اندازه گیری تبدیل افزایشی لومینسانس فوتون با دستگاه اسپکتروفلوریمتر RF-6000 Shimadzu

تبدیل افزایشی لومینسانس فوتون (UC) تکنیکی است که امکان تبدیل نور نزدیک به مادون قرمز با طول موج بلند را به نور مرئی با طول موج کوتاه امکان پذیر می کند. از این رو دستگاه RF-6000 شیمادزو ابزار مهمی برای تحقیق، توسعه و کنترل کیفیت نسل بعدی مواد UC باشد. انتظار میرود که UC در کاربردهای پزشکی مانند فتوایمونوتراپی و سیستم های تحویل دارو با استفاده از روشی استفاده شود که به موجب آن نور مادون قرمز نزدیک، که دارای نفوذپذیری زیستی بالایی است، به بدن بیمار تزریق میشود و سپس با تبدیل به نور مرئی فعال میشود.

تحقیقات در مورد کاربردها در بخش انرژی نیز در حال انجام است، به عنوان مثال در سلول های فتوولتائیک یا سلول های خورشیدی که در آنها طیف گسترده ای از طول موج های نور خورشید به طول موج های مفید تبدیل می شوند. در تبدیل افزایشی لومینسانس فوتون، لازم بود که مولکول ها تقریباً همزمان با دو فوتون تابش شوند، اما به همین دلیل، نور با چگالی شار درخشان بالا، مانند نور لیزر، برای دستیابی به شدت انتشار کافی مورد نیاز بود. با این حال، در سال های اخیر مواد UC با مشخصه تحریک طولانی مدت توسعه یافته اند، و نمونه هایی که در آن لومینسانس UC حتی با چگالی شار درخشان در سطح نور خورشید تأیید شده است نیز گزارش شده اند.
این مقاله نمونه ای از اندازه گیری انتشار نور بدست آمده توسط UC با یک منبع نور محرک ضعیف با استفاده از دستگاه طیف سنجی RF-6000 Shimadzu را معرفی میکند.

نمونه ها و شرایط اندازه گیری تبدیل افزایشی لومینسانس فوتون با دستگاه اسپکتروفلوریمتر RF-6000 شیمادزو

جدول [1] و شکل (1) به ترتیب نمونه های اندازه گیری و ظاهر آنها را نشان می دهد. مواد با دوپینگ اکسید سریم (CeO₂) با مقادیر کمی اربیم (Er) و ایتربیوم (Yb) (جدول 1: مواد UC مبتنی بر CeO₂) و دوپینگ اکسید ایتریم (Y₂O₃) با مقادیر کمی از Er و Yb (جدول 1: مواد UC مبتنی بر Y₂O₃) تهیه شدند. برای تأیید تأثیر تفاوت در روش‌های سنتز این دو ماده بر لومینسانس UC، نمونه‌های آزمایشی با دو روش سنتز پخت فاز جامد یا پخت پس از سنتز فاز مایع تهیه شدند.

جدول [1] نمونه های اندازه گیری و روش های سنتز تبدیل افزایشی لومینسانس فوتون با دستگاه  RF-6000 Shimadzu

Synthesis method	Type of material
Solid-phase sintering	CeO2-based UC material	Sample ①
Liquid-phase synthesis + Sintering	CeO2-based UC material	Sample ②
Solid-phase sintering	Y2O3-based UC material	Sample ③
Liquid-phase synthesis + Sintering	Y2O3-based UC material	Sample ④

 

یک نگهدارنده نمونه جامد (پودری) در اندازه گیری ها استفاده شد، زیرا اندازه گیری ساده با بسته بندی مواد نمونه در ظرف پودر امکان پذیر است.
یک فیلتر فرستنده مادون قرمز IR85N ساخت شرکت HOYA در سمت تحریک محفظه نمونه استفاده شد. شکل (2) طیف انتقال فیلتر IR85N را نشان می دهد. نوری که از نظر طیفی توسط یک توری پراش (diffraction grating: توری پراش یک توری نوری با ساختار تناوبی است که نور یا نوع دیگری از تشعشعات الکترومغناطیسی را به چندین پرتو پراکنده می کند.) از هم جدا می شود، شامل نور ضعیف با طول موج 1/2 یا 1/3 طول موج هدف است.
با این حال، اگر تأثیر احتمالی این اجزا بر ناحیه طول موج اندازه‌گیری نگران‌کننده باشد، استفاده از یک فیلتر نوری برای مسدود کردن فیزیکی نور درجه بالاتر، یک اقدام متقابل مؤثر است.

از آنجایی که هر فیلتر نوری دلخواه را می توان در سمت تحریک و فلورسانس دستگاه طیف سنج فلورسانس RF-6000 شیمادزو تنظیم کرد، همانطور که در شکل (3) نشان داده شده است، فیلترهای نوری بهینه را می توان انتخاب کرد، حتی در موارد خاص مانند اندازه گیری لومینسانس با طول موج کوتاه، توسط نور با طول موج بلند برانگیخته شده.

مقدار لومینسانس UC به شدت نور محرک بستگی دارد. در اندازه‌گیری‌های مرسوم، از نور لیزری با شدت بالا به عنوان منبع نور محرک استفاده می‌شد، اما در این آزمایش، طیف انتشار لومینسانس UC، هنگام استفاده از نور محرک با چگالی شار نوری کوچک، با استفاده از منبع نور زنون (Xe) که به عنوان مشخصات استاندارد دستگاه طیف سنج RF-6000 شیمادزو ارائه شده است، اندازه گیری شد.

