Absolute Quantum la misurazione del rendimento dei campioni di polvere

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Summary

In questo video vi mostreremo misurare e calcolare assoluta resa quantica e cromaticità coordinate direttamente nei campioni di polvere secondo i Hitachi F-7000 Sistema di Yield Quantum misura.

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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

Misurazione della resa quantica di fluorescenza è diventato uno strumento importante nella ricerca di nuove soluzioni per lo sviluppo, la valutazione, il controllo qualità e ricerca di illuminazione, apparecchiature AV, materiale organico EL, film, filtri e sonde fluorescenti per la bio-industria.

Resa Quantum viene calcolato come rapporto del numero di fotoni assorbiti, al numero di fotoni emessi da un materiale. Maggiore è la resa quantica, migliore è l'efficienza del materiale fluorescente.

Per i rilievi presentati in questo video, useremo il Hitachi F-7000 spettrofotometro a fluorescenza equipaggiato con la resa quantica di misura Generator accessori e relazione sul programma. Tutte le informazioni fornite applica a questo sistema.

Misurazione del rendimento quantico in campioni di polvere viene eseguita la procedura seguente:

  1. Generazione di fattori di correzione dello strumento per l'eccitazione e emissioni monocromatori. Questo è un requisito importante per la corretta misurazione della resa quantica. È stata eseguita in anticipo per il campo di misura completa dello strumento e non verrà mostrato in questo video a causa di limitazioni di tempo.
  2. Misurazione di integrare i fattori di correzione sfera. Lo scopo di questa fase è di prendere in considerazione le caratteristiche di riflettività della sfera di integrazione utilizzato per le misurazioni.
  3. Di riferimento e la misura del campione con eccitazione diretta e indiretta di eccitazione.
  4. Quantum calcolo di rendimento servendosi di eccitazione diretto e indiretto. Eccitazione è diretta quando il campione si affaccia direttamente sul fascio di eccitazione, che sarebbe il sistema di misura normale. Tuttavia, perché usiamo una sfera di integrazione, una parte dei fotoni emessi derivanti dalla fluorescenza campione sono riflessi dalla sfera d'integrazione e si ri-eccitare il campione, quindi abbiamo bisogno di prendere in considerazione l'eccitazione indiretta. Questo è accomplished misurando il campione posizionato nel porto di fronte al monocromatore di emissione, il calcolo indiretta resa quantica e correggendo il calcolo diretto resa quantica.
  5. Corretto il calcolo resa quantica.
  6. Coordinate di cromaticità calcolo utilizzando Generator programma Report.

Gli F-7000 Hitachi Quantum Resa di misura i vantaggi del sistema di offerta per questa applicazione, come segue:

  • Alta sensibilità (S / N ratio 800 o migliore RMS). Signal è la banda Raman dell'acqua misurato nelle seguenti condizioni: lunghezza d'onda 350 nm Ex, Ex passa banda e Em 5 nm, la risposta 2 sec), si misura il rumore al massimo del picco Raman. Alta sensibilità consente di misurare campioni anche con una bassa resa quantica. Usando questo sistema abbiamo misurato rese quantiche di soli 0,1 per un campione di acido salicilico e alta come 0,8 per un campione di magnesio tungstato.
  • Misurazione di alta precisione con una gamma dinamica di 6 ordini digrandezza consente misurazioni di entrambi i picchi di scattering taglienti con alta intensità, come pure ampie picchi di fluorescenza di bassa intensità alle stesse condizioni.
  • Elevata misura ridotta esposizione alla luce e al campione, a causa di una elevata velocità di scansione fino a 60.000 nm / minuto e una funzione di scatto automatico.
  • Misurazione della resa quantica su una vasta gamma di lunghezze d'onda da 240 a 800 nm.
  • Accurate misurazioni della resa quantica sono il risultato di raccolta risposta spettrale strumento e integrare i fattori di correzione sfera prima di misurare il campione.
  • Grande selezione dei parametri calcolati forniti dal software dedicato e facile da usare.

