使用高功率led和高速光谱仪进行磷光分析 | 量子荧光|微型光纤光谱仪-ag贵宾会

研究荧光和磷光材料的性质

还记得童年的场景吗？ 你从老妈那里拿到了5毛钱，投入街边的自动售货机，转动手柄，并获得了一个薄薄的胶囊，包裹着一个彩色的弹力球。接下来，你风一般地跑回家，将球拿到最亮的灯泡下照10分钟，然后进入房间，关掉所有灯光，观察球发出的光。

几十年前，这很有趣，但现在你发现自己长大了，可以阅读新科技的文章。 那么，你儿时的那些发光的玩具是怎么回事？ 这和当今一些重要的科学应用和科技行业中的现象，原理是否相同？

简介：如今的荧光粉

光致发光是物质在某个能量阈值内吸收光子，然后在较长的波长处重新发射能量的特性。 通常，光致发光分为两类，荧光和磷光。

我们都熟悉荧光涂料，通过uv光照射，它可以为派对提供酷炫的效果。但是这种荧光始终需要紫外光的激发，因为它很快会衰减，持续时间只有纳秒或更短。 而能持续发光的材料特别之处在于，即使激发光熄灭，材料仍然会发光。 这是由于它的能量转换过程要慢得多， 量子禁态完全释放可能需要几秒，几分钟甚至几个小时。

图1.光致发光安全标记线

今天，光致发光材料已经用于许多日常生活和救援领域（见图1,2）。在9/11之后已被写入国际建筑规范（ibc）和国际消防法（ ifc）出口和楼梯间标记标准（jessup，2018）。  2015-ibc第1025节规定，一定规模以上的建筑物（包括医院，学校，企业，酒店，公共场所，居民区），所有出口路线的台阶，平台，边界，障碍物和门上都需要自发光标记。（american permalight，2018）。 这些标记的发光能力不是随意选择的，有标准的astm方法来检查光致发光并将其下降特性量化为坎德拉/每平方米米（mcd / m²）。

图2.光致发光胶带用于安全警示

ocean optics分析工具

ocean optics是知名的荧光和磷光材料研究和量化检测仪器的供应商。 最近，我们扩展了我们的工具箱，提供了令人兴奋的全新产品：一个可调谐，波形可变的led光源，可用于稳态和时间分辨测量应用。 lsm系列led光源是一个产品包，可以自由选配led光源，实现多种应用（图3）。触摸型的控制器模块可以让用户设定静态或连续波形模式，默认波形包括方波，正弦波和三角波，也支持通过函数发生器驱动的外部波形。 窄带led可在265-880 nm之间使用，暖白色宽带光源可用于吸光度和反射率应用。

图3. 用户可以通过智能控制器改变功率和波形

为了验证这款led光源在磷光应用上的价值，我们测试了几种磷光体材料，并使用ocean optics系统进行了量化。 发光安全标记制造商需要更先进的方法和更严格的qc准则，以确保产品的一致性。 研究这些新材料的人员，需要更先进的工具来量化新材料性能，并将其与旧材料进行比较。 建筑师，安全检查员和监管机构需要新的方法来验证这些标记是否符合现行标准，定义在未来什么是“好”和“坏”。

实验装置

以下磷光化合物来自millipore-sigma：

• 掺杂铕和镝的铝酸锶。 您可能更熟悉这种化合物的商业名称-lumibrite，通常用于手表的夜光指示。
• 掺杂铕的钡镁铝酸盐
• yyg 557 230 isophor®

然后，我们配置了以下ocean optics光谱产品：

• lsm系列led光源
• ocean fx高速光谱仪。 型号为ocean-fx-xr1（200-1025 nm）。
• qr600-7-uv高级光纤反射探头
• oceanview操作软件

对于每种化合物，将约0.2g的原料粉末倒入塑料称重碟中。 将光纤探头面向粉末，并且在不接触材料的情况下，尽可能贴近到3mm以内。

这些材料的亮度简直令人惊叹，看起就好像它们发出的光子比吸收的更多（当然实际上很多激发能量是在不可见的uv段）。 图4展示了这些材料的发光程度。

图4.用led激发荧光粉的反应

稳态观测：优化波长

lsm系列led非常灵活，可提供多种波长选择。 通过更换不同的led，我们可以快速找到每种待测化合物的最佳激发波长。

图5

图6

图5,6。铝酸盐化合物如锶和钡镁具有很强的磷光响应

我们发现365 nm是掺杂稀土的两种铝酸盐化合物的理想激发波长（图5,6），而405 nm是yyg 557 230isophor®材料的最佳选择（图7）。对于安全标记制造商来说，在qc和后续质检步骤中，了解这些化学品精确的峰值强度是很有用的。 此外，化学发光的带宽分布也有助于更深层次的理解和质量验证。

图7. isiphor在560 nm处表现出强烈的磷光发射响应

时间分辨分析：输出波形任你选择

现在已经确定了最佳led波长，我们可以开始利用lsm系列的另一个优势 -严格控制和可定制的波形选项。 时间分辨光谱具有稳态模式下所没有的优势， ocean fx高速光谱仪实现实现快速的时间分辨测量。 凭借10微秒的积分时间和独特的高速缓存模式，ocean fx可以更深入地了解化合物的特性，而传统光谱仪无法做到。

方波或单次脉冲在工业中具有许多用途，也是量化光致发光材料衰减时间的标准方法。 将lsm系列led模块设置为20hz方波，用365nmled激发，就会获得lumibrite525nm的发射光谱（图8）。

图8.使用lsm系列led，用户可以调整波形，以更好地量化光致发光材料的衰减时间

也许我们已经通过观察发现led无需点亮太多时间即可完成激发，我们还可以设定额外的关断时间等磷光进一步衰减。  lsm模块可以控制方波占空比，以根据您的化合物调整波形。 图9显示占空比转换为25％，以便我们实现所需的额外关断时间，同时将整个系统时钟保持在20 hz。

图9.可调节lsm led的占空比以控制磷光衰减时间

另一种铝酸盐化合物表现出略微不同的响应特性，其能量上升几乎是瞬时完成的，然后在激发光仍然开启的情况下，开始缓慢下降（图10）

图10.铝酸钡镁的磷光发射

电气工程领域另一种常见的波形是经典的正弦波，它的相移有数学用途。 将lsm系列模块设置为100 hz的正弦波，使用365 nm激发观察lumibrite化合物。 这允许我们以度为单位计算相移，这是化合物在其当前状态下的一个固有光学特性（图11）

图11.通过lsm led正弦波输出对铝酸锶磷光进行相移分析

除了正弦波方波，还有三角波和外部函数发生器产生的自定义波形。对于开发新发光材料的研究人员，发光安全标记制造商，以及检查员，我们的光谱工具能够帮助用户识别，鉴定和发现每种化合物的特性。

结论

无论是对材料进行初步的稳态观测，还是深入的微秒级时间分辨分析，lsm系列led模块和ocean fx高速光谱仪都能协调工作，以提供您期望的精确结果。 请联系ag贵宾会，了解如何使用新的lsm系列led光源套件，扩展您的光学工具箱，并为下一个创新的光致发光化合物做好准备。

引用自：

american permalight. (2018). ibc/ifc compliant ul1994 egress path markings. retrieved from american permalight:

jessup. (2018). product compliance of photoluminescent films. retrieved from jessup adhesive coated films: