Absolute Quantenausbeute Messung von Pulverproben

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Summary

In diesem Video zeigen wir Ihnen, Messung und Berechnung der absoluten Quantenausbeute und Farbort direkt in Pulverproben mit dem Hitachi F-7000 Quantenausbeute Mess-System.

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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

Die Messung der Fluoreszenz-Quantenausbeute ist zu einem wichtigen Werkzeug bei der Suche nach neuen Lösungen in der Entwicklung, Evaluation, Qualitätssicherung und Forschung der Beleuchtung, AV-Ausrüstung, organische EL-Material, Filme, Filter und fluoreszierenden Sonden für die Bio-Branche.

Quantenausbeute wird als das Verhältnis der Anzahl der Photonen absorbiert berechnet, um die Anzahl der Photonen, die von einem Material ausgestrahlt. Je höher die Quantenausbeute, desto besser ist die Effizienz des fluoreszierenden Materials.

Für die Messungen in diesem Video vorgestellten, verwenden wir die Hitachi F-7000 Fluoreszenz-Spektralphotometer mit der Quantenausbeute Messung Accessoire und Report-Generator-Programm ausgestattet. Alle Informationen zur Verfügung gestellt gilt für dieses System.

Die Messung der Quantenausbeute in Pulverproben wird anhand der folgenden Schritte durchgeführt:

  1. Erzeugung des Instruments Korrekturfaktoren für die Anregung und EMISSIonen-Monochromatoren. Dies ist eine wichtige Voraussetzung für die korrekte Messung der Quantenausbeute. Es hat sich im Voraus für den gesamten Messbereich des Gerätes durchgeführt worden und werden nicht in diesem Video aus Zeitgründen gezeigt werden.
  2. Die Messung der Ulbricht-Kugel Korrekturfaktoren. Der Zweck dieses Schrittes ist zu berücksichtigen Reflexionseigenschaften der integrierenden Kugel für die Messungen benutzt werden kann.
  3. Referenz und Probe-Messung mit direkter Anregung und indirekte Anregung.
  4. Quantenausbeute Berechnung mit direkter und indirekter Erregung. Direkte Anregung ist, wenn die Probe mit Blick direkt den Anregungsstrahl, was die normale Messaufbau wäre. Da wir jedoch mit einer Ulbricht-Kugel, ein Teil der emittierten Photonen aus der Probe Fluoreszenz durch den integrierenden Kugel reflektiert und wird wieder Anregen der Probe, so müssen wir in Betracht indirekte Anregung zu nehmen. Dies ist accomplished durch Messen der Probe in den Hafen vor der Emissionsmonochromator angeordnet, Berechnung der indirekten Quantenausbeute und Korrigieren der direkten Quantenausbeute Berechnung.
  5. Korrigierte Quantenausbeute Berechnung.
  6. Farbartkoordinaten Berechnung mit Report-Generator-Programm.

Die Hitachi F-7000 Quantenausbeute Measurement System bieten Vorteile für diese Anwendung, wie folgt:

  • Hohe Empfindlichkeit (S / N Ratio 800 oder besser RMS). Das Signal ist das Raman-Band von Wasser unter den folgenden Bedingungen gemessen: Ex Wellenlänge 350 nm, Bandpass Ex und Em 5 nm, Antwort 2 sec), wird das Rauschen am Maximum der Raman-Peak gemessen. Hohe Empfindlichkeit ermöglicht die Messung von Proben auch bei niedrigen Quantenausbeute. Mit diesem System haben wir Quantenausbeuten so niedrig wie 0,1 für eine Stichprobe von Salicylsäure und so hoch wie 0,8 für eine Stichprobe von Magnesiumwolframat gemessen.
  • Hochpräzise Messung mit einem Dynamikbereich von 6 Aufträge vonGrößenordnung ermöglicht Messungen der beiden scharfen Streuungsspitzen mit hoher Intensität, sowie breite Fluoreszenz-Peaks geringer Intensität unter den gleichen Bedingungen.
  • Hohe Mess-Durchsatz und reduzierte Belichtung auf die Probe, aufgrund einer hohen Scangeschwindigkeit von bis zu 60.000 nm / min und automatischem Shutter-Funktion.
  • Messung der Quantenausbeute über einen weiten Wellenlängenbereich von 240 bis 800 nm.
  • Genaue Quantenausbeute sind das Ergebnis Sammelgerät spektrale Empfindlichkeit und integrierenden Kugel Korrekturfaktoren vor der Messung der Probe.
  • Große Auswahl an berechneten Parameter von engagierten und einfach zu bedienende Software zur Verfügung gestellt.

