Absolute mesure du rendement quantique des échantillons de poudre

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Summary

Dans cette vidéo, nous allons démontrer mesure et de calcul absolue rendement quantique et les coordonnées chromatiques directement dans les échantillons de poudre en utilisant le Hitachi F-7000 Système de mesure du rendement quantique.

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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

Mesure de rendement quantique de fluorescence est devenu un outil important dans la recherche de solutions nouvelles dans le développement, évaluation de la qualité de contrôle, et la recherche de l'illumination, l'équipement audiovisuel, EL organique matériel, films, filtres et de sondes fluorescentes pour la bio-industrie.

Rendement quantique est calculée comme le rapport du nombre de photons absorbés, au nombre de photons émis par un matériau. Plus le rendement quantique, meilleur est le rendement de la matière fluorescente.

Pour les mesures présentées dans cette vidéo, nous allons utiliser le spectrophotomètre Hitachi F-7000 à fluorescence équipé le rendement quantique de mesure du programme générateur d'accessoires et de rapports. Toutes les informations fournies s'applique à ce système.

Mesure du rendement quantique dans des échantillons de poudre est effectuée suivant ces étapes:

  1. Génération de facteurs de correction de bord pour l'excitation et SIGEmonochromateurs d'ions. Il s'agit d'une exigence importante pour l'évaluation correcte du rendement quantique. Il a été effectué à l'avance pour la gamme de mesure complète de l'instrument et ne sera pas montré dans cette vidéo en raison des contraintes de temps.
  2. Mesure de l'intégration des facteurs de correction sphère. Le but de cette étape est de prendre en considération les caractéristiques de réflectivité de la sphère d'intégration utilisé pour les mesures.
  3. De référence et de mesure d'échantillon en utilisant une excitation directe et indirecte d'excitation.
  4. Calcul du rendement quantique en utilisant une excitation directe et indirecte. D'excitation directe, c'est quand l'échantillon est directement en face du faisceau d'excitation, ce qui serait la mise en place de mesure normal. Cependant, parce que nous utilisons une sphère d'intégration, une partie des photons émis résultant de la fluorescence de l'échantillon sont réfléchies par la sphère d'intégration et ré-exciter l'échantillon, nous avons donc besoin de prendre en considération d'excitation indirecte. C'est accomplished en mesurant l'échantillon placé dans l'orifice en regard du monochromateur d'émission, le calcul indirecte de rendement quantique et corriger le calcul du rendement quantique directe.
  5. Rectifié le calcul du rendement quantique.
  6. Coordonnées chromatiques de calcul en utilisant le programme de génération de rapports.

Les Hitachi F-7000 Quantum Yield avantages de mesure du système d'offre pour cette application, comme suit:

  • Haute sensibilité (S / N ratio de 800 ou de meilleurs RMS). Signal est la bande Raman de l'eau mesurée dans les conditions suivantes: longueur d'onde de 350 nm Ex, Ex passe-bande et Em 5 nm, la réponse 2 s), le bruit est mesurée au maximum du pic de Raman. Haute sensibilité permet de mesurer des échantillons, même avec un rendement quantique faible. Grâce à ce système, nous avons mesuré les rendements quantiques aussi bas que 0,1 pour un échantillon d'acide salicylique et aussi élevée que 0,8 pour un échantillon de tungstate de magnésium.
  • Mesure de haute précision avec une plage dynamique de 6 ordres degrandeur permet de mesurer des deux pics pointus diffusion à haute intensité, ainsi que de larges pics de fluorescence de faible intensité dans les mêmes conditions.
  • Débit de mesure de haute et de réduction exposition à la lumière à l'échantillon, due à une vitesse de balayage élevée allant jusqu'à 60.000 nm / minute et la fonction d'obturation automatique.
  • Mesure du rendement quantique sur une plage de longueurs d'onde de 240 à 800 nm.
  • Des mesures précises de rendement quantique sont le résultat de la collecte réponse de l'instrument spectrale et l'intégration des facteurs de correction avant de mesurer la sphère de l'échantillon.
  • Grand choix de paramètres calculés fournis par un logiciel dédié et facile à utiliser.

Au cours de cette vidéo, nous allons mesurer le salicylate de sodium sous forme de poudre qui est connu pour avoir une valeur de rendement quantique de 0,4 à 0,5.

Protocol

1. Configuration du système

  1. F-7000 spectrophotomètre à fluorescence équipé d'photomultiplicateur plage de sensibilité étendue Haute-928F R détecteur.
  2. F-7000 Accessoires: la rhodamine B, diffuseur de lumière, filtre rouge et sous-source de lumière normalisée ont été utilisés pour générer les facteurs de correction spectrale pour l'instrument.
  3. Accessoire rendement quantique de mesure, qui comprend: 60 mm intégration sphère, carreaux oxyde d'aluminium blanc, blanc standard, Spectralon cellules poudre (2ea), de la poudre d'oxyde d'aluminium et de logiciels de rendement quantique.
  4. Programme de générateur de rapports et le modèle approprié sera utilisé pour le calcul des coordonnées chromatiques.

2. De configuration du système

  1. Allumez le Hitachi F-7000 spectrophotomètre à fluorescence et de permettre à la lampe au xénon à se réchauffer pendant une heure. Commencez à utiliser le compartiment de l'échantillon standard (support de cuvette) installé dans l'instrument.

3. Acquisition d'intégrer les facteurs de correction de Sphère

Lors de la mesure des facteurs de correction Intégration de Sphère, le logiciel sélectionne automatiquement les paramètres de test de mesure figurant dans le tableau 1.

CONDITIONS D'ANALYSE
Mesures Longueur d'onde de balayage
Mode de balayage Synchrone
Mode de données Fluorescence
EM WL 200 nm
EX Démarrer WL 200 nm
WL Fin EX 900 nm
Vitesse de numérisation 240 nm / min
Retarder 5,0 s
Fente EX 5,0 nm
EM Slit 20 nm
Tension PMT 250 V
Spectres corrigés ON
Réponse Auto

Tableau 1.

3,1. Acquisition de données diffuseur

  1. Placez diffuseur dans le compartiment échantillon standard et fermez le compartiment échantillon.
  2. Cliquez sur la mesure du rendement quantique fenêtre facteur de correction, puis, sur la mesure Diffuseur.
  3. Entrez le nom du fichier: "IS_factor_F70_diffuser" pour les données de diffusion et cliquez sur OK (vidéo 1).
  4. Après la mesure, le fichier sera enregistré dans le «correct» le dossier des Solutions FL. Figure 1 est un exemple des données de mesure de diffuseur.

3,2. Acquisition de facteur de correction pour aucun échantillon (de référence)

<ol>
  • Retirez le compartiment échantillon standard de l'instrument, magasin de diffuseur, puis installez la sphère d'intégration.
  • Remplissez la cellule en poudre avec de la poudre d'oxyde d'aluminium jusqu'à une hauteur d'au moins 25 mm afin de s'assurer de la poudre recouvre complètement le port de la sphère d'intégration. Touchez le fond de la cellule avec soin pour compacter la poudre.
  • Placer le carreau d'oxyde d'aluminium blanc dans le port de référence (P2) de la sphère d'intégration (l'une en face de l'monochromateur d'émission) et la cellule de poudre d'oxyde d'aluminium dans l'orifice d'échantillon (P1) de la sphère d'intégration (l'une en face de l'monochromateur d'excitation ).
  • Cliquez sur la fenêtre de rendement quantique de correction du facteur de mesure, puis sur l'intégration de mesure Sphère (sans échantillon) (Vidéo 2).
  • Le logiciel vous rappellera pour fixer les échantillons. Entrez le nom "est sans aucun échantillon» et cliquez sur OK.
  • Après la mesure, le fichier sera sauvegardé dans le dossier "Correc t "des solutions de FL. La figure 2 est un exemple de la sphère d'intégration sans des données de mesure de l'échantillon.
  • 3,3. Acquisition de facteur de correction en présence d'un échantillon:

    1. Retirez la cellule avec de la poudre d'oxyde d'aluminium et de le remplacer par la norme Spectralon blanc. (La norme devrait être Spectralon face à la monochromateur d'excitation (P1)).
    2. Cliquez sur la fenêtre de rendement quantique de correction du facteur de mesure et sur l'intégration de mesure Sphère (avec l'échantillon). Le logiciel vous rappellera pour définir le matériel standard pour la mesure de réflectance.
    3. Entrez le nom: "IS avec l'échantillon» pour la sphère d'intégration avec l'échantillon de données de fichier et cliquez sur OK (vidéo 3).
    4. Après la mesure, le fichier sera enregistré dans le «correct» le dossier des Solutions FL. La figure 3 est un exemple de la sphère d'intégration avec les données de mesure de l'échantillon.
    "> NOTE: Si vous avez besoin d'utiliser des filtres de coupure de second bloc diffusion de la lumière afin d'émission sur le côté qui interfèrent avec le pic de fluorescence, vous aurez besoin pour mesurer un niveau de référence en utilisant le diffuseur seule et également le diffuseur et le filtre approprié Ces. fichiers de données seront utilisées par le logiciel lors du calcul de rendement quantique. Dans la pratique, nous recommandons de mesurer tous les filtres de coupure dans le cadre de la configuration initiale du système.

    4. Mesure de l'échantillon (poudre salicylate de sodium)

    Mesure du rendement quantique comporte l'acquisition d'un spectre d'émission à la fois pour non-échantillon (de référence) et en présence d'un échantillon. Sélectionnez les paramètres de mesure d'analyse comme suit:

    1. Cliquez sur la "Méthode" bouton et dans la longueur d'onde de balayage onglet Général, sélectionnez le mode de mesure et entrez les informations appropriées sur l'opérateur et accessoires(Vidéo 4).
    2. Cliquez sur l '"instrument" et entrer les paramètres de mesure pour l'instrument comme indiqué dans le tableau 2 (vidéo 5).
    CONDITIONS D'ANALYSE
    Mesures Longueur d'onde de balayage
    Mode de balayage Émission
    Mode de données Fluorescence
    EX WL 350 nm
    EM Démarrer WL 330 nm
    EM Fin WL 600 nm
    Vitesse de numérisation 1200 nm / min
    Retarder 0 s
    Fente EX 5,0 nm
    EM Slit 5,0 nm
    Tension PMT 350 V
    Spectres corrigés ON
    Réponse Auto
    Spectres corrigés ON

    Tableau 2.

    1. Pas de paramètres supplémentaires sont nécessaires en ce moment car les réglages de l'onglet du Moniteur, de traitement et le rapport peut être fait après les données ont été mesurées. Nous allons simplement les passer en revue, puis cliquez sur le bouton OK, afin de définir les paramètres de mesure sélectionnées dans l'instrument (vidéo 6).
    2. En option, les paramètres sélectionnés peuvent être sauvegardés pour une utilisation future. Nous allons maintenant mesurer la norme de référence d'oxyde d'aluminium en utilisant une excitation directe.
    3. Placer la cellule de poudre avec de l'Al2O3 poudre dans l'orifice de mesure d'échantillon (P1) (en face du faisceau d'excitation).
    4. Cliquez sur le mot «Échantillon» sur le boutonet tapez le nom de l'échantillon: «P1_Baseline_Al2O3", puis cliquez sur la case à cocher "fichier Auto". Sélectionnez le nom du dossier et de fichier pour les données: "P1_Baseline_Al2O3", puis cliquez sur "Enregistrer" et "OK" (Vidéo 7).
    5. Cliquez sur la "mesure" sur le bouton pour mesurer l'échantillon Al2O3. (Vidéo 8), après la fenêtre de traitement de données s'ouvre, cliquez sur le "échelle de l'axe Auto" bouton de réglage de l'échelle, de visualiser le pic de diffusion avec une excitation directe (figure 4).
    6. Maintenant, nous allons procéder de mesure de l'échantillon de salicylate de sodium en utilisant une excitation directe. Cliquez sur le mot «Échantillon» icône et entrez "Salicylate P1_Sodium" pour le nom de l'échantillon et le fichier, puis cliquez sur le bouton OK (Vidéo 9).
    7. Placer l'échantillon salicylate de sodium dans la cellule en poudre et dans le port P1 de la sphère d'intégration (le port face au faisceau de lumière d'excitation) et cliquez sur la "mesure" sur le bouton. (Vidéo 10) Lorsque le processus de donnéesfenêtre s'ouvre ING, cliquez sur le "échelle de l'axe Auto" pour ajuster l'échelle et de visualiser la dispersion et les pics de fluorescence.
    8. A ce moment nous allons répéter les mesures pour l'oxyde d'aluminium et de sodium salicylate avec les échantillons placés dans le port P2 de la sphère d'intégration, afin de les lire en utilisant une excitation indirecte.
    9. Cliquez d'abord sur le «échantillon» le bouton et le type du nom de l'échantillon et le fichier: "P2_Baseline_Al2O3" pour chacun d'eux (vidéo 11).
    10. Déplacez la tuile oxyde d'aluminium blanc de P2 à P1 de la sphère d'intégration et de placer une cellule remplie de poudre d'oxyde d'aluminium en P2.
    11. Cliquez sur la "mesure" bouton pour lire l'échantillon (vidéo 12).
    12. Pour compléter la mesure des échantillons, nous devons mesurer l'échantillon de salicylate de sodium en utilisant une irradiation indirecte. Nous avons d'abord taper l'échantillon et les noms de fichiers comme dans les étapes précédentes. Le nom sera salicylate P2_Sodium (Vidéo 13).
    13. Placer l'échantillon de salicylate de sodium dans le port P2 de la sphère d'intégration et cliquez sur le bouton Mesure (vidéo 14).

    5. Calcul du rendement quantique

    Nous allons d'abord procéder chargement des facteurs de correction intégrant la sphère.

    1. Cliquez sur le bouton calcul du rendement quantique pour ouvrir le programme rendement quantique de calcul (vidéo 15).
    2. Cliquez sur le bouton de rendement quantique de correction du facteur de réglage (Vidéo 16).
    3. Cliquez sur l'onglet Correction sphère d'intégration et cliquez sur la case en face de "correction sphère d'intégration", puis cliquez sur l'onglet Correction du filtre et assurez-vous que le "filtre de correction" case est décochée, cliquez à nouveau sur l'onglet Correction sphère d'intégration (Vidéo 17 ).
    4. Cliquez sur le bouton Charger de la mesure la section Données diffuse, puis sélectionner le fichier "IS_factor_F70 aucun échantillon" (
    5. Sélectionnez l'option "IS_factor_F70_diffuser" fichier, puis cliquez sur le bouton de charge (vidéo 19).
    6. Cliquez sur le bouton Charger des données intégration de la mesure la sphère (sans échantillon) de l'article (Vidéo 20).
    7. Sélectionnez l'option "IS_factor_F70 aucun échantillon" fichier, puis cliquez sur le bouton de charge (vidéo 21).
    8. Cliquez sur le bouton Charger des données intégration de la mesure sphère (avec l'échantillon) de l'article (Vidéo 22).
    9. Sélectionnez l'option "IS_factor_F70 avec l'échantillon" fichier, puis sur le bouton de charge (vidéo 23).
    10. Longueur d'onde normalisée peut être laissé à 600 nm ou ajusté à la valeur de longueur d'onde où la correction de sphère d'intégration est égale à 1. Pour ce faire, vérifiez que la case en face de «Afficher quantique fenêtre de calcul du rendement" est sélectionné et cliquez sur le bouton OK de la "Réglage du facteur de rendement quantique" window, qui fermera cette fenêtre (vidéo 24).
    11. Maintenant, cliquez sur «Correction Sphère Intégrer" l'onglet "Rendement quantique Calcul" fenêtre et ajustez le curseur jusqu'à ce que la lecture sphère d'intégration de correction est "1", en prenant note de la longueur d'onde (vidéo 25).
    12. Cliquez sur le "Cadre de rendement quantique facteur de correction" et si le changement nécessaire de la longueur d'onde normalisé à la lecture obtenue à l'étape précédente et cliquez sur le bouton OK (vidéo 26).

    La prochaine étape consiste à charger le scénario de référence et de données Exemples de fichiers

    1. Cliquez sur le "rendement quantique Calcul" onglet (vidéo 27).
    2. Chargez "de données sans l'échantillon" (fichier P1_Baseline_ Al2O3) pour l'irradiation directe en cliquant sur ​​le bouton de charge et de charge "de données avec un échantillon" (fichier P1_Sodium salicylate) pour l'irradiation directe (vidéo 28).
    3. (vidéo 29).
    4. Maintenant, nous allons calculer le rendement quantique de l'irradiation directe de l'échantillon. Cliquez sur le "Calcul" et lire les résultats (vidéo 30). Nous aurons besoin de ces données pour le calcul final du rendement quantique de l'échantillon en tenant compte d'excitation indirecte.
    5. Cliquez sur le fichier texte et enregistrer les données sous le nom de fichier "irradiation QY Direct" (Vidéo 31).
    6. En utilisant les données des fichiers P2_Baseline_Al2O3 et le salicylate de P2_Sodium, nous allons calculer le rendement quantique pour l'excitation indirecte (Vidéo 32) Maintenant, nous allons enregistrer ces données pour le calcul quantique rendement final.
    7. Cliquez sur le fichier texte et enregistrez le fichier de données texte sous le nom de "L'irradiation QY indirecte" (vidéo 33) Maintenant, nous allons ouvrir les deux fichiers texte dans Excel avec les données sur le rendement quantique de directiont et d'excitation indirecte. Enfin, nous allons calculer le rendement quantique de l'échantillon, y compris l'effet de l'excitation indirecte, en utilisant la formule suivante:

    Φ = Φd-(1-Ad) ΦI

    Où:

    Φ est le rendement quantique corrigée en tenant compte d'excitation indirecte

    Φd est le rendement quantique interne à l'aide d'excitation directe. (Rendement quantique interne = quantité de fluorescence / Montant de la lumière d'excitation absorbée.)

    Annonce est le coefficient d'absorption pour l'excitation directe. (Il s'agit du ratio de la quantité de faisceau d'excitation absorbée par l'échantillon). (Absorbance = (AREX - CsEx) / AREX, où Arex est la quantité de lumière d'excitation et CsEx est la quantité de lumière réfléchie)

    ΦI est le rendement quantique interne à l'aide IndiExcitation rect

    Φ = 0,536 - (1 - 0,848) 0,420 Calculé
    Φ = 0,47216

    6. Calcul de la chromaticité

    1. Nous allons utiliser le générateur logiciel optionnel rapport avec un modèle préparé pour le calcul de la chromaticité.
    2. Ouvrez le salicylate de données P1_Sodium fichier (vidéo 34).
    3. Cliquez sur la "Propriété" sur le bouton, puis l'onglet "Rapport". Dans "Output", sélectionnez "feuille de générateur de l'utilisation d'impression" dans le menu déroulant. Dans "Imprimer les articles« modèle de sélection "FL70Std01_Color-chart.xls" puis cliquez sur le bouton "Ouvrir". Il n'est pas nécessaire de sélectionner la plage de longueur d'onde et l'intervalle, puisque cela se fait automatiquement par Report Generator (Vidéo 35).
    4. L'étape suivante consiste à créer le rapport. Cliquez sur le "Rapport" onglet et la macro pour créer le rapport sera exécuté et enregistré dans le dossier "Rapports" en format Excel sous le nom de l'échantillon (vidéo 36). < / Li>
    5. A cette époque, nous pouvons ouvrir le rapport pour voir les données de couleur (vidéo 37).

    7. Les secrets du succès

    1. Utiliser des échantillons frais.
    2. Soyez conscient que le matériel provenant de différents fabricants peuvent donner des résultats différents.
    3. Touchez le fond de la cellule de poudre à compacter l'échantillon et à présenter une surface uniforme pour la mesure.
    4. Protéger les échantillons de la lumière. Ils se détériorer avec exposition à la lumière.
    5. Essayez d'utiliser une vitesse plus rapide de balayage pour minimiser l'exposition à la lumière d'échantillon.

    8. Les résultats représentatifs

    8,1. Salicylate de sodium est connu pour avoir un rendement quantique de 0,4 à 0,5

    Figure 1
    Figure 1. Cliquez ici pour agrandir la figure .

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    Figure 2. Cliquez ici pour agrandir la figure .

    Figure 1
    Figure 3. Cliquez ici pour agrandir la figure .

    Disclosures

    Luis A. Moreno est employé par Hitachi Technologies Amérique du Haut qui produit l'instrument utilisé dans cet article.

    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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