Durante il video si misurerà salicilato di sodio in polvere che è noto per avere un valore quantico resa di 0,4 a 0,5.

Protocol

1. Configurazione del sistema

  1. F-7000 Spettrofotometro a fluorescenza dotato di alta fotomoltiplicatore gamma di sensibilità estesa R-928F rivelatore.
  2. F-7000 Accessori: Rodamina B, diffusore, filtro rosso e sub-standard sorgente di luce sono stati utilizzati per generare i fattori di correzione spettrali dello strumento.
  3. Accessorio Yield Quantum misura, che comprende: 60 mm Integrare sfera, piastrelle in ossido di alluminio bianche, Spectralon bianco standard, cellule polvere (2 sexies), polvere di ossido di alluminio e software resa quantica.
  4. Generatore programma rapporto e il modello appropriato verrà utilizzato per il calcolo delle coordinate di cromaticità.

2. Configurazione del sistema

  1. Accendere il F-7000 Hitachi spettrofotometro a fluorescenza e attendere che la lampada allo xeno per scaldarsi per un'ora. Iniziare a utilizzare il vano standard del campione (portacuvette) installato nello strumento.

3. Acquisition di integrare i fattori di correzione Sphere

Quando si misurano i fattori di correzione Integrazione Sphere, il software seleziona automaticamente i parametri del test di misura elencati nella Tabella 1.

Condizioni analitiche
Misura Lunghezza d'onda di scansione
Modalità di scansione Sincrono
Dati in modalità Fluorescenza
EM WL 200 nm
EX Inizio WL 200 nm
Fine WL EX 900 nm
Velocità di scansione 240 nm / min
Ritardare 5,0 s
Slit EX 5,0 nm
EM Slit 20 nm
PMT di tensione 250 V
Spettri corretti ON
Risposta Auto

Tabella 1.

3,1. Acquisizione dei dati Diffusore

  1. Mettere diffusore nel vano campione standard e chiudere il vano del campione.
  2. Fare clic sulla finestra di misura Yield Factor Correction Quantum e poi, sulla misurazione diffusore.
  3. Immettere il nome del file: "IS_factor_F70_diffuser" per i dati diffusore e fare clic su OK (Video 1).
  4. Dopo la misurazione, il file verrà salvato nella cartella "corretta" di FL Solutions. Figura 1 è un esempio di dati di misurazione del diffusore.

3.2. Acquisizione del fattore di correzione per nessun campione (di riferimento)

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  • Rimuovere il vano standard del campione dallo strumento, negozio di diffusore, quindi installare la sfera di integrazione.
  • Riempire la cella di polvere con polvere di ossido di alluminio fino ad una altezza di almeno 25 mm per assicurarsi che la polvere copre interamente il porto della sfera d'integrazione. Toccare il fondo della cella attentamente per compattare la polvere.
  • Posizionare la piastrella ossido di alluminio bianco nella porta di riferimento (P2) della sfera integratrice (quello rivolto verso l'emissione monocromatore) e la cella polvere con ossido di alluminio nel porto campione (P1) della sfera integratrice (quello rivolto verso l'eccitazione monocromatore ).
  • Fare clic sulla finestra Yield Misura Quantum Factor Correction, allora sull'integrazione di misura Sphere (senza campione) (Video 2).
  • Il software vi ricorderà di impostare i campioni. Immettere il nome "è senza sample" e fare clic su OK.
  • Dopo la misurazione, il file verrà salvato nella cartella "funzione di correzione t "di Solutions FL. Figura 2 è un esempio della sfera di integrazione con i dati di misurazione nessun campione.
  • 3,3. Acquisizione del fattore di correzione in presenza di un campione:

