（有机化学专业论文）转光农膜荧光分析方法研究.pdf

摘要 转光农膜( s u n l i g h t - c o n v e r s i o nf i l m ，s c f ) 是2 0 世纪9 0 年代世界各 国兴起的新型功能农膜，能将目光中的紫外光和绿光转换成有利于植物生 长的蓝光和红光，已成为一种重要的农用材料。但是，转光农膜的转光性 能表征尚无统一的行业标准。研究转光农膜的荧光性质、建立一套转光性 能分析方法具有重要的理论意义和应用价值。 本文采用日立f 4 5 0 0 荧光分光光度计，对单基双能转光剂r b i 、无机 红光剂r i 、有机红光剂r 0 及其红蓝双发射转光膜、红光膜的荧光特性进 行了系统研究，建立了农用转光剂( s u n l i g h t c o n v e r s i o na g e n t ，s c a ) 和转 光农膜( 统称为日光转换材料) 的荧光定性、定量分析方法。 1 研究了农用日光转换材料荧光测试仪器、测试方法及测试条件的选 择。研究发现，日光转换材料的荧光性能测试与荧光分光光度计的型号及 测试条件密切相关；选用f - 4 5 0 0 荧光分光光度计，配置r 9 2 8 光电倍增管 - 4 5 0 0 荧光分光光度计，配置r 9 2 8 光电倍增管，u 3 9 的滤光片和5 蛳的狭 缝宽度及1200 n i i l m i n 扫描速度，可以确保转光膜的激发光谱和发射光谱不失真。 2 采用前( 浅) 表面荧光法测定了不同厚度转光农膜的发光强度。测试 结果表明，透明转光膜的发光强度随膜厚度的增加，荧光逐渐增强，然后 趋于平稳。对透光率大于85 的转光膜，当膜厚超过0 5 6m m 时，发光强 度基本保持不变。所以，透 明转光农膜的荧光测试以膜厚大于o 5 6m m 为宜。 3 紫外光激发下，转 光农膜的蓝区发射光谱存在氙灯特征峰及膜中树脂、助剂的干扰，采用对照膜可以进行校正。 4采用转光剂ii、ri、ro及其转光膜对新建立的分析方法进行了 果表明，采用本文建立的荧光分析方法所得转光农膜的发射光谱与所用转 光剂的发射光谱一致，说明定性分析方法正确。采用o r i g m6 o 软件对所得 发射光谱进行计算，由发射峰面积和红蓝发射强度比，得出转光性能的定 量分析结果。转光膜红、蓝发射强度的计算结果与所用转光剂的用量相符 合，表明本文定量分析方法可靠。 关键词：转光农膜，荧光光谱，荧光定性、定量分析 t h es u n l i g h tc o n v e r s i o na g r i c u l t u r a lf i l m ( s c f ) t h a th a sb e c o m ea n i m p o r t a n ta g r i c u l t u r a lm a t e r i a li san e wf u n c t i o n a lf i l mt h a tb o o s t st h eg r o w t ho f p l a n t sb yc o n v e r t i n gt h eu l t r a v i o l e tl i g h ta n dg r e e nl i g h tt ob l u el i g h ta n dr e d l i g h tn e e d e db y t h ep l a n t s t h i ss t u d yw a s r i s i n gi n1 9 9 0 si nt h ew o r l d b u tt h e r e h a sb e e nn ou n i f i c a t i o nt r a d ec r i t e r i o nf o rt h el i g h tc o n v e r s i o np r o p e r t i e so fs c f s oi th a si m p o r t a n ta c a d e m i cs i g n i f i c a n c ea n da p p l i c a t i o nv a l u et os t u d yt h e f l u o r e s c e n c es p e c t r a lp r o p e r t i e so fs c fa n de s t