上轉換發光材料(Up-conversion phosphorsmaterial,UPM)是一類在長波長激發下發射短波長光的材料，其特點是所吸收的光子能量低于發射的光子能量。由于使用紅外光作為激發光源，此類材料在防偽標記、激光探測和立體顯示上的用途已經廣為人知。近幾年來,科學家們又發現上轉換發光材料有不易發生光漂白和發光強度高等優點，用在生物標記中可以大大提高檢測靈敏度和線性范圍，因此.上轉換發光材料的熒光發射光譜是表征其性能的一個重要指標，具有非常重要意義。
與傳統典型的熒光發光過程(只涉及一個基態和一個激發態)不同，上轉換過程需要許多中間態來累積低頻的激發光子的能量。其中主要有三種發光機制:激發態吸收、能量轉換過程、光子雪崩。這些過程均是通過摻雜在晶體顆粒中的激活離子能級連續吸收一個或多個光子來實現的，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能級而被用來.上轉換發光。然而高效率的上轉換過程，只能靠摻雜三價稀土離子實現，因其有較長的亞穩能級壽命。稀土離子的吸收和發射光譜主要來自內層4f電子的躍遷。在外圍5s和5p的電子的屏蔽下,其4f電子幾乎不與基質發生相互作用，因此摻雜的稀土離子的吸收和發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)。而這同時就對外部激發光源的波長有了很大的限制。激光熒光光譜技術用于化學檢測領域具有信噪比高、靈敏度好、檢測快速等優點,特別是對于上轉換材料的發光檢測。商業化的980m激光光源系統恰巧與它的吸收相匹配，為上轉換納米材料提供了理想的激光激發光源。
PerkinElmer公司采用脈沖氙燈做光源，具有熒光、磷光和化學發光三種測量模式，在磷光和化學發光模式下，儀器內部激發光源自動關閉，這樣就為980nm激光光源的使用提供了便利的條件,也為上轉換納米材料的熒光發光測試提供了硬件基礎，而其它廠家大多數使用傳統的連續氙燈，不能通過軟件將其關閉，在使用激光光源時，只能通過遮擋的方式將出光孔堵住。
PerkinElmer 公司采用脈沖氙燈光源，就可以很好的在內部光源與外部激光光源之間進行切換，當需要使用外部激光光源系統時只需要通過軟件選擇激光測定模式即可，不需要通過其它物理遮擋方式，來遮擋儀器原有的激發光源.這是PerkinElmer公司優于其它公司的重要技術之一。這種操作不僅延長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計.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確的照射到待測樣品.上而且，在進行常規熒光測定時，容易取下，大大簡化了操作的繁瑣性。
硬件配置
主機: LS-55 型熒光分光光度計(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簡
圖2. PerkinElmerLS-SS熒光光譜儀
樣品測試
測試條件
測試模式:激光測定模式
延遲時間: 0ms
掃描范圍: 300-700nm
掃描速度: 1000nm/min
測試結果
改變不同條件測試UCNP.上轉換材料得到的熒光發射譜圖，如下圖3所示。從圖可以看出樣品在357nm、473nm.645nm 有熒光發射峰，這三個發射峰是UCNP三個能級的光子發射，其中在473nm處強，且熒光發射峰窄且尖銳，半峰寬大約10nm,測試結果令人滿意。
圖3.樣品熒光發射譜圖
結論
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確的測試上轉換材料的熒光發射峰，測試結果良好，為上轉換材料的發光表征提供了解決方案。該方法操作簡單，使用方便.成本低廉.能夠滿足絕大多數樣品的測試，并且易于拆卸，也能滿足常規樣品的測試，是一個非常實用的解決方案。
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