    1. Rimuovere la cella con polvere di ossido di alluminio e sostituirlo con lo standard Spectralon bianco. (La norma Spectralon dovrebbe essere rivolto verso il monocromatore di eccitazione (P1)).
    2. Fare clic sulla finestra Yield Misura Quantum Factor Correction e quindi sull'integrazione di misura Sfera (con il campione). Il software vi ricorderà di impostare il materiale standard per la misurazione della riflettanza.
    3. Immettere il nome: "E 'con il campione" per la sfera di integrazione con il file di dati di esempio e fare clic su OK (Video 3).
    4. Dopo la misurazione, il file verrà salvato nella cartella "corretta" di FL Solutions. Figura 3 è un esempio della sfera d'integrazione con i dati di misura del campione.
    "> NOTA: Nel caso sia necessario utilizzare i filtri di cut-off per bloccare secondo light scattering ordine sul lato delle emissioni che interferiscono con il picco di fluorescenza, è necessario misurare una linea di base utilizzando solo il diffusore e anche il diffusore e il filtro del caso, tali. file di dati verranno utilizzati dal software per il calcolo resa quantica. In pratica si consiglia di misurare tutti i filtri cut-off come parte della configurazione iniziale del sistema.

    4. Esempio di misura (Salicilato di sodio in polvere)

    Misurazione resa Quantum comporta l'acquisizione di uno spettro di emissione sia no-campione (di riferimento) e in presenza di un campione. Selezionare i parametri analitici di misurazione come segue:

    1. Fare clic sul pulsante "Metodo" e nella scheda Generale scansione lunghezza d'onda di selezionare la modalità di misurazione e immettere le informazioni appropriate per l'operatore e gli accessori(Video 4).
    2. Fare clic sulla scheda "Instrument" e inserire i parametri di misura per lo strumento come indicato nella Tabella 2 (video 5).
    Condizioni analitiche
    Misura Lunghezza d'onda di scansione
    Modalità di scansione Emissione
    Dati in modalità Fluorescenza
    EX WL 350 nm
    EM Inizio WL 330 nm
    EM Fine WL 600 nm
    Velocità di scansione 1200 nm / min
    Ritardare 0 s
    Slit EX 5,0 nm
    EM Slit 5,0 nm
    PMT di tensione 350 V
    Spettri corretti ON
    Risposta Auto
    Spettri corretti ON

    Tabella 2.

    1. Non sono necessarie ulteriori impostazioni in questo momento dato che le impostazioni della scheda del monitor, elaborazione e report può essere effettuata dopo i dati sono stati misurati. Stiamo solo andando a leggere e poi fare clic sul pulsante OK, al fine di impostare i parametri di misurazione scelte nello strumento (Video 6).
    2. Come opzione, le impostazioni selezionate potrebbero essere salvate per un uso futuro. Si procederà ora misurare l'ossido di alluminio standard di riferimento con eccitazione diretta.
    3. Posizionare la cella polvere con Al2O3 polvere nella porta di misura campione (P1) (davanti al fascio di eccitazione).
    4. Fare clic sul pulsante "campione"e digitare il nome del campione: "P1_Baseline_Al2O3", quindi fare clic sulla casella accanto a "file Auto". Selezionare il nome della cartella e file per i dati: "P1_Baseline_Al2O3", quindi fare clic su "Salva" e "OK" (Video 7).
    5. Fare clic sul pulsante "Misura" per misurare il campione Al2O3. (Video 8), dopo l'elaborazione dei dati si apre la finestra, clicca su "Scale Auto Axis" pulsante di regolazione della scala, per visualizzare il picco di diffusione con eccitazione diretta (Figura 4).
    6. Ora si procederà misurare il campione di salicilato di sodio con eccitazione diretta. Fare clic sull'icona "Sample" e inserire "Salicilato P1_Sodium" per il nome del campione e il file, quindi fare clic sul pulsante OK (Video 9).
    7. Collocare il campione Salicilato di sodio nella cella polvere e nel porto P1 della sfera d'integrazione (la porta di fronte al fascio di luce di eccitazione) e fare clic sul pulsante "Misura". (Video 10) Quando il processo dei datiING finestra si apre, fare clic su "Auto Scale Asse" per regolare la scala e visualizzare la dispersione e picchi di fluorescenza.
    8. In questo momento ripeteremo misurazioni per ossido di alluminio e salicilato di sodio con i campioni posti in porto P2 della sfera integratrice, al fine di leggere usando eccitazione indiretta.
    9. Innanzitutto fate click sul pulsante "Campione" e digitare il nome del campione e il file: "P2_Baseline_Al2O3" per tutti e due (Video 11).
    10. Spostare la piastrella ossido di alluminio bianco da P2 a P1 della sfera d'integrazione e posizionare una cella riempita con polvere di ossido di alluminio in P2.
    11. Fare clic sul pulsante "Misura" per leggere il campione (Video 12).
    12. Per completare la misurazione del campione abbiamo bisogno di misurare il campione di salicilato di sodio mediante irradiazione indiretta. Per prima cosa digitare il campione e nomi di file come nei passi precedenti. Il nome sarà salicilato P2_Sodium (Video 13).
    13. Collocare il campione salicilato di sodio nel porto P2 della sfera d'integrazione e cliccare sul pulsante Misura (Video 14).

    5. Quantum Yield Calcolo

    In primo luogo si procederà integrando il caricamento dei fattori di correzione sfera.

    1. Fare clic sul pulsante di calcolo resa quantica per aprire il programma di calcolo del quantum yield (Video 15).
    2. Fare clic sul pulsante Impostazioni Quantum Yield Factor Correction (Video 16).
    3. Fare clic sulla scheda Correzione sfera di integrazione e fare clic sulla casella accanto a "correzione sfera integratrice", quindi fare clic sulla scheda Correzione filtro e assicurarsi che il "filtro di correzione" casella è selezionata, fare di nuovo clic sulla scheda Correzione sfera di integrazione (Video 17 ).
    4. Fare clic sul pulsante Load della sezione Diffuse dati di misurazione, quindi selezionare il file "IS_factor_F70 nessun campione" (
    5. Selezionare il file "IS_factor_F70_diffuser" e quindi fare clic sul pulsante Carica (Video 19).
    6. Fare clic sul pulsante Load dei dati di sfera integratrice di misura (senza campione) sezione (Video 20).
    7. Selezionare l'opzione "IS_factor_F70 nessun campione" file e quindi fare clic sul pulsante Carica (Video 21).
    8. Fare clic sul pulsante Load dei dati di sfera integratrice di misura (con il campione) sezione (Video 22).
    9. Selezionare l'opzione "IS_factor_F70 con il campione" file e poi sul pulsante Carica (Video 23).
    10. Lunghezza d'onda normalizzato può essere lasciato a 600nm o portato al valore di lunghezza d'onda in cui la correzione sfera di integrazione è uguale a 1. Per fare questo, assicurarsi che la casella davanti a "Mostra finestra di calcolo resa quantica" sia selezionato e fare clic sul pulsante OK della "Impostazione fattore di rendimento Quantum" Window, che si chiuderà questa finestra (Video 24).
    11. Ora cliccate su "Integrare Correzione Sphere" scheda di "Yield Calcolo Quantum" finestra e regolare il cursore fino a quando il Integrare lettura correzione sfera è "1", specificando la lunghezza d'onda (Video 25).
    12. Clicca su "Setting Yield Factor Correction Quantum" e se il cambiamento richiesto la lunghezza d'onda normalizzata alla lettura ottenuto nella fase precedente e fare clic sul pulsante OK (Video 26).