a b l i s ham e t h o df o rt h es p e c l x a a n a l y s i so f i t i nt h i st h e s i s ，t h ef l u o r e s c e n c es p e c t r a lp r o p e r t i e so fm o n o - m a t r i xs u n l i g h t c o n v e r s i o na g e n tw i t hd o u b l e - f u n c t i o nr b i ，i n - o r g a n i cr e dl i g h ta g e n tr i ， o r g a n i cr e dl i g h ta g e n tr oa n dt h ec o r r e s p o n d i n gd u a l - e m i s s i o na n dr e dl i g h t f a r mf i l m sh a v eb e e na u d i e ds y s t e m i c a l l y am e t h o do fq u a l i t a t i v ea n d q u a n t i t a t i v ea n a l y s i sf o rs u n l i g h t - c o n v e r s i o na g e n t ( s c a ) a n ds c f ( c a l l e d s u n l i g h tt r a n s f o r mm a t e r i a l ) h a sb e e ne s t a b l i s h e dw i t ht h eu s eo fh i t a c h i f - 4 5 0 0f l u o r e s c e n c es p e c t r o p h o t o m e t e r 1 f l u o r e s c e n c e s p e c t r o p h o t o m e t e r s ，m e t h o d a n dc o n d i t i o n sf o rt h e d e t e r m i n a t i o no ff l u o r e s c e n c e s p e c t r a o fa g r i c u l t u r a l s u n l i g h t t r a n s f o r m m a t e r i a l sw e r ei n v e s t i g a t e d t h ed e t e r m i n a t i o no ff l u o r e s c e n c es p e c t r ao f a g r i c u l t u r a ls u n l i g h tt r a n s f o r mm a t e r i a l sw a sf o u n dt oh a v ec l o s er e l a t i o n s h i p w i t ht h et y p eo f f l u o r e s c e n c es p e c t r o p h o t o m e t e r sa n dt e s t i n gc o n d i t i o n s i tc a n b es u r et h a tt h ee x c i t a t i o na n de m i s s i o ns p e c t r ao fl i g h tc o n v e r s i o nf i l mw i l ln o t d i s t o r t i o nb yu s i n gh i t a c h if - 4 5 0 0f l u o r e s c e n c es p e c t r o p h o t o m e t e rw i t h p h o t o m u l t i p l i e rt u b e 咖) r 9 2 8 ，l i g h tf i l t e ru 3 9 ，s l i t5 n m ，s c a ns p e e d i 1 2 0 0 n m m i n 