Absoluta Quantum medición del rendimiento de las muestras de polvo

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Summary

En este video vamos a demostrar la medición y el cálculo absoluto de rendimiento cuántico y la cromaticidad coordina directamente en muestras de polvo utilizando el Hitachi F-7000 Sistema de Medición de rendimiento cuántico.

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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

Medición de rendimiento cuántico de fluorescencia se ha convertido en una herramienta importante en la búsqueda de nuevas soluciones en el desarrollo, la evaluación de control de calidad, y la investigación de la iluminación, equipos audiovisuales, material orgánico EL, películas, filtros y sondas fluorescentes para la bio-industria.

Rendimiento cuántico se calcula como la relación del número de fotones absorbidos, con el número de fotones emitidos por un material. Cuanto mayor es el rendimiento cuántico, mejor será la eficiencia del material fluorescente.

Para las mediciones que aparecen en este video, vamos a utilizar el Hitachi F-7000 espectrofotómetro de fluorescencia equipado con el rendimiento cuántico de medida del programa de accesorios y generador de informes. Toda la información proporcionada se aplica a este sistema.

Medición de rendimiento cuántico en las muestras de polvo se realiza siguiendo estos pasos:

  1. Generación de factores de corrección de instrumentos para la excitación y emissmonocromadores de iones. Este es un requisito importante para la correcta medición de rendimiento cuántico. Se ha realizado previamente para el rango completo de medición del instrumento y no se muestra en este vídeo debido a limitaciones de tiempo.
  2. Medición de la integración de los factores de corrección de la esfera. El propósito de este paso es tomar en consideración las características de reflectividad de la esfera de integración utilizado para las mediciones.
  3. Referencia y medida de la muestra utilizando excitación directa y excitación indirecta.
  4. Quantum de cálculo de rendimientos con la excitación directa e indirecta. Excitación directa es cuando la muestra se enfrenta directamente el haz de excitación, que sería la configuración normal de medición. Sin embargo, debido a que usamos una esfera de integración, una porción de los fotones emitidos resultantes de la fluorescencia de la muestra son reflejados por la esfera de integración y se volverá a excitar la muestra, por lo que deben tomar en consideración excitación indirecta. Esto es ACCOmplished midiendo la muestra colocada en el puerto frente del monocromador de emisión, el cálculo indirecto rendimiento cuántico y corregir el cálculo directo rendimiento cuántico.
  5. Se ha corregido el cálculo rendimiento cuántico.
  6. Las coordenadas de cromaticidad de cálculo mediante el programa Generador de Informes.

Los Hitachi F-7000 rendimiento cuántico de medición ofrecen ventajas del sistema para esta aplicación, como sigue:

  • Alta sensibilidad (S / N 800 o mejor RMS). La señal es la banda Raman de agua medido en las condiciones siguientes: longitud de onda 350 nm Ex, Ex de paso de banda y Em nm 5, la respuesta de 2 segundos), el ruido se mide en el máximo del pico Raman. La alta sensibilidad permite la medición de las muestras, incluso con un bajo rendimiento cuántico. El uso de este sistema se han medido los rendimientos cuánticos tan bajas como 0,1 para una muestra de ácido salicílico y tan alto como 0,8 para una muestra de tungstato de magnesio.
  • Medición de alta precisión con un rango dinámico de 6 órdenes demagnitud permite mediciones de ambos picos de dispersión nítidas con alta intensidad, así como amplios picos de fluorescencia de baja intensidad en las mismas condiciones.
  • Rendimiento de medición de alta y una menor exposición de luz a la muestra, debido a una alta velocidad de escaneado de hasta 60.000 nm / minuto y la función de obturación automática.
  • Medición de rendimiento cuántico en un rango de longitudes de onda de 240 a 800 nm.
  • Mediciones precisas de los rendimientos cuánticos son el resultado de la recogida de la respuesta del instrumento espectral y la integración de los factores de la esfera de corrección antes de la medición de la muestra.
  • Gran selección de los parámetros calculados proporcionados por software específico y fácil de usar.

Durante este vídeo mediremos salicilato de sodio en forma de polvo que se sabe que tiene un valor de rendimiento cuántico de 0,4 a 0,5.

Protocol

1. Configuración del sistema

  1. F-7000 espectrofotómetro de fluorescencia equipado con fotomultiplicador gama alta sensibilidad ampliada de I-928F detector.
  2. F-7000 Accesorios: Rodamina B, difusor de luz, el filtro de color rojo y debajo de los estándares fuente de luz se utiliza para generar los factores de corrección del espectro para el instrumento.
  3. Accesorio de rendimiento cuántico de medida, que incluye: 60 mm de esfera de integración, los azulejos de óxido de aluminio blanco, Spectralon blanco estándar, las células en polvo (2ea), polvo de óxido de aluminio y el software de rendimiento cuántico.
  4. Programa generador de informes y la plantilla adecuada será utilizada para el cálculo de las coordenadas de cromaticidad.

2. Configuración del sistema

  1. Encienda el Hitachi F-7000 espectrofotómetro de fluorescencia y permitir que la lámpara de xenón se caliente durante una hora. Comience a utilizar el compartimento de la muestra estándar (portacubetas) instalado en el instrumento.

3. Adquisition de la integración de los factores de corrección de la Esfera

Al medir los factores de corrección esfera de integración, el software selecciona automáticamente los parámetros de la prueba de medición que figuran en la Tabla 1.

Condiciones analíticas
Medición Espectros
El modo de escaneo Sincrónico
Modo de datos Fluorescencia
EM WL 200 nm
EX Inicio WL 200 nm
WL Fin EX 900 nm
Velocidad de escaneo 240 nm / min
Retrasar 5,0 s
Hendidura EX 5,0 nm
EM Slit 20 nm
PMT de tensión 250 V
Espectro corregido EN
Respuesta Auto

Tabla 1.

3,1. Adquisición de datos de difusores

  1. Coloque el difusor en el compartimiento estándar de la muestra y cerrar el compartimento de la muestra.
  2. Haga clic en la ventana de medición de rendimiento cuántico de factor de corrección y, a continuación, sobre la medición del difusor.
  3. Introduzca el nombre de archivo: "IS_factor_F70_diffuser" para los datos de difusor y haga clic en Aceptar (vídeo 1).
  4. Después de la medición, el archivo se guardará en la "correcta" la carpeta de soluciones de FL. La figura 1 es un ejemplo de los datos de medición del difusor.

3,2. Adquisición de factor de corrección para ninguna de las muestras (de referencia)

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  • Retire el compartimiento de la muestra estándar del instrumento, tienda de difusor, a continuación, instalar la esfera de integración.
  • Llenar la celda en polvo con el polvo de óxido de aluminio hasta una altura de al menos 25 mm a asegurarse de que el polvo cubre completamente el puerto de la esfera de integración. Toque en el fondo de la celda con cuidado para compactar el polvo.
  • Coloque la loseta de óxido de aluminio blanco en el puerto de referencia (P2) de la esfera de integración (la que da el monocromador de emisión) y la célula de polvo con óxido de aluminio en el puerto de la muestra (P1) de la esfera de integración (la que da el monocromador de excitación ).
  • Haga clic en la ventana de rendimiento cuántico de medida Corrección del factor, a continuación, sobre la integración de Medición Esfera (sin muestra) (vídeo 2).
  • El software le recordará para fijar las muestras. Introduzca el nombre de "IS con ninguna de las muestras" y haga clic en Aceptar.
  • Después de la medición, el archivo se guardará en la carpeta "Correc t "Soluciones de FL. Figura 2 es un ejemplo de la esfera de integración con ningún dato de muestra de medición.
  • 3,3. Adquisición de factor de corrección en la presencia de una muestra:

    1. Quitar la celda con el polvo de óxido de aluminio y sustituirla por la norma Spectralon blanco. (La norma Spectralon debe estar mirando hacia el monocromador de excitación (P1)).
    2. Haga clic en la ventana de rendimiento cuántico de medida Corrección del factor y luego sobre la integración de Medición Esfera (con la muestra). El software le recordará para fijar el material de reflectancia estándar para la medición.
    3. Introduzca el nombre de: "¿Es con la muestra" de la esfera de integración con la muestra de archivo de datos y haga clic en Aceptar (Video 3).
    4. Después de la medición, el archivo se guardará en la "correcta" la carpeta de soluciones de FL. La figura 3 es un ejemplo de la esfera de integración con los datos de medición de la muestra.
    "> NOTA: En caso de que necesite usar los filtros de corte para bloquear la luz segundo fin de la dispersión en el lado de las emisiones que interfieren con el pico de fluorescencia, se tendrá que medir una línea de base con el difusor y sólo el difusor y el filtro adecuado Estos. archivos de datos será utilizada por el software en el cálculo de rendimiento cuántico. En la práctica, se recomienda la medición de todos los filtros de corte, como parte de la configuración inicial del sistema.

    4. Ejemplo de medición (salicilato de sodio en polvo)

    Medición rendimiento cuántico implica la adquisición de un espectro de emisión por tanto sin la muestra (de referencia) y en presencia de una muestra. Seleccione los parámetros de medición de análisis de la siguiente manera:

    1. Haga clic en el "método" y en el análisis de longitud de onda pestaña General, seleccione el modo de medición e introduzca la información pertinente sobre el operador y accesorios(Video 4).
    2. Haga clic en el "Instrumento" e inserta los parámetros de medición para el instrumento como se muestra en la Tabla 2 (vídeo 5).
    Condiciones analíticas
    Medición Espectros
    El modo de escaneo Emisión
    Modo de datos Fluorescencia
    EX WL 350 nm
    EM Inicio WL 330 nm
    EM Fin WL 600 nm
    Velocidad de escaneo 1200 nm / min
    Retrasar 0 s
    Hendidura EX 5,0 nm
    EM Slit 5,0 nm
    PMT de tensión 350 V
    Espectro corregido EN
    Respuesta Auto
    Espectro corregido EN

    Tabla 2.

    1. No hay parámetros adicionales son necesarios en este momento ya que los ajustes del monitor, Procesamiento y Reporte de la ficha se puede hacer después de los datos se ha medido. Sólo vamos a revisar y haga clic en el botón Aceptar, con el fin de establecer los parámetros de medición seleccionadas en el instrumento (Video 6).
    2. Como una opción, configuración seleccionada se podría guardar para uso futuro. Vamos a proceder ahora la medición del óxido de aluminio estándar de referencia con excitación directa.
    3. Coloque el polvo de células con Al2O3 polvo en el puerto de medición de la muestra (P1) (frente al haz de excitación).
    4. Haga clic en el botón "muestreo"y escriba el nombre de la muestra: "P1_Baseline_Al2O3", a continuación, haga clic en la casilla junto a "archivo automático". Seleccione el nombre de la carpeta y el archivo de los datos: "P1_Baseline_Al2O3", a continuación, haga clic en "Guardar" y "OK" (Video 7).
    5. Haga clic en la "medida" botón de la muestra para la medición de Al2O3. (Video 8), después de la ventana de procesamiento de datos se abre, haga clic en la "Escala de Auto Eje" botón de ajuste de la escala, para visualizar el pico de dispersión con la excitación directa (Figura 4).
    6. Ahora se procederá la medición de la muestra de salicilato de sodio utilizando excitación directa. Haga clic en la "Muestra" y entrar en el icono "Salicilato P1_Sodium" para el nombre de la muestra y el archivo, a continuación, haga clic en el botón OK (Video 9).
    7. Coloque la muestra de salicilato de sodio en la célula en polvo y en el puerto P1 de la esfera de integración (el puerto frente al haz de luz de excitación) y haga clic en la "Medida" botón. (Video 10) Cuando el proceso de datosción ventana se abre, haga clic en la "Escala automática del Eje" para ajustar la escala y visualizar la dispersión y los picos de fluorescencia.
    8. En este momento se repite para las mediciones de óxido de aluminio y salicilato de sodio con las muestras colocadas en el puerto P2 de la esfera de integración, con el fin de leer usando excitación indirecta.
    9. Primero haga clic en la "Muestra" y escriba el nombre de la muestra y el archivo: "P2_Baseline_Al2O3" para los dos (Video 11).
    10. Mueva el azulejo de óxido de aluminio blanco de P2 a P1 de la esfera de integración y colocar una célula llena de polvo de óxido de aluminio en P2.
    11. Haga clic en la "medida" para leer la muestra (Video 12).
    12. Para completar la medición de la muestra que necesitamos para medir la muestra de salicilato de sodio se utiliza irradiación indirecta. En primer lugar, escriba la muestra y los nombres de archivo como en los pasos anteriores. El nombre será el salicilato P2_Sodium (Video 13).
    13. Coloque la muestra de salicilato de sodio en el puerto P2 de la esfera de integración y haga clic en el botón de medición (Video 14).

