上转换材料的荧光光谱分析法-珀金埃尔默

序言：上转换下发光材料是一类在长波长激发下发射短波长光的材料，其特点是所吸收 的光子能量低于发射的光子能量。由于使用红外光作为激发光源，此类材料 在防伪标记、激光探测和立体显示上的用途已经广为人知。最近几年来 , 科学 家们又发现上转换发光材料有不易发生光漂白和发光强度高等优点 , 用在生物 标记中可以大大提高检测灵敏度和线性范围，因此上转换发光材料的荧光发 射光谱是表征其性能的一个重要指标，具有非常重要意义

与传统典型的荧光发光过程（只涉及一个基态和一个激 发态）不同，上转换过程需要许多中间态来累积低频的 激发光子的能量。其中主要有三种发光机制：激发态吸 收、能量转换过程、光子雪崩。这些过程均是通过掺杂 在晶体颗粒中的激活离子能级连续吸收一个或多个光子 来实现的，而那些具有 f 电子和 d 电子的激活离子因具 有大量的亚稳能级而被用来上转换发光。然而高效率的 上转换过程，只能靠掺杂三价稀土离子实现，因其有较 长的亚稳能级寿命。稀土离子的吸收和发射光谱主要来 自内层 4f 电子的跃迁。在外围 5s 和 5p 的电子的屏蔽下， 其 4f 电子几乎不与基质发生相互作用，因此掺杂的稀土 离子的吸收和发射光谱与其自由离子相似，显示出极尖 锐的峰（半峰宽约 10-20nm）。而这同时就对外部激发 光源的波长有了很大的限制。激光荧光光谱技术用于化 学检测领域具有信噪比高、灵敏度好、检测快速等优点， 特别是对于上转换材料的发光检测。商业化的 980nm 激 光光源系统恰巧与它的吸收相匹配，为上转换纳米材料 提供了理想的激光激发光源

PerkinElmer 是主要的荧光分光光度计生产商， 也是技术上仪器供应商。PerkinElmer 公司 是采用脉冲氙灯做光源，具有荧光、磷光和化学发 光三种测量模式，在磷光和化学发光模式下，仪器内部 激发光源自动关闭，这样就为 980nm 激光光源的使用 提供了便利的条件，也为上转换纳米材料的荧光发光测 试提供了硬件基础，而其它厂家大多数使用传统的连续 氙灯，不能通过软件将其关闭，在使用激光光源时，只 能通过遮挡的方式将出光孔堵住；PerkinElmer 公司采 用脉冲氙灯光源，就可以很好的在内部光源与外部激光 光源之间进行切换，当需要使用外部激光光源系统时， 只需要通过软件选择激光测定模式即可，不需要通过其 它物理遮挡方式，来遮挡仪器原有的激发光源，这是 PerkinElmer 公司优于其它公司的重要技术之一。这种操 作不仅延长了原有氙灯的使用寿命，而且也很好的限制 了由于物理遮挡导致的杂散光影响；另外，由于采用了 灵活的可拆卸的样品架套筒设计，如图 1 所示，不仅固 定了激光光源的输出端，使之与样品池垂直，保证激光 光源能够准确的照射到待测样品上而且，在进行常规荧 光测定时，容易取下，大大简化了操作的繁琐性。

硬件配置 主机：LS-55 型荧光分光光度计 ( 图 2) 附件：激光光源及可拆卸样品池套筒（图 1

样品测试 测试条件 测试模式：激光测定模式 延迟时间：0ms 扫描范围：300-700nm 扫描速度：1000nm/mi

测试结果 改变不同条件测试 UCNP 上转换材料得到的荧光发射 谱图，如下图 3 所示。从图可以看出样品在 357nm、 473nm、645nm 有荧光发射峰，这三个发射峰是 UCNP 三个能级的光子发射，其中在 473nm 处强，且荧光发 射峰窄且尖锐，半峰宽大约 10nm，测试结果令人满意。

结论 PerkinElmer 公司的 LS-55 荧光光谱仪连接激光做光源的 荧光分析方法能够准确的测试上转换材料的荧光发射峰， 测试结果良好，为上转换材料的发光表征提供了解决方案。该方法操作简单，使用方便，成本低廉，能 够满足绝大多数样品的测试，并且易于拆卸，也能满足 常规样品的测试，是一个非常实用的解决方案