2 t h ee m i s s i o ni n t e n s i t yo fs c fw i t hd i f f e r e n tt h i c k n e s sw a st e s t e db y u s i n gf r o n t f a c ef l u o r e s c e n c e t h ea n a l y s i sr e s u l t si n d i c a t et h a tt h ee m i s s i o n i n t e n s i t yo ft r a n s p a r e n ts c fi n c r e a s e dw i t ht h et h i c k n e s so fs c fi n i t i a l l y , t h e n b e c o m e sc o n s t a n t g r a d u a l l y l u m i n e s c e n ti n t e n s i t y o fs c fw i t hl i g h t t r a n s m i t t a n c eo v e r8 5 i ss t e a d yw h e nt h et h i c k n e s so ft h ef i l mi sm o r et h a n o 5 6 m m s ot h et h i c k n e s so ft r a n s p a r e n ts c fs h o u l db em o r et h a n0 5 6 r a m w h e nt e s t e db yf l u o r e s c e n c es p e c t r o p h o t o m e t e r 3 t h ee m i s s i o ns p e c t r aw i t h i nb l u ea r e ao fs c fi si n t e r f e r e db yt h e c h a r a c t e r i s t i cs p e c t r ao fx e l a m pf r o mf l u o r e s c e n c es p e c t r o p h o t o m e t e ra n dt h a t o ft h er e s i n sa n dp l a s t i ca d d i t i v e si ns c f , w h i c hc a nb ec o r r e c t e dw i t hr e f e r e n c e f i l m 4 t h en e wa n a l y s i sm e t h o dw a sc o n f i r m e db yt e s t i n gt h es u n l i g h t c o n v e r s i o na g e n t sr b i ，r i ，r oa n dt h e i rc o r r e s p o n d i n gf i l m s r e s u l t so f q u m i t a t i v ea n a l y s i so f f l u o r e s c e n c ep r o p e r t i e sf o rf o u rk i n d so fg r e e n h o u s es c f a n dm u l c hs c fs h o w e dt h a tt h ee m i s s i o ns p e c t r ao fs c fg o tb yt h en e w a n a l y s i sm e t h o di sc o n s i s t e n tw i t ht h a to ft h es e a s ot h eq u a l i t a t i v ea n a l y s i s m e t h o di sr i g h t q u a n t i t a t i v ea n a l y s i sr e s u l t so fl i g h tc o n v e r s i o np r o p e r t i e sc a n b eg o tt h r o u g ht