In diesem Video, wird der Messwert Natriumsalicylat in Pulverform, das bekanntermaßen eine Quantenausbeute von 0,4 bis 0,5 aufweisen wird.

Protocol

1. System-Konfiguration

  1. F-7000 Fluoreszenz-Spektralphotometer mit hoher Empfindlichkeit Extended Range Photomultiplier R-928F-Detektor ausgestattet.
  2. F-7000 Zubehör: Rhodamin B, Lichtdiffusor, roten Filter und Sub-Standard-Lichtquelle verwendet, um die spektralen Korrekturfaktoren für das Gerät zu erzeugen.
  3. Quantenausbeute Messung Accessoire, das beinhaltet: 60 mm Ulbrichtkugel Aluminiumoxyd weißen Fliesen, Spectralon weißen Standard-, Pulver-Zellen (2ea), Aluminiumoxid-Pulver und Quantenausbeute Software.
  4. Report Generator Programm und die entsprechende Vorlage wird für die Berechnung der Farbkoordinaten verwendet werden.

2. System-Setup

  1. Schalten Sie den Hitachi F-7000 Fluoreszenz-Spektralphotometer und damit die Xenon-Lampe zum Aufwärmen für eine Stunde. Starten Sie mit dem Standard-Probenraum (Küvettenhalter) im Gerät installiert.

3. Acquisition von Ulbrichtkugel Korrekturfaktoren

Bei der Messung der Ulbrichtkugel Korrekturfaktoren, die Software wählt automatisch die Mess-Test-Parameter in Tabelle 1 aufgelistet.

Analytischen Bedingungen
Messung Wellenlängen-Scan
Scan-Modus Synchron
Daten-Modus Fluoreszenz
EM-WL 200 nm
EX Start-WL 200 nm
EX End WL 900 nm
Scan-Geschwindigkeit 240 nm / min
Verzögern 5,0 s
EX Slit 5,0 nm
EM Slit 20 nm
PMT-Spannung 250 V
Korrigierten Spektren ON
Antwort Auto

Tabelle 1.

3.1. Übernahme von Daten Diffusor

  1. Platzieren Sie Diffusor in dem Standart Probenraum und schließen Sie den Probenraum.
  2. Klicken Sie auf das Fenster Quantenausbeute Korrekturfaktor Mess-und dann, am Diffusor Messung.
  3. Geben Sie den Dateinamen: "IS_factor_F70_diffuser" für die Diffusor-Daten und klicken Sie auf OK (Video 1).
  4. Nach der Messung wird die Datei in der "richtigen" Ordner von FL-Lösungen gespeichert werden. Abbildung 1 ist ein Beispiel für den Diffusor Messdaten.

3.2. Erwerb der Korrekturfaktor für keine Probe (Referenz)

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  • Entfernen Sie die Standard-Probenraum aus dem Instrument, speichern Diffusor, dann installieren Sie die Ulbricht-Kugel.
  • Füllen Sie das Pulver Zelle mit Aluminiumoxid-Pulver bis zu einer Höhe von mindestens 25 mm um sicherzustellen, dass das Pulver vollständig deckt den Port des Ulbricht-Kugel. Tippen Sie auf den Boden der Zelle sorgfältig, um das Pulver zu verdichten.
  • Platzieren Sie die Aluminiumoxid Weisskachel in der Referenz-Port (P2) der integrierenden Kugel (die vor der Emissionsmonochromator) und das Pulver Zelle mit Aluminiumoxid in der Probe (P1) des Ulbricht-Kugel (die vor der Anregungsmonochromator ).
  • Klicken Sie auf die Quantenausbeute Korrekturfaktor Messfenster, dann auf Ulbrichtkugel Messung (ohne Probe) (Video 2).
  • Die Software wird Sie daran erinnern, um die Proben gesetzt. Geben Sie den Namen "ist ohne Beispiel" und klicken Sie auf OK.
  • Nach der Messung wird die Datei in den Ordner "Korrek gespeichert werden t "von FL Solutions. Abbildung 2 ist ein Beispiel der integrierenden Kugel ohne Probe Messdaten.
  • 3.3. Übernahme der Korrekturfaktor in Gegenwart einer Probe:

    1. Entfernen Sie die Zelle mit Aluminiumoxid-Pulver und ersetzen Sie es mit dem Spectralon weißen Standard. (Die Spectralon Standard sollte vor der Anregungsmonochromator (P1)).
    2. Klicken Sie auf die Quantenausbeute Korrekturfaktor Messung Fenster und dann auf Ulbrichtkugel Messung (mit Probe). Die Software wird Sie daran erinnern, um die Standard-Reflexions-Material für die Messung eingestellt.
    3. Geben Sie den Namen: "mit Probe" für die Ulbricht-Kugel mit Sample-Daten-Datei und klicken Sie auf OK (Video 3).
    4. Nach der Messung wird die Datei in der "richtigen" Ordner von FL-Lösungen gespeichert werden. Abbildung 3 ist ein Beispiel für die Ulbricht-Kugel mit Probe Messdaten.
    "> Hinweis: Falls Sie Cutoff-Filter verwenden, um Streulicht zweiter Ordnung auf die Emission Seite, die mit dem Fluoreszenz-Gipfel stören blockieren müssen, benötigen Sie, um eine Grundlinie mit dem Diffusor und auch nur der Diffusor und die passenden Filter zu messen Diese. Daten-Dateien werden von der Software bei der Berechnung der Quantenausbeute verwendet werden. In der Praxis empfehlen wir messen alle Cutoff-Filter als Teil der anfänglichen Aufbau des Systems eingestellt.

    4. Probenmessung (Natriumsalicylat Pulver)

    Quantenausbeute Messung ist der Erwerb eines Emissionsspektrums für sowohl nicht-Probe (Referenz) und in Gegenwart einer Probe. Wählen Sie die analytischen Messparameter wie folgt:

    1. Klicken Sie auf das "Verfahren" und in der Registerkarte Allgemein wählen Sie Scan Wellenlänge wie die Messung Modus und geben Sie die entsprechenden Informationen über den Betreiber und Zubehör(Video 4).
    2. Klicken Sie auf das "Instrument" und geben Sie die Messparameter für das Gerät wie in Tabelle 2 (Video 5) gezeigt.
    Analytischen Bedingungen
    Messung Wellenlängen-Scan
    Scan-Modus Emission
    Daten-Modus Fluoreszenz
    EX WL 350 nm
    EM Starten WL 330 nm
    EM Ende WL 600 nm
    Scan-Geschwindigkeit 1200 nm / min
    Verzögern 0 s
    EX Slit 5,0 nm
    EM Slit 5,0 nm
    PMT-Spannung 350 V
    Korrigierten Spektren ON
    Antwort Auto
    Korrigierten Spektren ON

    Tabelle 2.

    1. Es sind keine zusätzlichen Einstellungen sind zu diesem Zeitpunkt erforderlich, da der Monitor-, Verarbeitungs-und Berichts-Registerkarte Einstellungen vorgenommen, nachdem die Daten gemessen worden sein. Wir sind gerade dabei, sie zu überprüfen und klicken Sie dann auf die Schaltfläche OK, um die ausgewählten Messparameter im Gerät (Video 6) eingestellt.
    2. Als Option könnte gewählten Einstellungen für die zukünftige Verwendung gespeichert werden. Wir gehen jetzt die Messung der Aluminiumoxid Referenz-Standard mit direkter Erregung.
    3. Legen Sie die Zelle mit Pulver Al2O3-Pulver in der Probe Messöffnung (P1) (vor dem Anregungsstrahl).
    4. Klicken Sie auf das "Sample"-Tasteund geben Sie den Namen des Samples: "P1_Baseline_Al2O3", dann auf das Kästchen neben "Auto-Datei" klicken. Wählen Sie den Ordner und Dateinamen für die Daten: "P1_Baseline_Al2O3", klicken Sie dann auf "Speichern" und "OK" (Video 7).
    5. Klicken Sie auf das "Measure"-Taste für die Messung der Al2O3-Probe. (Video 8), nachdem die Datenverarbeitung Fenster öffnet, auf der "Auto Scale Axis"-Taste Einstellung der Waage klicken, um die Streuung Peak mit direkter Anregung (Abbildung 4) zu visualisieren.
    6. Jetzt werden wir fortfahren die Messung der Probe von Natriumsalicylat mit direkter Erregung. Klicken Sie auf das "Sample"-Symbol und geben Sie "P1_Sodium Salicylate" für die Probe und den Dateinamen, klicken Sie dann auf die Schaltfläche OK (Video 9).
    7. Setzen Sie den Natriumsalicylat Probe in der Zelle und Pulver in den P1-Anschluss der integrierenden Kugel (der Hafen mit Blick auf den Anregungslichtstrahl) und klicken Sie auf den "Measure"-Taste. (Video 10) Wenn die Daten zu verarbeitenIng.-Fenster öffnet, auf der "Auto Scale Axis"-Taste zum Einstellen der Waage und visualisieren die Streuung und Fluoreszenz-Peaks auf.
    8. Zu diesem Zeitpunkt werden wir Messungen für Aluminiumoxid und Natriumsalicylat mit den Proben in der P2-Anschluss der integrierenden Kugel platziert zu wiederholen, um sie zu lesen über indirekte Anregung.
    9. Klicken Sie zuerst auf das "Sample"-Taste und geben Sie die Probe und den Dateinamen: "P2_Baseline_Al2O3" für beide von ihnen (Video 11).
    10. Bewegen Sie das Aluminiumoxid weißen Fliesen von P2 zu P1 der integrierenden Kugel und legen Sie eine Zelle mit Aluminiumoxid-Pulver in P2 gefüllt.
    11. Klicken Sie auf das "Measure"-Taste, um die Probe zu lesen (Video 12).
    12. Um Probenmessung vervollständigen, müssen wir die Natriumsalicylat Probe messen mittels indirekter Bestrahlung. Zuerst geben Sie die Probe und Dateinamen wie in den vorangegangenen Schritten. Der Name wird P2_Sodium Salicylat (Video 13 sein).
    13. Setzen Sie den Natriumsalicylat Probe in der P2-Anschluss der integrierenden Kugel und klicken Sie auf die Schaltfläche Measure (Video 14).