حساسیت آشکارساز به منظور تشخیص لومینسانس UC، که ضعیف تر از فلورسانس عمومی است، روی درجه High تنظیم شد. جدول [2] سایر شرایط اندازه گیری تبدیل افزایشی لومینسانس فوتون با دستگاه اسپکتروفلوریمتر RF-6000 Shimadzu را نشان می دهد.

جدول [2] شرایط اندازه گیری اندازه گیری تبدیل افزایشی لومینسانس فوتون با دستگاه اسپکتروفلوریمتر RF-6000 Shimadzu

: RF-6000	Instrument
: 900 nm	Excitation (Ex) wavelength
: 500 – 700 nm	Fluorescence (Em) wavelength region
: Em 0.5 nm	Data interval
: 60 nm/min	Scanning speed
: Ex 20.0 nm, Em 5.0 nm	Spectrum bandwidth
: High	Sensitivity

تفاوت روش های سنتز و طیف انتشار در اندازه گیری تبدیل افزایشی لومینسانس فوتون با دستگاه RF-6000 Shimadzu

شکل (4) و شکل (5) به ترتیب طیف انتشار لومینسانس UC مواد UC مبتنی بر CeO₂ و مواد UC مبتنی بر Y₂O₃ را نشان می دهد. در نتیجه تنظیم طول موج محرک بر روی 900 نانومتر و اندازه گیری تابش نور در محدوده 500 تا 700 نانومتر، همانطور که در جدول [2] نشان داده شده است، می‌توان طیف گسیلی را با شکلی مشابه با اندازه‌گیری‌ها با استفاده از لیزر به عنوان منبع نور محرک به‌دست آورد، که در ادبیات مرجع گزارش شده است.

این دو نمودار این احتمال را نشان می دهد که بازده نوری و ویژگی های طول موج انتشار ممکن است بسته به روش سنتز متفاوت باشد.

با توجه به شدت انتشار، طیف‌های انتشار با شدت‌های بالاتر از نمونه‌های تهیه‌شده توسط پخت فاز جامد با مواد UC مبتنی بر CeO₂ و مواد مبتنی بر Y₂O₃ به‌دست آمد. اگرچه طیف نمونه‌های تهیه‌شده توسط تَف‌جوشی پس از سنتز فاز مایع ضعیف بود، اما امکان به‌دست آوردن طیف انتشار از آن نمونه‌ها نیز وجود داشت.

در مورد شکل طیف انتشار، تفاوت‌هایی در نسبت شدت انتشار سمت طول موج بلند (حدود 670 نانومتر) و سمت طول موج کوتاه (حدود 560 نانومتر) دیده می‌شود. جدول [3] و جدول [4] نسبت ارتفاع اوج سمت طول موج بلند و سمت طول موج کوتاه مواد UC مبتنی بر CeO₂ و مواد مبتنی بر Y₂O₃ را به ترتیب خلاصه می کنند.

جدول [3] نسبت ارتفاع قله های طیف انتشار مواد UC مبتنی بر CeO₂ در اندازه گیری تبدیل افزایشی لومینسانس فوتون با دستگاه RF-6000 شیمادزو

I676 nm/I559 nm	I676 nm	I559 nm	CeO2-based UC material
3.470	11.865	3.419	Solid-phase sintering
1.940	0.489	0.252	Liquid-phase synthesis + Sintering

انتشار در سمت طول موج کوتاه در نمونه‌های تهیه‌شده با سنتز فاز مایع نسبتاً قوی ظاهر شد و محدود به مواد UC مبتنی بر Y₂O₃ که با پخت پس از سنتز فاز مایع تهیه شد، می‌توان فهمید که شدت انتشار سمت طول موج بلند و سمت طول موج کوتاه معکوس هستند. این احتمال را نشان می دهد که بازده نوری و ویژگی های طول موج انتشار ممکن است بسته به روش سنتز متفاوت باشد.

جدول [4] نسبت ارتفاع قله های طیف انتشار مواد UC مبتنی بر Y₂O₃ در اندازه گیری تبدیل افزایشی لومینسانس فوتون با دستگاه RF-6000 شیمادزو

I659 nm/I562 nm	I659 nm	I562 nm	Y2O3– based UC material
2.884	38.085	13.207	Solid-phase sintering
0.719	3.119	4.340	Liquid-phase synthesis + Sintering

طیف انتشار چهار ماده UC تهیه شده با استفاده از انواع مختلف مواد و روش‌های سنتز با استفاده از دستگاه اسپکتروفلوروفوتومتر Shimadzu RF-6000 اندازه‌گیری شد. اگرچه شدت انتشار لومینسانس افزایش تبدیل (UC) ضعیف تر از انتشار نور عمومی است، تشخیص با تنظیم حساسیت آشکارساز بر روی High امکان پذیر بود. هنگامی که مواد UC تهیه شده با روش‌های مختلف سنتز مقایسه شدند، تفاوت‌ها در شدت انتشار در طرف‌های طول موج بلند و طول موج کوتاه تایید شد.

از آنجایی که دستگاه اسپکتروفلوریمتر RF-6000 شیمادزو بررسی ویژگی های انتشار مواد UC را بدون استفاده از منبع نور محرک خاص یا طیف سنجی امکان پذیر می کند، انتظار می رود این ابزار، ابزار مفیدی برای تحقیق و توسعه/کنترل کیفیت مواد UC باشد، که انتظار می رود در آینده در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار گیرند.

شرکت ری نور آزما به ارائه انواع دستگاه ها و تجهیزات آزمایشگاهی مانند دستگاه اسپکتروفلوریمتر با طیف وسیعی از برند های برتر جهان می پردازد. کارشناسان مجرب شرکت ری نور آزما آماده پاسخگویی به سوالات شما عزیزان در زمینه خرید و ارائه خدمات فنی می باشند.