h ea r e ao fe m i s s i o ns p e c t r ao fs c fa n dt h er a t i oo fa r a b c a l c u l a t e db ys o f t w a r eo r i g i n6 0 r e s u l t so ft h ei n t e n s i t yo fr o d - e m i t t i n g ( a r t ) a n db l u e e m i t t i n g ( a b ) a r ec o n s i s t e n tw i t ht h ea m o u n to ft h es c h , w h i c hs h o w s t h a tt h eq u a n t i t a t i v ea n a l y s i sm e t h o di sr e l i a b l e k e yw o r d s ：s u n l i g h t - c o n v e r s i o na g r i c u l t u r a lf i l m ，f l u o r e s c e n c es p e c t r a ， f l u o r e s c e n tq u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s i v 转光农膜荧光分析方法研究 第一章综述 1 1 荧光及荧光分析法概述 荧光分析法是一种古老而常新的分析方法，因其具有高灵敏度( 可达 亿分之几至千亿分之几) 、高选择性、提供信息多样、取样量少、操作简便 等特点，自1 6 世纪人们发现荧光至今，荧光分析法已发展成为一种重要的 痕量分析技术，在工农业、医学、生物学、环境科学等领域中得到了广泛 应用。 1 1 1 荧光产生原理及荧光分析方法 荧光是物质分子吸收能量后，从基态跃迁到激发态，再由激发态回到 基态时所产生的辐射。最初人们从植物抽提液和矿物中观察到荧光的发射， 但不能解释其产生的原因。1 8 5 2 年，s t o k e s 【1 】考察奎宁和叶绿素的荧光， 发现荧光是物质吸收了光线后再发出的比入射光的波长稍长的光线，阐明 了荧光发射机理，并根据会发荧光的矿物萤石( c a f 2 ) 提出了“荧光”这一 名词。1 8 6 4 年s t o k e s 又提出将荧光作为分析手段，进行物质的定性分析和 定量分析。 荧光分析是指利用某些物质受到光辐射后产生反映该物质特性的荧光 进行物质的定性、定量分析。荧光的产生与物质的分子结构密切相关。各 种具有不同结构的物质分子有其特殊的频率，当光线照射于物质时，只有 与物质的分子具有相同频率的光线才能被该物质吸收，光能被转移给分子。 物质分子具有一系列能量不同且相差不大的能级，当分子吸收光辐射后， 处于基态的分子可以从低能级跃迁到高能级，所吸收的能量应等于两能级 能量之差。当分子由高能不稳定的激发态回到基态时，由于碰撞和热的消 耗使剩余的能量比吸收的能量小，发射的荧光波长比激发光波长更长。可 见，荧光是分子吸收光能后从激发态的最低振动能级回到基态时发射的光。 高校教师在职硕士学位论文 对于荧光物质稀溶液，荧光强度f - 巾2 3 1 0 8 c l ，巾为荧光量子效率，即发射 荧光的量子数与吸收的激发光的量子数之比，1 0 为入射光强度，8 为摩尔吸 收系数，c 为荧光物质浓度，l 为样品池厚度。一定条件下，根据荧光强 度f 与荧光物质的浓度c 成线性关系进行荧光定量分析。通常所说的荧光 光谱是指荧光激发光谱和荧光发射光谱。荧光激发光谱是在一定发射波长 九。监控下，测得荧光强度随激发波长九。变化的关系曲线；荧光发射光谱 是一定激发波长九。监控下测得荧光强度随发射波长a 。变化的关系曲线， 如图1 1 所示。 荧光分析法能提供激发光谱、发射光谱、三维光谱、荧光强度、荧光 寿命、量子产率等诸多信息，能直接、间接地分析许多有机化合物【”，5 】和 进行无机元素的测剧6 ”。近十几年来，激光、微机、电子等新技术的引入 大大推动了荧光分析法在理论上的发展，促进了诸如时间分辨【8 】、空间分 洲9 1 、相分辨荧光技术【l o 】、荧光偏振【1 1 1 、荧光免疫【1 2 】、同步荧光吲、三维 荧光技术1 卅和阻抑动力学荧光分析【15 1 、流动注射【1 6 】、荧光探针【1 7 1 、荧光光 纤传感器【l 引、催化荧光法等荧光分析新方法与新技术的发展。