溶液中染料的荧光量子产率的相对测量方法技术

本发明专利技术涉及一种用于测量染料的相对荧光量子产率的方法，其包括：ａ）对于至少两种不同的处于溶剂中的染料溶液浓度：使用电磁射线（６）激发所述染料，测量所述染料由该射线激发的光致发光（６７）以及通过包含该染料的腔室透射的信号（６５），ｂ）将所测得的数据与标准染料的光致发光和透射数据进行比较，ｃ）计算所述染料的相对荧光量子产率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于溶液中染料的荧光量子产率的相对测量的新方法。该方法适用于各种有机或无机染料，例如半导体纳米晶体。
技术介绍
有机和无机染料的大量应用基于这些染料的发光能力，例如利用它们作为荧光标记物。荧光量子产率定量表示了这些染料的发光效率，它等于由该溶液发出的光子数与被吸收的光子数的比率。荧光量子产率成为一个对这种产品的生产厂家和用户来说很重要的参数，因此需要对该量子产率进行系统和可靠的测量。对有机染料的荧光量子产率测定是已知的，这样就可以确定参考染料，然后获知他们的荧光量子产率并把其作为标准物。几种荧光量子产率的绝对测定方法已经得到应用，比如测热法、光-声方法、使用积分球的方法和瓦维洛夫(Vavilov)方法是最为公知的(J.N.Demas et al，J.Phys.Chem.75，p 991-1023，(1971))。这些方法实施起来很麻烦，因为它们非常耗时，不能自动进行并且与实验室测量面积有关。此外，它们的可靠性有限，因为其精确度在5％到10％之间变化。而且，这些测量方法常常要求使用浓缩溶液，这对于只能少量获取的产品来说是很困难的，比如半导体纳米晶体。由于这些原因，溶液中荧光量子产率的测量大多都使用上述的参考或标准染料来相对地测定。在这个方面已有两种方法(J.N.Demaset al，J.Phys.Chem.75，p991-1007，(1971))。一种方法是所谓的“高光密度”方法，它需要高度浓缩的溶液。但是，由于前文所述原因，该方法并不适合于大多数无机染料。另一方法是所谓的“低光密度”方法，它需要较稀的溶液。该方法需要对量子产率已知的染料的光致发光强度与待测定样品的强度进行比较。但是，就以下两点来说，多数实验室或制造商所使用的方法还存在争议1)首先，为了能够比较两种溶液的光致发光强度，其必须具有相同的吸光度，这对于以单一浓度比较样品和参考物是不可能总能得到保证的。使用该方法可能需要在测量后进行修正，但是修正因子并不总是能够准确把握，因此成为荧光量子产率数值的主要误差来源。2)另一困难与测量的可重现性有关。对于相对测量，常规使用的设备包括借助光学系统(反射镜、滤光器等)提供给样品的激光束、含有溶液的荧光腔室(cell)、用于收集荧光的光学系统(透镜、光阑等)和检测器。但是，由于光致发光是各向同性的，通过检测器测得的产率仅仅代表了发射流的一部分。因此对于所述设备的几何形状的精确了解是必不可少的，因为激光束路径上或所述腔室定位的任何变化(哪怕是很小的)都可能导致测量结果很大的误差和较差的结果重现性。总之，人们发现荧光量子产率的相对测量(例如常规进行的)是很不可靠的，难以再现并且不能实现自动化。因此寻找新的方法和新的设备以测量染料的相对量子产率的问题就产生了。优选地，可以使用所述方法和设备在宽的浓度范围内进行测量。
技术实现思路
本专利技术不仅使荧光量子产率的测量更精确，而且与上述方法相比，能够大大减少测量所需的时间。本专利技术涉及一种用于测量染料的相对荧光量子产率的方法，其包括a)对于至少两种或至少十种或者对于数十种，例如20到50或100种不同的染料浓度-使用电磁射线激发所述染料，-测量所述染料由该射线激发的光致发光以及通过包含该染料的腔室透射信号的功率，b)把这些测量结果与测量标准染料的光致发光和透射功率得到的相同数据或相应数据进行比较，c)计算所述染料的相对荧光量子产率。根据一个具体的实施方案，相对于理论公式适当地校正测量的数据，所述理论公式给出与透射信号相关的光致发光的变化，从其推出能够计算样品的荧光量子产率的参数。采用该方法，能够克服染料浓度的不确定性问题，因为该结果在任何时候都不需要了解待测染料的浓度和标准染料的浓度。