荧光量子产率,是单位时间(s)内,发射荧光的光子数与吸收激发光的光子数之间的比值,符号φf。它表示物质将吸收的光能转变成荧光的能力,是荧光物质一个最基本而重要的参数。φf值的大小与物质的化学结构紧密相关,任何影响物质化学结构的因素都会导致荧光量子产率的改变。
测量荧光量子产率的方法主要有两种:一种是参比法,测得的是相对荧光量子产率;另一种是直接法,测得的是绝对荧光量子产率。参比法测量荧光量子产率的优点是:操作简便,可以消除标准样品与待测样品共同的误差来源,从而提高测量准确度。但是,参比法也有很大的局限性:待测样品的光谱位置与标准样品的光谱位置必须相接近,且必须为液体。这就导致大量的无合适标准样品匹配的液体样品以及固体样品的荧光量子产率无法测量。
直接法在20世纪60年代以前是测量荧光量子产率的主要方法,但是该方法限于当时测量工作繁琐,且误差来源较多,一度被参比法取代。随着科学技术水平的不断进步,采用直接法测量荧光量子产率的测量工作已大大简化,并具有较好的测量准确度。而且,采用直接法测量荧光量子产率不受标准样品匹配和样品状态的限制,可以应用于绝大部分样品的荧光量子产率测试,很好地弥补了参比法的不足之处,目前得到越来越广泛的关注和应用。
采用积分球测量荧光量子产率的方法属于直接法,该方法已广泛应用于荧光量子产率的测试。为确保能够快速、准确地得到荧光量子产率的数据,针对积分球测量荧光量子产率的最优测试条件研究是十分重要的。
在采用积分球测试荧光量子产率的过程中,影响测试结果准确率的最直接因素来源于仪器本身,即测试参数(步长、积分时间和狭缝)的选择。首先测试了不同参数条件下标准样品的荧光量子产率,并对结果进行分析,以期得到最佳的测试参数。
步长是指测试曲线上两点之间的距离,单位:nm。积分时间是指测试曲线上每一点的收集时长,单位:s。步长和积分时间是测试中最基本的两个测试参数。随着步长和积分时间的逐渐改变,标准样品荧光量子产率的数值并没有出现规律性的变化,而是呈现跳跃的状态。测试得到的荧光量子产率的准确率与步长和积分时间的改变并没有线性关系。但是,这也并不意味着可以随意设置步长和积分时间。因为步长和积分时间的改变会影响测试曲线的光滑度,从而对最终测试结果产生一定的影响。因此,在测试中应尽可能的保证曲线完整光滑。在此基础上,可以选择较短的积分时间和较长的步长来缩短总的测试时间。
通过误差分析发现,采用积分球测试荧光量子产率的误差在5%左右。即使是同一样品,在同样条件下,连续几次测试的结果也会有5%以内的误差。因此,要提高测试的准确率,采取多次测量取平均的方式更为有效。
荧光量子效率测试仪主要用于材料(溶液、粉末、薄膜)荧光量子效率的测量,测试系统经过可溯源的光源进行定标,能够进行准确的绝对量子产率、色度,同时可以实现光致发光谱的测量和记录。除更换光源、取放样品等操作外,其他测量所需操作只要在软件界面上就可完成,实现自动化测量。系统结构简单,操作方便。光致发光量子效率测量仪的测量稳定、快速、可靠,相比于传统荧光光谱仪,整个系统具有体积小,使用方便等优点。