です。
    "> 注:蛍光ピークを妨害する排出側に二次散乱光を遮断するカットオフフィルターを使用する必要があるケースでは、ディフューザーと適切なフィルタでも唯一のディフューザーを使用してベースラインを測定するために必要となりますこれらの。データファイルは、量子収率を計算するソフトウェアで使用されます。実際に我々はシステムの初期設定の一環として、すべてのカットオフフィルタを測定することをお勧めします。

    4。サンプル測定(​​サリチル酸ナトリウムパウダー)

    量子収率測定では、両方なしのサンプル(参照)のために、試料の存在下で発光スペクトルの取得が含まれます。次のように分析の測定パラメータを選択します。

    1. "メソッド"ボタンをクリックして、測定モードとして[全般]タブを選択して波長スキャンや演算子およびアクセサリーに関する適切な情報を入力します。( 動画4)。
    2. "インストゥルメント"タブをクリックし、 表2(ビデオ5)に示すように、測定器の測定パラメータを入力します。
    分析条件
    測定波長スキャン
    スキャンモード排出
    データモード蛍光
    EX WL 350 nmの
    EMは、WLスタート 330 nmの
    EMは、WLを終了 600 nmで
    スキャン速度 1200 nm /分
    遅らせる 0秒
    EXスリット 5.0nmの
    EMスリット 5.0nmの
    PMT電圧 350 V
    修正されたスペクトル ON
    応答オート
    修正されたスペクトル ON

    表2。

    1. データが測定された後、モニタ、処理とレポート]タブの設定を行うことができるので、追加の設定はこの時点では必要ありません。私達はちょうど楽器( 動画6)で選択した測定パラメータを設定するために、それらを確認し、[OK]ボタンをクリックしようとしている。
    2. オプションとして、選択した設定は、後で使用できるように保存することができます。我々は今、直接励起を用いた酸化アルミニウムのリファレンス標準の測定が続行されます。
    3. ポート(P1)を(励起ビームの前にある)を測定するサンプルのアルミナ粉末と、粉末セルを配置します。
    4. "サンプル"ボタンをクリックしてください"オートファイル"の横にあるボックスをクリックし、 "P1_Baseline_Al2O3"とサンプル名を入力します。データ用のフォルダとファイル名を選択してください: "P1_Baseline_Al2O3"をし、 "保存"をクリックして"OK"( 動画7)。
    5. アルミナ試料を測定するために "MEASURE"ボタンをクリックしてください。 ( 動画8)データ処理ウィンドウが開いた後に、直接励起( 図4)で散乱ピークを視覚化するために、スケールを調整する"オートスケール軸"ボタンをクリックしてください。
    6. 今、私たちは直接励起を用いたサリチル酸ナトリウムのサンプルを測定する続行されます。 "サンプル"アイコンをクリックするとサンプルおよびファイル名に"P1_Sodiumサリチル酸 " 入力 、[OK]ボタン( ビデオ9)をクリックします
    7. 粉体細胞および積分球(励起光ビームが直面しているポート)のP1ポートのサリチル酸ナトリウムのサンプルを置き、 "MEASURE"ボタンをクリックしてください。 ( 動画10)と、データプロセスるウィンドウが開き、スケールを調整し、散乱および蛍光ピークを視覚化する "オートスケール軸"ボタンをクリックしてください。
    8. この時点で我々は間接的な励起を使用してそれらを読むために、積分球のP2ポートに配置されたサンプルと酸化アルミニウムとサリチル酸ナトリウムの測定を繰り返します。
    9. それらの両方( 動画11) "P2_Baseline_Al2O3": "サンプル"ボタンを押すと、型サンプルとファイル名の最初をクリックします。
    10. P2から積分球のP1に酸化アルミニウムの白いタイルを移動し、P2の酸化アルミニウム粉末を充填したセルを配置します。
    11. 動画12)サンプルを読み取るために"MEASURE"ボタンをクリックしてください。
    12. サンプルの測定を完了するために我々は間接的な照射を用いたサリチル酸ナトリウムのサンプルを測定する必要があります。まず、前の手順のようにサンプルとファイル名を入力します。名前はP2_Sodiumサリチル酸ビデオ13になります。)
    13. 積分球のP2ポートにサリチル酸ナトリウムのサンプルを配置し、Measureボタン( 動画14)をクリックします。

