上轉換材料的熒光光譜分析法-珀金埃爾默發(fā)射短波長光的材料

序言： 上轉換發(fā)光材料 (Upc o n v e rsi o n p h o s p h o rs material,UPM) 是一類在長波長激發(fā)下發(fā)射短波長光的材料，其特點是所吸收 的光子能量低于發(fā)射的光子能量。由于使用紅外光作為激發(fā)光源，此類材料 在防偽標記、激光探測和立體顯示上的用途已經(jīng)廣為人知。最近幾年來 , 科學 家們又發(fā)現(xiàn)上轉換發(fā)光材料有不易發(fā)生光漂白和發(fā)光強度高等優(yōu)點 , 用在生物 標記中可以大大提高檢測靈敏度和線性范圍，因此上轉換發(fā)光材料的熒光發(fā) 射光譜是表征其性能的一個重要指標，具有非常重要意義

與傳統(tǒng)典型的熒光發(fā)光過程（只涉及一個基態(tài)和一個激 發(fā)態(tài)）不同，上轉換過程需要許多中間態(tài)來累積低頻的 激發(fā)光子的能量。其中主要有三種發(fā)光機制：激發(fā)態(tài)吸 收、能量轉換過程、光子雪崩。這些過程均是通過摻雜 在晶體顆粒中的激活離子能級連續(xù)吸收一個或多個光子 來實現(xiàn)的，而那些具有 f 電子和 d 電子的激活離子因具 有大量的亞穩(wěn)能級而被用來上轉換發(fā)光。然而高效率的 上轉換過程，只能靠摻雜三價稀土離子實現(xiàn)，因其有較 長的亞穩(wěn)能級壽命。稀土離子的吸收和發(fā)射光譜主要來 自內(nèi)層 4f 電子的躍遷。在外圍 5s 和 5p 的電子的屏蔽下， 其 4f 電子幾乎不與基質(zhì)發(fā)生相互作用，因此摻雜的稀土 離子的吸收和發(fā)射光譜與其自由離子相似，顯示出極尖 銳的峰（半峰寬約 10-20nm）。而這同時就對外部激發(fā) 光源的波長有了很大的限制。激光熒光光譜技術用于化 學檢測領域具有信噪比高、靈敏度好、檢測快速等優(yōu)點， 特別是對于上轉換材料的發(fā)光檢測。商業(yè)化的 980nm 激 光光源系統(tǒng)恰巧與它的吸收相匹配，為上轉換納米材料 提供了理想的激光激發(fā)光源。

PerkinElmer 是世界上主要的熒光分光光度計生產(chǎn)商， 也是技術上儀器供應商。PerkinElmer 公司 是采用脈沖氙燈做光源，具有熒光、磷光和化學發(fā) 光三種測量模式，在磷光和化學發(fā)光模式下，儀器內(nèi)部 激發(fā)光源自動關閉，這樣就為 980nm 激光光源的使用 提供了便利的條件，也為上轉換納米材料的熒光發(fā)光測 試提供了硬件基礎，而其它廠家大多數(shù)使用傳統(tǒng)的連續(xù) 氙燈，不能通過軟件將其關閉，在使用激光光源時，只 能通過遮擋的方式將出光孔堵??；PerkinElmer 公司采 用脈沖氙燈光源，就可以很好的在內(nèi)部光源與外部激光 光源之間進行切換，當需要使用外部激光光源系統(tǒng)時， 只需要通過軟件選擇激光測定模式即可，不需要通過其 它物理遮擋方式，來遮擋儀器原有的激發(fā)光源，這是 PerkinElmer 公司優(yōu)于其它公司的重要技術之一。這種操 作不僅延長了原有氙燈的使用壽命，而且也很好的限制 了由于物理遮擋導致的雜散光影響；另外，由于采用了 靈活的可拆卸的樣品架套筒設計，如圖 1 所示，不僅固 定了激光光源的輸出端，使之與樣品池垂直，保證激光 光源能夠準確的照射到待測樣品上而且，在進行常規(guī)熒 光測定時，容易取下，大大簡化了操作的繁瑣性。

硬件配置 主機：LS-55 型熒光分光光度計 ( 圖 2) 附件：激光光源及可拆卸樣品池套筒（圖 1）

樣品測試 測試條件 測試模式：激光測定模式 延遲時間：0ms 掃描范圍：300-700nm 掃描速度：1000nm/min

測試結果 改變不同條件測試 UCNP 上轉換材料得到的熒光發(fā)射 譜圖，如下圖 3 所示。從圖可以看出樣品在 357nm、 473nm、645nm 有熒光發(fā)射峰，這三個發(fā)射峰是 UCNP 三個能級的光子發(fā)射，其中在 473nm 處強，且熒光發(fā) 射峰窄且尖銳，半峰寬大約 10nm，測試結果令人滿意。

結論 PerkinElmer 公司的 LS-55 熒光光譜儀連接激光做光源的 熒光分析方法能夠準確的測試上轉換材料的熒光發(fā)射峰， 測試結果良好，為上轉換材料的發(fā)光表征提供了的解決方案。該方法操作簡單，使用方便，成本低廉，能 夠滿足絕大多數(shù)樣品的測試，并且易于拆卸，也能滿足 常規(guī)樣品的測試，是一個非常實用的解決方案。