优选地，浓度下降性地变化测量以最高浓度开始，而以最低浓度结束。该方法可首先被用于标准染料(其荧光量子产率是已知的)并随后用于量子产率待测定的样品。或者，标准染料的量子产率已知而仅仅测量量子产率未知的染料。因此首先考虑的是标准染料的溶液，然后以相同的几何条件对产率待测定的样品进行相同的实验。入射射线的功率或强度的测量可以用来归一化测量值和免去光束或入射射线的强度或者功率变化的测量。因此，根据本专利技术一个特别的实施方案，能够同时测量入射光束的功率、经过腔室透射的功率和由溶液发出的荧光信号。所述光束或入射射线可来自激光或非相干光源，例如发光三极管源的平行光束，或者光谱过滤后的白灯，或者能够激发被测量染料的荧光并且其光谱不与这些染料的发射光谱相重叠的任何其它光源。可以另外测量由含有待测染料的腔室反射的光束，用于控制腔室内溶液的均一性。本专利技术的方法特别适合于测量无机染料的荧光量子产率，例如II-VI型半导体纳米晶体，例如CdSe(ZnS)。本专利技术更关注于半导体，因为纳米晶体(其重量最为变化不定)的浓度非常难以评估；而本专利技术并不要求了解其浓度。用于检测荧光和穿透射线的检测装置以及所述腔室和至少部分的用于限定入射射线路径的装置有利地彼此之间相互固定和/或固定在台面上。优选所述荧光腔室是一个循环腔室，使其能够在无需替换的情况下改变腔室中的溶液浓度。此外，所述腔室优选具有用于加入染料和溶剂而不将气泡加入到腔室中的装置。本专利技术还涉及用于测量处于溶剂中的染料溶液的相对荧光量子产率的设备，该设备包括-一个荧光腔室，-用于测量由受激发染料发射的荧光信号，并且测量通过染料透射的信号的装置，-用于计算相对量子产率的装置，所述相对量子产率与受激发染料发射的荧光信号数据相关，并且与通过该染料透射的激光信号和标准染料的相应数据相关，还可以提供用于使腔室中的染料浓度相对于时间发生变化的装置。所述腔室可以为循环荧光腔室。而且，所述设备可以额外地包括用于测量腔室所反射的信号的装置。用于均化腔室中染料的装置使得测量能够在均匀的溶液中进行。可以提供用来测量腔室的入射射线的强度或功率的变化的装置。根据一个实施方案，计算装置根据理论公式调节荧光信号和透射的信号数据。对于本专利技术的设备和方法来说，所述理论公式可为下式 或者如下公式 其中F正比于荧光信号的功率，T正比于透射信号的功率，ρ是荧光量子产率的绝对值， 是溶液发射的光子能量， 是入射光子的能量，B和A是常数，而Δ和L是包含染料的腔室的几何参数。优选地，所述计算意味着使用如下公式计算染料的相对量子产率 其中 是溶液发射的光子能量， 是入射光子的能量，m1和m2是表征与透射信号(T)相关的发射(evolving)荧光(F)的参数，下标R和E分别表示标准染料和样品。再为优选地，所述腔室和测量装置彼此固定地排列。可以提供装置来限定射线的入射方向。可以使用自动注入装置向腔室中注入染料溶液，并随后注入稀释该溶液的溶剂。附图说明-图1是根据本专利技术的设备的总体示意图。-图2是根据本专利技术的一个实施方案的设备中的光学装配的简图。-图3A和3B是荧光腔室侧视图和荧光腔室横截面的俯视图。-图4是硫酸奎宁R＝f(T)的曲线图。-图5是罗丹明和硫酸奎宁F＝f(T)的曲线图。-图6是罗丹明和CdSe(ZnS)纳米晶体F＝f(T)的曲线图。-图7显示了能够用于本专利技术的数据加工装置。具体实施例图1概要性地显示了可以用于本专利技术的设备的各个组件。所述设备包括射线源6，或者产生激发射线的装置6，光学装本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于测量染料的相对荧光量子产率的方法，包括：ａ）对于至少十种不同的处于溶剂中的染料溶液浓度；－使用电磁射线（６）激发所述染料，－测量所述染料由该射线激发的光致发光（６７）以及通过包含该染料的腔室透射的信号（６５），　 　ｂ）将所测得数据与标准染料的光致发光和透射数据进行比较，ｃ）计算所述染料的相对荧光量子产率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J布勒兹，S卡拉永，E德拉马德莱娜，
申请(专利权)人：原子能委员会，
类型：发明
国别省市：FR[法国]