    5。量子収率の計算

    まず、積分球の補正係数をロードする続行されます。

    1. 量子収率計算プログラム( 動画15)を開くには量子収率の計算]ボタンをクリックします。
    2. 量子収率の補正率の設定ボタン( ビデオ16)をクリックします。
    3. 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をクリックし、フィルタ補正]タブをクリックし、 "フィルタ補正"チェックボックスがオフになっていることを確認し、積分球補正]タブをもう一度クリックします( ビデオ17 。)
    4. 拡散測定データ]セクションの[Load]ボタンをクリックし、ファイル"IS_factor_F70ないサンプル " 選択なかった(
    5. "IS_factor_F70_diffuser"ファイルを選択し、ロードボタン( 動画19)をクリックします。
    6. 積分球測定データ(サンプルなし)セクション( 動画20)の[Load]ボタンをクリックします。
    7. "IS_factor_F70ないサンプル "ファイルを選択し、ロードボタン( 動画21)をクリックします。
    8. 積分球測定データ(サンプル付き)セクション( 動画22)の[Load]ボタンをクリックします。
    9. ファイル" サンプルとIS_factor_F70"を選択し、ロードボタン( 動画23)。
    10. 正規化された波長が600nmの時に左または積分球補正が1に等しい波長の値に調整することができます。これを行うには、 "ディスプレイの量子収率の計算ウィンドウ"の前のボックスが選択されていることを確認し、 "量子収率の設定" windoの[OK]ボタンをクリックします( 動画24)このウィンドウを閉じますwで。
    11. 今では"量子収率の計算"ウィンドウの"積分球補正"タブをクリックし、積分球補正の読みが"1"になるまでの波長( ビデオ25)のメモを作り、カーソルを調整します。
    12. " 量子収率の補正率の設定 "をクリックして、前のステップで得られた読書に正規化された波長を変更し、[OK]ボタン( 動画26)をクリックして必要に応じて。

    次のステップは、ベースラインとサンプル·データ·ファイルをロードすることです

    1. "量子収率の計算"タブ( 動画27)をクリックします。
    2. 直接照射( 動画28)のロード·ボタンとロード"サンプルを使用したデータ"( ファイルP1_Sodiumサリチル酸 )をクリックして、直接照射のために( ファイルP1_Baseline_ Al2O3)の"サンプルせずにデータ"をロードします。
    3. ビデオ29)を選択し進みます。
    4. 今、私たちは、サンプルの直接照射するための量子収率を計算します。 "計算"ボタンをクリックして、結果を( 動画30)お読みください。我々は考慮間接的な励起を考慮してサンプルの量子収率の最終的な計算のためにこのデータが必要になります。
    5. テキストファイルをクリックし、ファイル名"QY直接照射"( ビデオ31)の下にデータを保存します。
    6. データファイルP2_Baseline_Al2O3とP2_Sodiumサリチル酸を使用して、我々は今、私たちは、最終的な量子収率の計算には、このデータが保存され、間接励起( 動画32)の量子収率を計算します。
    7. テキストファイルをクリックして、今、私たちは方向のための量子収率データをExcelで2つのテキストファイルを開きます。名前"QY間接照射"( ビデオ33)の下でデータのテキストファイルを保存するtおよび間接的な励起。最後に、我々は次の式を使用して、間接的な励起の効果を含めたサンプルの量子収率を計算します。

    Φ=φD-(1-AD)φI

    ここで、

    Φ補正量子収率は考慮間接的な励起を考慮されてい

    φDは、直接励起を用いて内部量子収率である。 (吸収励起光の蛍光/量の内部量子収率=金額)。

    広告が直接励起するための吸収率です。 (これはサンプルによって吸収され励起光の量の比率です。) (吸光度=(アレックス - アレックスは、励起光とCsExの量ですCsEx)/アレックスは、反射光の量です)

    φIはインディを使用した内部量子収率です。RECT励起

    Φ= 0.536 - (1から0.848)計算0.420
    Φ= 0.47216

    6。色度の計算

    1. 我々は、色度の計算のために用意したテンプレートと一緒にオプションのソフトウェアReport Generatorを使用します。
    2. データファイルのP1_Sodiumサリチル酸( ビデオ34)を開きます。
    3. "レポート"タブ、次に "プロパティ"ボタンをクリックしてください。ドロップダウンメニューから "出力"を選択して "使用するプリント·ジェネレータ·シート"である。で "印刷項目"は "FL70Std01_Color-chart.xls"テンプレートを選択し、 "開く"ボタンをクリックします。これはレポート·ジェネレータ( 動画35)によって自動的に行われているので、波長範囲と間隔を選択する必要はありません。
    4. 次のステップは、レポートを作成することです。 "レポート"タブをクリックし、レポートを作成するためのマクロは、サンプル名( 動画36)下のExcel形式で"レポート"フォルダに実行され、保存されます。< / LI>
    5. この時点で我々は、カラーデータ( 動画37)を参照してくださいするには、レポートを開くことができます。

    7。成功の秘訣

    1. 新鮮なサンプルを使用しています。
    2. 異なるメーカーの材料は異なる結果を与えることができることに注意してください。
    3. サンプルを圧縮および測定のための均一な表面を提示する粉体のセルの下部をタップします。
    4. 光からサンプルを保護します。彼らは、光照射で劣化する。
    5. 光へのサンプルの曝露を最小限に抑えるために高速なスキャン速度を使用してみてください。

    8。代表的な結果

    8.1。サリチル酸ナトリウムは0.4から0.5の量子収率を有することが知られている

    図1
    図1。 拡大図を表示するには、ここをクリックしてください

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    図2: 拡大図を表示するには、ここをクリックしてください

    図1
    図3 拡大図を表示するには、ここをクリックしてください

    Disclosures

    ルイス·A.·モレノは、この記事で使用されているインストゥルメントを生成します日立ハイテクノロジーズアメリカで採用されています。

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    Sodium salicylate powder Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 191-03142 Mol. weight 160.10

    DOWNLOAD MATERIALS LIST

    References

    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).

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