荧光分析技 术的发展也加速了荧光分光光度计与其它技术的结合，如荧光检测与高效 液相色谱( h i 曲p e m m 姐c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y 玎) l c ) 联用、与离子 色谱联用，光导纤维与荧光分光光度计联用，激光光源引入荧光光度计、 显微荧光光度计，荧光光度计与分子吸收技术相结合等。随着荧光分析仪 器的不断发展和完善，荧光分析技术的应用将越来越广泛。 从分析方法上来说，荧光分析可分为直接测定与间接测定【2 0 ，2 1 1 两大 类。直接测定即利用物质自身发射的荧光进行测定，根据荧光强度与溶液 浓度的关系，用直接比较法或工作曲线法进行定量分析。但由于有些物质 本身不发光，故这种分析方法受到一定限制。间接测定是利用某些试剂( 如 荧光染料) 与荧光较弱、或不显荧光的物质结合形成发荧光的物质再进行 测定，又可分为络合荧光法、催化荧光法、衍生荧光法、同步荧光法、荧 转光农膜荧光分析方法研究 光猝灭法。 1 1 2 荧光测试仪器 荧光的检测是用荧光分光光度计。一般的荧光分光光度计由光源、单 色器或滤光片、样品室、光电倍增管、记录装置所组成。根据分光组件的 不同，可分为滤光片式荧光计和荧光分光光度计。根据单色器的不同可分 为单光束荧光计和双光束荧光计。现在新型荧光仪激发和发射均为双单色 器，这样减少了杂散光的干扰，更有利于较强光散射样品的测定，且仪器 具有高的灵敏度和较好的稳定性。目前荧光分光光度计的常用光源为氙灯， 单色器多用光栅，检测器主要用光电倍增管，普通荧光分光光度计的激发 和发射波长范围一般在2 0 0 9 0 0n m 左右。 国内专业生产荧光仪的厂家并不多，目前国内中高档荧光分析仪主要 从国外引进。进入中国市场的国外荧光分析仪生产厂家主要有日本日立公 司、岛津公司，美国瓦里安公司、p e 公司等，其主要荧光分析仪的型号及 性能指标如表1 1 所示。从表1 1 可以看出，这些荧光分析仪的光学系统和检 测系统基本相似，大多用氙灯作光源，都具有较宽的波长扫描范围( 2 0 0 9 0 0 n m ) 、可调的狭缝宽度和可选的波长扫描速度。波长准确度在1 o 3 0n m ， 波长重现性在0 5 2 5n m ，且灵敏度都较高，s n 1 0 0 。其中p el s5 5 和瓦 里安c a r ye c l i p s e 用脉冲氙灯作为光源，降低了氙灯的功率，节约能源，延 长使用寿命，且有利于磷光的测量。日立f - 4 5 0 0 采用水平光栅，可做三维 图谱扫描，最小取样量仅0 6m l ，有利于痕量分析，在狭缝宽度和扫描速度 上的改进也具有明显优势，此外，仪器自带的应用软件也使荧光的测量和 数据的处理更加方便快捷。 1 1 3 荧光测试方法：直角荧光和前( 浅) 表面荧光 试样的荧光检测通常采用直角荧光和前( 浅) 表面荧光法( 下文均简 称“前表荧光法”) 阱】。从原理上讲，样品的荧光辐射在各个方向都应该是 相同的，故可以从任一角度测量。但从荧光分析仪的构造设计来看，直角 高校教师在职硕士学位论文 荧光是目前使用最广泛、方便的方式。直角荧光是指检测样品在垂直于激 发光方向上的荧光，又称r g h t - a n 百e ) 法，如图1 2 所示。此方法一般 用于稀溶液样品的荧光测定。而对于浓溶液或固体样品，测试时采用前表 面荧光法口3 川，检测的是样品表面的漫反射荧光，又称f f m n t - f k e ) 法， 如图1 3 所示。 1 2 转光农膜荧光分析 1 2 1 转光农膜的研究意义及研究现状 太阳光是植物进行光合作用的能量来源。然而不同光质对植物生长发 育有不同的作用【2 5 1 。研究发现，紫外光( 2 9 0 4 0 0 衄) 能促进枝干老化和病 菌繁殖，对植物的生长有不良影响；蓝光( 4 0 0 5 0 0 衄) 和红光( 6 0 0 7 0 0n m ) 能够促进植物的光合作用，并且蓝光有利于植物营养器官( 如茎、叶等) 的生长，红光有利于植物的花朵、果实等方面的生长【2 6 1 。植物光合作用发 生在叶绿体中，叶绿体中叶绿素的最大吸收光谱为4 0 0 4 8 0n m 附近的蓝 紫光和6 0 0 巧8 0n m 的红橙光区，3 8 0 衄以下的紫外光和5 0 0 5 8 0 岫的绿 光基本不被其吸收而被反射阳。实际照射到地面的日光中，蓝光区和红光 区的辐射强度较弱。目前研制的农用转光剂和转光膜能将太阳光调节为对 植物生长有利的蓝光和红光，从而提高光能利用率，使作物增产、早熟。 早在2 0 世纪7 0 年代到8 0 年代，日本、俄罗斯相继报道过将稀土荧光 化合物添加到聚烯烃树脂中制成温室薄膜，用于植物栽培。1 9 8 5 年我国从 日本引进蓝光转换膜，用于水稻育秧覆盖，使用效果良好。此后，国内对 转光农膜的研究十分活跃，并取得了一定进展【2 8 ，2 9 ，3 0 1 。1 9 9 6 年廉世勋等人 研制出红光转换农用薄膜【2 9 】，能使作物早熟并提高产量，同年又研制出能 将紫外光和绿光转换成蓝光和红光的单基双能转光剂，可望在农业上获得 大面积推广。1 9 9 9 年刘南安等人研制的稀土络合物调光剂及其蓝光转换 膜，用于水稻育秧试验，最终增产效果为5 5 ，经济效益显著p 1 1 。2 0 0 0 年王则民等人研制出u r r 稀土转光粉，将其添加到聚乙烯树脂中，制成耐 转光农膜荧光分析方法研究 候光转换无滴农膜，可使农作物增产1 0 左右，并能改善农产品的品质， 投入产出比达到l ：3 l ：7 ，达国际先进水平【3 2 】。2 0 0 1 年范文慧等人合成了 一种“常光充能”型电子陷获材料c a s ：e u ，s m 【3 3 】，它可将太阳光谱中0 8 1 6 岬的红外光高效地转换为植物生长需要的“7 2 蚴可见光，有望成为性能 优于单机双能转光剂的新型农用光转换材料。近几年，国内许多高等院校、 研究所、塑料制品厂争先研制出转光农膜，如蓝光膜、红光膜、红蓝复合 双峰增益膜、光生态膜等，扣棚实验规模不断扩大。转光农膜在瓜果蔬菜 栽培、水稻育秧试验、棉花玉米的种植等取得了良好的社会效益和经济效 益m 5 1 ，已成为重要的农用物资。 1 2 2 农用转光剂与转光膜光谱特点 转光剂( s u n l i 曲t c o n v e r s i o na g e n t ，s c a ) 属于光致发光材料，在受到 激发后能产生不同能级间的电子跃迁，发射出不同波长的荧光。转光膜 ( s l u l l i g h t c o n v e r s i o nf i l m ，s c f ) 是将转光剂按一定比例添加到高分子树 脂中，制成转光母料，然后与其他助剂和p e 树脂混合加工成的光生态膜。 转光剂及其转光膜具有转换日光光谱成分的功能，能吸收紫外光发射 蓝光( 称蓝光剂r b ) 和( 或) 红光( 称单基双能转光剂r b i 或红光剂， r o ) ，吸收黄绿光发射红光，因此，其激发光谱在紫外光区或绿光区，发 射光谱在蓝光区和红光区。转光剂根据化学组成可分为两大类：有机荧光 染料和无机有机稀土金属离子配合物。有机荧光染料一般是利用自身发色 基团吸收紫外光，引起分子内n 电子发生能级间跃迁而发射荧光。这类转 光剂荧光发射强度较大，但由于其染料、颜料在树脂中的分散性、相容性 差而影响制成的转光膜的透光性和转光效梨3 6 】，且荧光染料在紫外光照射 下易氧化分解，荧光衰减快。稀土转光剂具有优异的转光性能，是目前研 究的热点 3 7 ，3 8 1 。稀土的发光性能是由于稀土离子具有丰富的能级和它们的 4 f 电子在不同能级之间的跃迁而产生的。当稀土离子吸收能量后，产生f _ f 跃迁和d - f 跃迁，在可见光区发射出不同波长的光。利用稀土元素的荧光 高校教师在职硕士学位论文 特性，通过掺杂3 9 1 或形成配合物【加1 制得转光剂。其中镧系元素中6 3 号铕( e u ) 原子可以形成两种特征价态的离子e l l 2 + 、e u 3 + ，它们的荧光发射九。在4 3 0 n m 左右蓝光区和6 2 0 6 5 0 眦红光区，与植物光合作用光谱接近。目前农 用稀土日光转换材料主要是添加稀土铕离子的发光材料【4 1 4 2 】。如e u ”b 二 酮配合物主要产生5 d o - 7 f 2 的跃迁【4 3 1 ，能有效地将太阳光中的紫外光转换 成红光。单掺e u 2 + 的稀土无机发光材料c a s ：e u 即】，具有吸收紫外光和绿光 发射6 5 0 蛐红光的作用，添加到农膜中制成红光膜用于农作物栽培，能 改善作物光照条件【4 5 1 。