新闻中心
NEWS

景颐新闻详情

莱森光学:荧光光谱测量的专业之道

2026-03-07

荧光的奥秘与测量原理

(一)荧光的本质与类型

荧光,从广义层面理解,属于一种分子发光现象。它涵盖多种类型,其中光致发光是借助光能或光子来激发光子发射的过程;化学发光是由化学能激发光子发光,像萤火虫以及众多海洋生物的发光就属于此类;电致发光是在电能或强电场的刺激下产生光子发射,在一些照明应用中较为常见。而具体的荧光,属于光致发光的一种,光使电子处于激发态,激发态通过振动迅速向环境损失热能,然后从最低的单线态激发态发射出光子,这个过程与其他非辐射过程相互竞争,如能量传递和热损失。当提及“荧光”时,相同的测量方法通常适用于上述各类发光。

(二)荧光测量的原理基础


荧光测量以分子的能级结构和荧光现象为依据。物质在受到光激发后,部分电子从基态跃迁到激发态,随后在短时间内通过非辐射跃迁或受激发射的方式返回基态,在此过程中释放能量并以荧光形式辐射出来,从而产生荧光信号。荧光信号具备多种特征,例如荧光强度,它与激发光强度成正比;荧光寿命,与物质的性质相关;荧光发射光谱,能反映物质的组成和结构,是荧光信号的波长分布。通过测量这些特征,便可对物质进行分析和研究。

在荧光测量中,量子效率检测仪是关键设备。量子效率检测仪通过调整激发波长和检测波长,并对仪器进行校准,来获取样品的荧光光谱数据。

荧光量子效率的重要性与测量方法

(一)光致发光量子效率

光致发光(PL)是物体依赖外界光源照射获得能量产生激发而发光的现象,也指物质吸收光子后重新辐射出光子的过程,包括荧光发光和磷光发光。从量子力学角度来看,这是物质吸收光子跃迁到高能级激发态后返回低能态并放出光子的过程。

在光致发光材料研究中,荧光量子效率的计算意义重大,它是反映光致发光材料发光能力的关键指标。荧光量子效率,又称荧光量子产额或荧光效率,一般情况下三者描述等价。计算量子产率(PLQY),需先让激发光照射空白容器获得激发光谱得总光子数,再放入样品用激发光照射获得未吸收光子数和发射光子数,通过单位时间内发射光子和吸收光子数的比值来计算。

测量样品量子产率有两种方法,相对量子产率测量需已知量子产率的标准品作参照,通过对标准物和样品的吸光度及荧光测量换算得到,仅适用于液体样品;量子产率测量无需标准样品对比,广泛适用于液体、薄膜和粉末样品,测量时需积分球附件,积分球内表面涂层通常为高反射性材料,如白色高反射材料和聚四氟乙烯,样品表面的激发光或发射光经积分球均匀化后从出射口出来进入单色器最后被检测器检测到。

(二)电致发光量子效率

电致发光(EL)是通过加在两电极的电压产生电场,激发电子碰击发光中心,引致电子能级跃迁、变化、复合而发光的物理现象。电致发光产品因具有发光效率高、器件寿命长等特点,在显示器和照明领域应用前景广阔。

电致发光器件的EQE(外量子效率)值是决定器件封装后光效及能否商业化的关键参数之一,反映了电能转化为光能的效率。目前普遍的EQE测量方法有两种,第一种通过亮度计测量法线方向亮度,依据标准朗伯体分布理论计算EQE值,但实际中器件朗伯体分布非标准余弦分布,会有分布不均现象,理论计算结果不准确;第二种通过积分球配件收集器件整体光通量计算EQE,又有两种测量方案,一种是将器件置于积分球球壁上仅测量前向通量的2π法,另一种是将器件置于积分球内部测量整体通量的4π法。

荧光测量的实际应用与解决方案

(一)荧光测量的广泛应用领域

1. 生物分析:

荧光光谱可用于分析生物分子,如蛋白质、核酸等,实现生物分子的定量和质量分析,以及蛋白质和核酸的荧光标记和探针。在医学领域,可检测血液中的蛋白质和其他生物分子、肿瘤标记物等。

