揭秘相对量子产率测定方法

在当今的科学研究与工业应用领域，量子产率作为一项关键的光物理参数，其准确测量有着至关重要的意义。简单来说，量子产率指的是样品发射的光子数量与吸收的光子数量的比率，它直接体现了样品的荧光效率。在显示材料、太阳能电池、生物成像以及药物开发等众多前沿领域，对量子产率进行精确测量都是不可或缺的环节。

在量子产率的测量方法中，主要有绝对法和相对法两种。

绝对法是借助积分球直接测量量子产率；相对法则是通过将未知样品的荧光强度与标准样品的荧光强度作对比，进而计算出未知样品的量子产率。

在实际应用中，景颐光电自主研发的荧光量子效率测量系统，为量子产率的测量提供了一种高效、精准的解决方案。

该系统主要用于材料（溶液、粉末、薄膜）荧光量子效率的测量，其测试系统经过可溯源的光源进行定标，不仅能够准确测量绝对量子产率、色度，还可以实现光致发光谱的测量和记录。

与传统荧光光谱仪相比，该荧光量子效率测量系统具有测量稳定、快速、可靠的优势，并且整个系统体积小、使用便利，操作过程高度自动化，除了更换光源、取放样品等必要操作外，其他测量所需操作均可在软件界面上轻松完成。

接下来，我们以相对法测量2-氨基吡啶（2AMP）在1M H₂SO₄中的量子产率为例，详细介绍荧光量子效率测量系统的应用过程。

首先，让我们了解一下相关的计算方法。

2AMP的相对量子产率可通过特定公式计算得出，公式中涉及到一些关键参数。其中，下标S和R分别代表待测样品（2AMP）和参比样品（QBS），Φ表示量子产率，I是综合荧光强度，A是激发波长下的吸光度，n是平均发射波长下用于待测样品和参比样品的溶剂的折射率。在本次实验中，2AMP和QBS都使用了相同的溶剂（1M H₂SO₄），所以n的值为1。

为了提高计算出的量子产率值的准确性和精确性，我们需要准备和测量几个不同浓度的待测样品和参比样品。

通过绘制2AMP和QBS的I与1-10⁻ᴬ的关系，利用斜率（GradS和GradR）来计算量子产率。这种方法能够有效防止因染料聚集等因素在较高浓度下导致的非线性误差。

具体实验操作如下：

准备五种不同浓度的2AMP在1M H₂SO₄中的溶液和五种QBS在1M H₂SO₄中的溶液。使用荧光量子效率测量系统测量吸收和荧光光谱，该系统配备有高功率的光源、高灵敏度的PMT-980检测器以及专业的SC-05比色皿支架，能够为测量提供稳定、准确的条件。

在测量吸收光谱时，首先通过使用荧光量子效率测量系统的内置透射检测器来确定五个浓度的2AMP和QBS溶液的吸光度值。在激发波长（310nm）下，为了尽量减少内滤效应的影响，溶液的吸光度值被严格控制在0.1以下，实际测量的吸光度值范围在0.008和0.098之间。2AMP和QBS的归一化吸收光谱清晰地展示了它们在不同波长下的吸收特性。

接下来，采集5个2AMP和QBS溶液的荧光光谱。荧光光谱仪检测的荧光强度受到多种因素的影响，如激发波长、激发和发射带宽以及积分时间等。在本次实验中，通过保持这些参数相同，确保2AMP和QBS的综合荧光强度（Iₛ和Iᵣ）具有可比性。实验参数设置为：λₑₓ = 310nm，激发和发射带宽分别为3nm和0.5nm，步长为1nm，积分时间为0.5s。此时，我们可以得到2AMP和QBS的归一化荧光光谱，从中可以直观地观察到它们的荧光发射情况。

然后，使用荧光线性分析来确定量子产率。

将每个浓度的2AMP的荧光光谱合并到Fluoracle中一张图中，通过Fluoracle的线性分析功能，从图中的2AMP光谱计算出公式中的斜率GradS。具体操作是：将校准参数设置为面积，变量名称设置为1-10⁻ᴬ，按下“应用”计算面积（即综合荧光强度），然后输入从吸收光谱中得到的每种浓度的2AMP的吸光度项（1-10⁻ᴬ）值。校准类型选择线性，并勾选通过零点的曲线。此时，荧光强度与吸光度的积分项与线性拟合一起绘制在屏幕的右下方，曲线的斜率（GradS）即为我们所需的值。同样的过程对五个QBS光谱进行重复，以计算出斜率GradR。

已知QBS在H₂SO₄中的量子产率的文献值为Φᵣ = 56.1%，通过上述方法计算出2AMP在H₂SO₄中的量子产率为64.3%，这个值与以前报道的60%和66%的值较为一致。

综上所述，景颐光电的荧光量子效率测量系统，通过相对法能够准确、可靠地测定2AMP在1M H₂SO₄中的量子产率。

其配套的软件功能强大，操作简便，数据分析高效准确，为科研人员和相关行业提供了一种先进的量子产率测量工具，有力地推动了相关领域的研究与发展。

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