共掺c u + ，e 2 + 的稀土无机单基双能光转换材料 c a s ：c u + ，e u 2 + ，添加到农膜中制成红蓝双发射农用薄膜，可促使作物早熟 并提高产量1 4 6 j 。 可见，农用转光剂及其转光膜的激发光谱主要在2 0 0 4 0 0n m 紫外光 区及5 0 0 “0 0 砌绿光区；发射光谱在4 3 0n m 左右蓝光区和6 2 0 0 0 0 啪 红橙光区。 1 2 _ 3 转光农膜的荧光分析现状 目前转光农膜的研究主要集中在开发与植物光合作用光谱匹配性好、 性能稳定、价格低廉的新型转光剂及转光膜的农田应用试验，国内外对转 光农膜荧光分析方法的研究报道较少，转光剂及其转光膜的荧光性能尚无 科学规范的统一表征、评价标准。文献中通常测定转光剂或转光膜的荧光 光谱，考查激发光谱是否落在2 0 0 4 0 0i 皿紫外光区，发射光谱是否落在 4 0 0 5 0 0 咖蓝光区及6 0 0 7 0 0n m 红光区，以此定性判断转光剂及其转光 农膜是否具有吸收紫外光发射蓝光和红光的作用【4 ”8 ，4 9 】；采用普通塑料膜 和添加转光剂的红光膜、蓝光膜用于作物栽培，通过比较转光膜对作物的 品质改善和产量提高定量表示转光效果【5 0 】：通过测定覆盖红光膜栽培的作 物光合作用速率的提高来判断转光效剁5 1 】，或用转光膜发射主峰位置与植 物叶绿素吸收光谱的重叠程度及荧光柑对强度值大小来表示转光效果；另 有采用某一波长紫外光激发下转光农膜的可见光区的发射光谱峰高值和峰 雄等胬辫肆持串翦亍斟薄鞲爵 船_1磁睾雄辩潍苦串等法辩十高嚣赫赫再辫 菩f _ 1 岔q置竹鲁矿。斗葺矗g*o譬。盹br鱼gfl量曩。窖霉鼍文g售oto目。竹n葛 蓝皿 踏f-lu00 口褂f认oo 齄i聿rf5uo一时n 罱i - 长 刮襁蚺n曼粤一ipso 淘随 等藩 等赣 簿亦甫赫赫 圃 薄亦马薜磷 湃 潜水赫掣赫 溉 魁漆料阿 母霹空釜整障冰等， 繇专，睁物，高慊潍，乜 _害。游，m誊墼法蕈 母霹整壁簦雌擀，i己，彝凑， 哥霹j空璧整罅捧法，沸净 母霹j空垂鳌坤撵净，沸砖 睁、弃垛潍等 120l淞iib彗鳖专菇 _u00淞，m心缸净酋 1_50雩窘盗。磐啦将蟑_o鼍身尊。斟啦拇姆_”o奄窘甫，辞啦拇姆 *口冬话8嚣莓翦灯 o，60l_lz 西爵盛鍪蕉雄擗击，蒜等。 降营、高慊沛苦 _oon葺目等酋 鼍翼荨翦奄go_iz oo岛oe；暑 ho宁母00莓 宁岛oo善 oo七oo口茸 o丫岛oo譬 _u。60。n#o-1200，2400。 _)oo3)|ooo甚皂皆in _认60，300，1uoo。 wo宕n，bill 矗斑王|otf卜量bodl_巨ttfhsogo“u0(in譬，mjn 小008譬n，阜ill _ooo皇n，鞋in n0(joo甚口，nhin 簿潍誊_。2-5。 _oo：|滢潍法-l。，2。j 10o-20o目基 簿沸擎j5，o，h。 o旨b 沸穿i浩p。一。 |0鲁# 肄沸光h5，3u10， _uol 潍聋专-1u，3iu。10。 _-20he群 _oo_500毫n，鲁in o0一，b牟ooo基巴墨in 馨潍法12u上u=目 滞迎若2”矗。目 # o 】0 e 巴日i n 薅沸专_扣u。一喜20j暑一海潍专uu。 一o b o j 誉 掣群越糟擐e丰觏匝翳 瑶警嘲棼爵、f，埘 涮嚣昏* o o 曩，莨营吨_【书 o o n 一， e 善q o 耳嚣o_【州 辍辊密匝翳基罐恃 _量吡_【书 辍e丰密匦避犟箍沣 o n 寸冬 葺篇nh 乌暑o竹卅 擐罩艇匝璐基离 i口o删彝群、，蟛 裂嚣 * o审一一，王，们 口矗o_【 g岛o，n书 鼗釉辣 巡撂瞄 掣爵删 举鲻 魁器避 举鲻 议档掣卦书匿甾擞蟹柩辎枢 转光农膜荧光分析方法研究 图1 1 转光剂i m i 的荧光激发与发射光谱 f g 1 一ln u o r 嚣n 麟c i 雠衄锄d 锄1 i s s i s c h a o fb g h t c v c 巧i o na g c n t r b i 厶。l o “ l i i l i l ，c 。 图l - 2 直角荧光光路图 f i g 2o 面c h e m 疵v i e wo fr a 注释：k 为入射光强度，i 。