    5. Quantum cálculo del rendimiento

    En primer lugar se procederá la carga de los factores de corrección esfera de integración.

    1. Haga clic en el botón Cálculo de rendimiento cuántico para abrir el programa de rendimiento de cálculo cuántico (Video 15).
    2. Haga clic en el botón de rendimiento cuántico Marco Factor de corrección (Video 16).
    3. Haga clic en la ficha Corrección Esfera Integración y haga clic en la casilla delante de "corrección esfera de integración", a continuación, haga clic en la ficha Corrección del filtro y asegúrese de que la "corrección Filter" no está seleccionada, haga clic de nuevo en la ficha Corrección de Integración de Esfera (Video 17 ).
    4. Haga clic en el botón de carga de la medida difusa sección de datos, a continuación, seleccione el archivo "IS_factor_F70 ninguna de las muestras" (
    5. Seleccione la opción "IS_factor_F70_diffuser" archivo y haga clic en el botón de carga (Video 19).
    6. Haga clic en el botón de carga de los datos de medición esfera de integración (sin muestra) sección (Video 20).
    7. Seleccione la opción "ninguna de las muestras IS_factor_F70" archivo y haga clic en el botón de carga (Video 21).
    8. Haga clic en el botón de carga de los datos de medición esfera de integración (con la muestra) en la casilla (Video 22).
    9. Seleccione la opción "IS_factor_F70 con la muestra" archivo y luego en el botón de carga (Video 23).
    10. Longitud de onda normalizada puede dejarse a 600 nm o ajustarse al valor de longitud de onda donde la corrección esfera de integración es igual a 1. Para ello, asegúrese de que la casilla delante de "Mostrar ventana de cálculo de rendimiento cuántico" está seleccionada y haga clic en el botón OK del "Marco de Quantum Factor de Rendimiento" window, que se cerrará esta ventana (Video 24).
    11. Ahora haga clic en la "corrección de esfera de integración" de la pestaña "Rendimiento cuántico de cálculo" de la ventana y ajustar el cursor hasta que la lectura de corrección ámbito Integración es "1", tomando nota de la longitud de onda (Video 25).
    12. Haga clic en el "Marco rendimiento cuántico de factor de corrección", y si se requiere cambio de la longitud de onda normalizada a la lectura obtenida en el paso anterior y haga clic en el botón OK (Video 26).

    El siguiente paso es cargar la base de referencia y archivos de datos de ejemplo

    1. Haga clic en el "rendimiento cuántico de cálculo" ficha (Video 27).
    2. Carga "de datos sin la muestra" (archivo P1_Baseline_ Al2O3) para la irradiación directa, haga clic en el botón de carga y de carga "de datos con la muestra" (archivo de salicilato de P1_Sodium) para la irradiación directa (Video 28).
    3. (Video 29).
    4. Ahora vamos a calcular el rendimiento cuántico para la irradiación directa de la muestra. Haga clic en el "Cálculo" y leer los resultados (Video 30). Necesitamos estos datos para el cálculo final del rendimiento cuántico de la muestra teniendo en cuenta la excitación indirecta.
    5. Haga clic en el archivo de texto y guardar los datos bajo el nombre de archivo "QY irradiación directa" (Video 31).
    6. Uso de archivos de datos y el salicilato de P2_Baseline_Al2O3 P2_Sodium, vamos a calcular el rendimiento cuántico para la excitación indirecta (Video 32) Ahora vamos a guardar estos datos para el cálculo de rendimiento final de Quantum.
    7. Haga clic en el archivo de texto y guardar el archivo de datos de texto con el nombre de "La irradiación QY indirecta" (Video 33) Ahora vamos a abrir los dos archivos de texto en Excel con los datos de rendimiento cuántico para la direcciónt y excitación indirecta. Finalmente se calcula el rendimiento cuántico para la muestra incluyendo el efecto de excitación indirecta, usando la siguiente fórmula:

    Φ = Φd-(1-Ad) ø'i

    Donde:

    Φ es el rendimiento cuántico corregida teniendo en cuenta la excitación indirecta

    Φd es el rendimiento cuántico interno con excitación directa. (Interna rendimiento cuántico = cantidad de fluorescencia / Cantidad de luz de excitación absorbida.)

    Ad es la absortancia para la excitación directa. (Esta es la razón de la cantidad de haz de excitación absorbida por la muestra). (= Absorbancia (Arex - CsEx) / Arex, donde Arex es la cantidad de luz de excitación y CsEx es la cantidad de luz reflejada)

    Ø'i es el rendimiento cuántico interno con Indirect excitación

    Φ = 0,536 - (1-0.848) 0,420 Calculado
    Φ = 0,47216

    6. Cálculo de cromaticidad

    1. Vamos a utilizar el generador de software Informe opcional junto con una plantilla preparada para el cálculo de cromaticidad.
    2. Abra el archivo de datos de salicilato P1_Sodium (Video 34).
    3. Haga clic en "Propiedades", luego la pestaña "Informe". En "Salida", seleccione "hoja de uso del generador de impresión" en el menú desplegable. En "Imprimir artículo" Seleccionar plantilla "FL70Std01_Color chart.xls-" y luego haga clic en el botón "Abrir". No hay necesidad de seleccionar el rango de longitud de onda y el intervalo, ya que esto se hace automáticamente por el generador de informes (Video 35).
    4. El siguiente paso es crear el informe. Haga clic en el "Informe" ficha y la macro para crear el informe se ejecuta y guarda en la "Informes" en la carpeta en formato Excel con el nombre de la muestra (Video 36). < / Li>
    5. En este momento podemos abrir el informe para ver los datos de color de vídeo (37).

    7. Secretos para el éxito

    1. Utilice muestras frescas.
    2. Tenga en cuenta que el material de diferentes fabricantes podrían dar resultados diferentes.
    3. Toque en el fondo de la celda en polvo para compactar la muestra y presentar una superficie uniforme para la medición.
    4. Proteger de la luz. Se deterioran con la exposición a la luz.
    5. Intente utilizar una velocidad más rápida de exploración para minimizar la exposición de la muestra a la luz.

    8. Los resultados representativos

    8,1. Salicilato de sodio se sabe que tienen un rendimiento cuántico de 0,4 a 0,5

    Figura 1
    Figura 1. Haga clic aquí para ver más grande la figura .

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    Figura 2. Haga clic aquí para ver más grande la figura .

    Figura 1
    Figura 3. Haga clic aquí para ver más grande la figura .

    Disclosures

    Luis A. Moreno, es empleado por las tecnologías de Hitachi America alta que produce el instrumento utilizado en este artículo.

    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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