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 |
شکل (1) ظاهر نمونه های اندازه گیری تبدیل افزایشی لومینسانس فوتون با دستگاه اسپکتروفلوریمتر RF-6000 Shimadzu
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.
شکل (2) طیف انتقال فیلتر مادون قرمز IR85N در دستگاه اسپکتروفلوریمتر RF-6000 Shimadzu
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.
شکل (3) وضعیت نمونه و نصب فیلتر نوری در دستگاه اسپکتروفلوریمتر RF-6000 Shimadzu
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.
شکل (4) طیف انتشار UC لومینسانس مواد UC مبتنی بر CeO2 (سیاه: تَف‌جوشی فاز جامد، صورتی: سنتز فاز مایع + تف جوشی) در دستگاه اسپکتروفلوریمتر RF-6000 Shimadzu
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.
شکل (5) طیف انتشار UC لومینسانس مواد UC مبتنی بر Y2O3 (سیاه: تَف‌جوشی فاز جامد، آبی: سنتز فاز مایع + تف جوشی) در دستگاه اسپکتروفلوریمتر RF-6000 Shimadzu
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.
دستگاه طیف سنج فلورسانس rf-6000 شیمادزو
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.