    5. Quantum Ertragsberechnung

    Zuerst werden wir fortfahren Laden der Ulbricht-Kugel Korrekturfaktoren.

    1. Klicken Sie auf die Quantenausbeute Berechnung Taste, um die Quantenausbeute Berechnungsprogramm (Video 15) zu öffnen.
    2. Klicken Sie auf die Quantenausbeute Korrekturfaktor Einstelltaste (Video 16).
    3. Klicken Sie auf die Registerkarte Korrektur Ulbrichtkugel und klicken Sie auf das Kästchen vor "Ulbricht-Kugel-Korrektur", dann auf die Registerkarte Korrektur-Filter klicken und sicherstellen, dass die "Filter-Korrektur"-Box deaktiviert ist, klicken Sie erneut auf die Registerkarte Korrektur Ulbrichtkugel (Video 17 ).
    4. Klicken Sie auf die Schaltfläche Laden des Diffuse Messdaten Abschnitt, und wählen Sie Datei "IS_factor_F70 keine Probe" (
    5. Wählen Sie den "IS_factor_F70_diffuser"-Datei und klicken Sie dann auf die Schaltfläche Laden (Video 19).
    6. Klicken Sie auf die Schaltfläche Laden der integrierenden Kugel Messdaten (ohne Probe) Abschnitt (Video 20).
    7. Wählen Sie den "IS_factor_F70 keine Probe"-Datei und klicken Sie dann auf die Schaltfläche Laden (Video 21).
    8. Klicken Sie auf die Schaltfläche Laden der integrierenden Kugel Messdaten (mit Probe) Abschnitt (Video 22).
    9. Wählen Sie den "IS_factor_F70 mit Probe"-Datei und dann auf die Schaltfläche Laden (Video 23).
    10. Normalisierte Wellenlänge bei 600 nm gelassen werden oder sich nach der Wellenlänge Wert, bei dem die integrierende Kugel Korrektur gleich 1 ist. Um dies zu tun, stellen Sie sicher das Kästchen vor "Display Quantenausbeute Berechnung Fenster" ausgewählt ist und klicken Sie auf die Schaltfläche OK des "Quantum Erntefaktor Setting" WindoW, die dieses Fenster (Video 24) geschlossen wird.
    11. Jetzt auf dem "Ulbrichtkugel Correction" auf der Registerkarte "Quantum Ertragsberechnung"-Fenster klicken Sie auf und stellen Sie den Cursor, bis die Ulbricht-Kugel Korrektur lesen ist "1", unter Nennung der Wellenlänge (Video 25).
    12. Klicken Sie auf die "Quantenausbeute Korrekturfaktor Setting" und ggf. Änderung der Wellenlänge Normalized zu der Lesung im vorherigen Schritt erhalten und klicken Sie auf OK (Video 26).

    Der nächste Schritt ist, um die Baseline-und Sample-Daten-Dateien zu laden

    1. Klicken Sie auf das "Quantum Ertragsberechnung"-Reiter (Video 27).
    2. Laden Sie "Daten ohne Probe" (Datei P1_Baseline_ Al2O3) für direkte Bestrahlung durch einen Klick auf die Schaltfläche Laden und Last "Daten mit Probe" (Datei P1_Sodium Salicylat) für direkte Bestrahlung (Video 28).
    3. (Video 29) wählen.
    4. Jetzt werden wir berechnen die Quantenausbeute für die direkte Bestrahlung der Probe. Klicken Sie auf die "Berechnung" Button und lesen Sie die Ergebnisse (Video 30). Wir werden diese Daten für die endgültige Berechnung der Quantenausbeute für die Probe unter Berücksichtigung der indirekten Anregung benötigen.
    5. Klicken Sie auf Textdatei und speichern Sie die Daten unter dem Dateinamen "QY direkte Bestrahlung" (Video 31).
    6. Mit Hilfe von Daten-Dateien P2_Baseline_Al2O3 und P2_Sodium Salicylat, werden wir Quantenausbeute für indirekte Anregung (Video 32) berechnen jetzt werden wir diese Daten für die endgültige Berechnung Quantenausbeute zu speichern.
    7. Klicken Sie auf die Textdatei und speichern Sie die Daten Textdatei unter dem Namen "QY Indirekte Bestrahlung" (Video 33) Jetzt werden wir die beiden Text-Dateien in Excel mit den Quantenausbeute für Richtungen öffnent und indirekte Anregung. Schließlich berechnen wir die Quantenausbeute für die Probe einschließlich der Auswirkungen indirekte Anregung, nach folgender Formel:

    Φ = Φd-(1-Ad) ΦI

    Wo:

    Φ ist die korrigierte Quantenausbeute unter Berücksichtigung der indirekten Anregung

    Φd ist die interne Quantenausbeute mit direkter Erregung. (Interne Quantenausbeute = Menge der Fluoreszenz / Menge der absorbierten Anregungslicht.)

    Ad ist der Absorptionsgrad für direkte Anregung. (Dies ist das Verhältnis der Menge an Anregungsstrahl von der Probe absorbiert). (Absorption = (Arex - csex) / Arex, wo Arex ist die Menge von Anregungslicht und csex ist die Menge des reflektierten Lichtes)

    ΦI ist die interne Quantenausbeute mit Indirect Anregung

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

    6. Berechnung der Farbart

    1. Wir werden die optionale Software Report Generator mit einer Vorlage für die Berechnung der Chromatizität hergestellt verwenden.
    2. Öffnen Sie die Datendatei P1_Sodium Salicylat (Video 34).
    3. Klicken Sie auf den "Property"-Taste und dann den "Bericht Reiter". Im "Output" selektiere "Use Print-Generator Blatt" aus dem Dropdown-Menü. Im "Print Positionen" Vorlage wählen "FL70Std01_Color-Chart.xls" und dann auf die Schaltfläche "Öffnen". Es besteht keine Notwendigkeit, den Wellenlängenbereich und Intervall auszuwählen, da dies automatisch vom Berichtsgenerator (Video 35) durchgeführt.
    4. Der nächste Schritt besteht darin, den Bericht zu erstellen. Klicken Sie auf den "Report" klicken und das Makro für die Erstellung des Berichts wird ausgeführt, und in der "Berichte"-Ordner in Excel-Format gespeichert werden unter den Namen des Samples (Video 36). < / Li>
    5. Zu diesem Zeitpunkt können wir den Bericht öffnen, um die Farb-Daten (Video 37) zu sehen.

    7. Secrets to Success

    1. Verwenden Sie frische Proben.
    2. Seien Sie sich bewusst, dass Material von verschiedenen Herstellern zu unterschiedlichen Ergebnissen führen könnte.
    3. Auf den unteren Teil des Pulvers Zelle, um die Probe zu verdichten und präsentieren eine gleichmäßige Oberfläche für die Messung.
    4. Schützen Proben aus Licht. Sie verschlechtern sich mit der Belichtung.
    5. Versuchen Sie, eine schnellere Scan-Geschwindigkeit auf Probe Lichteinwirkung zu minimieren.

    8. Repräsentative Ergebnisse

    8.1. Natriumsalicylat ist bekannt, eine Quantenausbeute von 0,4 bis 0,5 aufweisen

    1
    Abbildung 1. Klicken Sie hier für eine größere Abbildung anzuzeigen .

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    Abbildung 2. Klicken Sie hier für eine größere Abbildung anzuzeigen .

    1
    Abbildung 3. Klicken Sie hier für eine größere Abbildung anzuzeigen .

    Disclosures

    Luis A. Moreno wird von Hitachi High Technologies America, die das Instrument in diesem Artikel verwendeten produziert beschäftigt.

    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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