序言

上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料 (Upconversion phosphors material,UPM) 是一類在長(zhǎng)波長(zhǎng)激發(fā)下發(fā)射短波長(zhǎng)光的材料， 其特點(diǎn)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(biāo)記、 激光探測(cè)和立體顯示上的用途已經(jīng)廣為人知。 Z近幾年來(lái) , 科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料有不易發(fā)生光漂白和發(fā)光強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn) , 用在生物標(biāo)記中可以大大提高檢測(cè)靈敏度和線性范圍， 因此上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的熒光發(fā)射光譜是表征其性能的一個(gè)重要指標(biāo)， 具有非常重要意義。

與傳統(tǒng)典型的熒光發(fā)光過(guò)程（ 只涉及一個(gè)基態(tài)和一個(gè)激發(fā)態(tài)）不同， 上轉(zhuǎn)換過(guò)程需要許多中間態(tài)來(lái)累積低頻的激發(fā)光子的能量。 其中主要有三種發(fā)光機(jī)制： 激發(fā)態(tài)吸收、 能量轉(zhuǎn)換過(guò)程、 光子雪崩。 這些過(guò)程均是通過(guò)摻雜在晶體顆粒中的激活離子能級(jí)連續(xù)吸收一個(gè)或多個(gè)光子來(lái)實(shí)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(jí)而被用來(lái)上轉(zhuǎn)換發(fā)光。然而GX率的上轉(zhuǎn)換過(guò)程，只能靠摻雜三價(jià)稀土離子實(shí)現(xiàn)，因其有較長(zhǎng)的亞穩(wěn)能級(jí)壽命。稀土離子的吸收和發(fā)射光譜主要來(lái)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(shí)就對(duì)外部激發(fā)光源的波長(zhǎng)有了很大的限制。激光熒光光譜技術(shù)用于化學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域具有信噪比高、靈敏度好、檢測(cè)快速等優(yōu)點(diǎn)，特別是對(duì)于上轉(zhuǎn)換材料的發(fā)光檢測(cè)。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(zhuǎn)換納米材料提供了理想的激光激發(fā)光源。

PerkinElmer 是世界上Z主要的熒光分光光度計(jì)生產(chǎn)商，也是技術(shù)上Zling先的高端儀器供應(yīng)商。PerkinElmer 公司是SJ采用脈沖氙燈做光源， 具有熒光、 磷光和化學(xué)發(fā)光三種測(cè)量模式， 在磷光和化學(xué)發(fā)光模式下， 儀器內(nèi)部激發(fā)光源自動(dòng)關(guān)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(zhuǎn)換納米材料的熒光發(fā)光測(cè)試提供了硬件基礎(chǔ)， 而其它廠家大多數(shù)使用傳統(tǒng)的連續(xù)氙燈， 不能通過(guò)軟件將其關(guān)閉， 在使用激光光源時(shí)， 只能通過(guò)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(jìn)行切換， 當(dāng)需要使用外部激光光源系統(tǒng)時(shí)，只需要通過(guò)軟件選擇激光測(cè)定模式即可， 不需要通過(guò)其它物理遮擋方式， 來(lái)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(shù)之一。 這種操作不僅延長(zhǎng)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(dǎo)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(shè)計(jì)， 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(zhǔn)確的照射到待測(cè)樣品上而且， 在進(jìn)行常規(guī)熒光測(cè)定時(shí)， 容易取下， 大大簡(jiǎn)化了操作的繁瑣性。

硬件配置

主機(jī)： LS-55 型熒光分光光度計(jì) ( 圖 2)

附件： 激光光源及可拆卸樣品池套筒（圖 1）

圖 1. 激光光源及可拆卸樣品池架套筒

圖 2. PerkinElmerLS-55 熒光光譜儀

樣品測(cè)試

測(cè)試條件

測(cè)試模式： 激光測(cè)定模式

延遲時(shí)間： 0ms

掃描范圍： 300-700nm

掃描速度： 1000nm/min

測(cè)試結(jié)果

改變不同條件測(cè)試 UCNP 上轉(zhuǎn)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(gè)發(fā)射峰是 UCNP三個(gè)能級(jí)的光子發(fā)射， 其中在 473nm 處Z強(qiáng)， 且熒光發(fā)射峰窄且尖銳， 半峰寬大約 10nm， 測(cè)試結(jié)果令人滿意。

圖 3. 樣品熒光發(fā)射譜圖

結(jié)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(zhǔn)確的測(cè)試上轉(zhuǎn)換材料的熒光發(fā)射峰，測(cè)試結(jié)果良好， 為上轉(zhuǎn)換材料的發(fā)光表征提供了wan美的解決方案。 該方法操作簡(jiǎn)單， 使用方便， 成本低廉， 能夠滿足絕大多數(shù)樣品的測(cè)試， 并且易于拆卸， 也能滿足常規(guī)樣品的測(cè)試， 是一個(gè)非常實(shí)用的解決方案。