2. 医学诊断:

用于检测生物标记物和药物,诊断疾病和监测治疗进展,如在心血管疾病、肿瘤、传染病等方面的诊断。

3. 环境监测:

检测水中的重金属、有机污染物等,在水质监测、空气质量检测等方面应用广泛。

4. 材料科学:

用于材料表征,如荧光探针、荧光染料等,可分析半导体材料和涂料中的成分和结构变化。

5. 食品安全:

检测食品中的有害物质,如农药、重金属等,保障食品质量和安全。

(二)荧光测量解决方案要点

1. 吸光度测量:

吸光度在液体和气体光谱测量技术中应用广泛,可进行物质定量鉴别、指纹认证、溶液中分子浓度定量分析等,并可集成到工业应用环境和客户关注的测试中。

2. 荧光测量的具体内容

(一)激发光谱和发射光谱:

荧光激发光谱是让不同波长激发光源激发荧光物质,以激发光波长为横坐标、荧光强度为纵坐标绘制的图,表示不同波长激发光的相对效率;荧光发射光谱是使激发光波长和强度不变,让荧光物质发出的荧光通过发射单色器照射到检测器上,以荧光波长为横坐标、荧光强度为纵坐标绘制的图,表示荧光中不同波长光成分的相对强度。

(二)荧光光谱测量流程:

首先明确样品类型和要求,包括物理化学性质、浓度、形态等以及测量目的和要求;其次确定测量条件和参数,如选择合适的量子效率检测仪,确定激发波长、检测波长、积分时间、激发光强度等,目前多数荧光测量是相对测量,受多种因素影响导致数据不准确,仪器测量数据准确性受光照尺寸大小、激发光强度、光照射均匀性、仪器分辨力、检测器光谱响应、光谱分辨力等因素影响,在荧光痕量检测中,光源稳定性影响荧光测量,可通过校准玻片校准荧光显微镜;对于复杂样品可能需预处理,如分离、纯化、稀释等,筛选合适的荧光染料有激发和发射波长与检测设备通道匹配、激发光谱与发射光谱有较大斯托克斯位移、稳定性好等标准,常用的有机荧光染料光稳定性较差,量子点则具有良好性能可作为候选荧光染料;最后制定标准操作流程和数据分析方法,包括样品制备、仪器操作、数据采集、数据处理等步骤,选择合适的数据处理方法和质量控制方法。

景颐光电的专业解决方案

(一)JY - QEY6500 - PL的强大功能

该系统主要用于材料(溶液、粉末、薄膜)荧光量子效率的测量,测试系统经过可溯源的光源进行定标,能够进行准确的量子产率、色度测量,同时可以实现光致发光谱的测量和记录。除更换光源、取放样品等操作外,其他测量所需操作在软件界面上即可完成,实现自动化测量。其测量稳定、快速、可靠,相比于传统量子效率检测仪,整个系统具有体积小、使用方便等特点,为用户提供了一种低成本荧光探测和量子效率测量的解决方案,非常适合相关高校和科研单位选购。

(二)景颐光电在行业中的地位与价值

景颐光电一直致力于光谱测量技术的研发与创新,其产品在众多领域得到了广泛应用和高度认可。JY - QEY6500 - PL荧光量子效率测试仪的推出,进一步丰富了景颐光电的产品线,为科研人员和企业提供了更专业、更高效的测量工具,助力他们在材料研究、生物分析、环境监测等领域取得新的突破和进展。

总结与展望


荧光光谱测量、光致发光量子效率测量和电致发光量子效率测量作为半导体材料光电性能测量的重要方法,各自具有独特的激发方式和测量原理,在不同领域发挥着不可替代的作用。随着科学技术的不断发展,这些测量方法将不断完善和创新,为我们深入了解物质的性质和结构提供更有力的支持。景颐光电也将继续秉承创新精神,不断提升产品性能和服务质量,为推动荧光光谱测量技术的发展做出更大的贡献。

#荧光发光效率测量仪 #荧光量子测试仪 #量子效率检测仪 #荧光量子点效率测试仪 #荧光量子点效率测定仪 #光谱仪