    Il passo successivo è quello di caricare la linea di base ei dati di esempio dei file

    1. Clicca su "Yield Calcolo Quantum" tab (Video 27).
    2. Caricare "Data senza campione" (file P1_Baseline_ Al2O3) per irraggiamento diretto cliccando sul pulsante di carico e carico "dei dati con il campione" (file salicilato P1_Sodium) per l'irradiazione diretta (Video 28).
    3. (Video 29).
    4. Ora si calcola la resa quantica di irradiazione diretta del campione. Fare clic sul pulsante "Calcolo" e leggere i risultati (Video 30). Avremo bisogno di questi dati per il calcolo finale della resa quantica per il campione prendendo in considerazione l'eccitazione indiretta.
    5. Fare clic sul file di testo e salvare i dati con il nome file "irradiazione QY Direct" (Video 31).
    6. Utilizzando i dati dei file P2_Baseline_Al2O3 e salicilato P2_Sodium, calcoleremo resa quantica per l'eccitazione indiretta (Video 32) Ora dobbiamo salvare i dati per il calcolo del rendimento finale Quantum.
    7. Fare clic sul file di testo e salvare il testo file di dati con il nome di "irraggiamento QY indiretta" (Video 33) Ora dobbiamo aprire i due file di testo in Excel con i dati di resa quantica di direzionet eccitazione e indiretta. Infine si calcola la resa quantica per il campione incluso l'effetto di eccitazione indiretta, utilizzando la formula seguente:

    Φ = Φd-(1-Ad) ΦI

    Dove:

    Φ è la resa corretta quantum tenendo conto di eccitazione indiretta

    Φd è il rendimento interno Quantum con eccitazione diretta. (Internal resa quantica = quantità di fluorescenza / quantità di luce di eccitazione assorbita.)

    Ad è l'assorbenza per l'eccitazione diretta. (Questo è il rapporto della quantità di fascio di eccitazione assorbita dal campione). (Assorbanza = (Arex - CsEx) / Arex, dove Arex è la quantità di luce di eccitazione e CsEx è la quantità di luce riflessa)

    ΦI è il rendimento interno Quantum con Indirect eccitazione

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

    6. Calcolo della cromaticità

    1. Useremo opzionale Report Generator software con un modello preparato per il calcolo di cromaticità.
    2. Aprire il file di dati salicilato P1_Sodium (Video 34).
    3. Fare clic sul pulsante "Proprietà", quindi la scheda "Report". In "Output" "foglio generatore di stampa Usa", selezionare dal menu a discesa. In "Stampare articoli" template selezionare "FL70Std01_Color-chart.xls" e quindi fare clic sul pulsante "Apri". Non è necessario selezionare lunghezze d'onda e l'intervallo, poiché ciò viene eseguito automaticamente dal generatore relazione (Video 35).
    4. Il passo successivo consiste nel creare il rapporto. Fare clic sulla scheda "Report" e la macro per la creazione del report verrà eseguito e salvato nella cartella "Report" in formato Excel con il nome del campione (Video 36). < / Li>
    5. In questo momento siamo in grado di aprire il report per visualizzare i dati di colore (Video 37).

    7. Segreti del successo

    1. Utilizzare campioni freschi.
    2. Essere consapevoli del fatto che il materiale di diversi produttori potrebbe dare risultati diversi.
    3. Toccare il fondo della cella per compattare la polvere campione e presentano una superficie uniforme per la misurazione.
    4. Proteggere i campioni dalla luce. Si deteriorano con l'esposizione alla luce.
    5. Provare a utilizzare una velocità di scansione per minimizzare l'esposizione del campione alla luce.

    8. Risultati rappresentativi

    8,1. Salicilato di sodio è noto per avere una resa quantica di 0,4-0,5

    Figura 1
    Figura 1. Clicca qui per ingrandire la figura .

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    Figura 2. Clicca qui per ingrandire la figura .

    Figura 1
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    Disclosures

    Luis A. Moreno è impiegato da Hitachi High Technologies America, che produce lo strumento utilizzato in questo articolo.

    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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