为荧光强度 力 ， l ，r 厶m l j k 图l - 3 前表荧光光路图 飚3o 砸c h e m 撕cv i e wo f f f 高校教师在职硕士学位论文 詈 叠 詈 图l 一4 转光剂r o ，i m i 及其转光膜s c f 的发射光谱 f i g 1 - 4 e m i s s i o ns p c 阳o f r o ，r b i 锄ds c f 转光农膜荧光分析方法研究 第二章实验分析方法的建立 2 1 荧光分析仪及其配置的选择 发光材料的表征主要在于两个方面：光谱性质和发光效率。一般用荧 光分光光度计检测。转光剂与转光膜的荧光性能测试与所采用的荧光分光 光度计的型号、光电倍增管的配置及测试条件密切相关。 2 1 1 荧光分析仪的选择 目前，使用较多的荧光分析仪主要有日立f _ 4 5 0 0 、岛津r f 5 3 0 l p c 、 美国p el s 5 0 b 等。不同型号仪器的光学系统不完全相同，即使是在同样 条件下测试同一样品，其结果也会有差别。图2 1 是三种不同类型的荧光 分光光度计测试同一转光剂i 国i 的荧光光谱。从图2 1 可以看出，不同荧 光分析仪测得的r b i 的激发光谱和发射光谱不仅峰形和峰位有差别，而且 荧光相对强度相差很大。由于不同型号的荧光光谱仪的性能相差较大，所 以，要真实地表征单基双能转光剂i ) 、复合转光剂和转光膜的荧光光谱， 首先必须选择合适的荧光光谱仪。根据国内外文献【5 6 5 7 ，5 8 】对c 矿、e u 2 + 激活 的碱土金属硫化物的激发光谱和发射光谱的报道，我们发现选择日立 f - 4 5 0 0 型荧光光谱仪较适合。日立f - 4 5 0 0 荧光分析仪采用水平光栅，在狭 缝宽度和扫描速度上的改进也具有明显优势。转光农膜样品的检测涉及到 的激发光谱在紫外光区和绿光区，发射光谱在蓝光区和红光区。因此，本 工作选择日立f 4 5 0 0 型荧光光谱仪。 2 1 2 光电倍增管的配置 荧光的测试结果与光电倍增管的灵敏曲线密切相关。荧光分析仪的常 用光电倍增管有r 3 7 8 8 和r 9 2 8 。同一型号的仪器配置不同的光电倍增管， 即使在同样条件下测试同一样品，得到的结果也有很大差别，如图2 2 ，2 3 所示。 转光农膜荧光分析方法研究 发或发射光越强，仪器灵敏度越高，但仪器分辨率降低；狭缝越小，仪器 分辨率越高，激发光和发射光越纯，但因其强度减弱，不利于荧光强度弱 的样品的测定。经过多次测试对比，发现采用f 4 5 0 0 荧光分析仪测试转光 农膜，激发、发射光狭缝均选择5 o1 1 i i l ，可以同时获得较好的灵敏度和分 辨率。 2 2 2 滤光片 测试样品荧光时，通常在发射光探测器前放一滤光片，目的是把由激 发光所产生的反射光、瑞利散射光和拉曼光以及由样品中杂质所产生的荧 光滤掉，让荧光物质试样所产生的荧光通过而照射于探测器上。转光剂和 转光膜的荧光分析中，滤光片的选择应根据样品荧光光谱、激发光的波长 以及各种滤光片的吸收曲线来决定。对于农用日光转换材料，其荧光分析 旨在考虑紫外光区( 2 0 0 3 8 0n m ) 和黄绿光区( 4 8 0 5 8 0n m ) 的激发效率，蓝光 区( 4 0 0 4 7 0 眦) 和红光区( 6 0 0 7 0 0i l i n ) 的发射效率，所以，选用3 9 0i 吼的 滤光片可以在激发光谱中消除半倍峰，在发射光谱中消除倍增峰。 2 2 3 扫描速度 扫描速度是体现光谱仪器光路系统优异性的重要指标。扫描速度快表 明仪器的光栅驱动系统好。快速扫描对变化快的物质和反应的荧光测量非 常有用，也有利于三维荧光谱图的定性功能发挥。但扫描速度太快会使仪 器的灵敏度降低，分辨率差。扫描速度慢可以获得较高的灵敏度，但太浪 费时间。f 4 5 0 0 荧光分析仪提供了从1 5 3 0 0 0 0 彻妇i n 的可选扫描速度。 经反复测试比较，固体样品采用f f 法测试时，扫描速度选择1 2 0 0i 珊l m i n ， 可以两者兼顾。 2 3 4 空白和标样 荧光测试的是相对强度，荧光分光光度计的灵敏度与光电倍增管、光 源强度、单射器、狭缝宽度、荧光空白等因素有关。其中荧光空白是影响 荧光测试结果的最重要因素。在转光膜的荧光测试中，荧光空白来自膜中 转光农膜荧光分析方法研究 2 3 2 测试厚度的选择 固体样品的荧光强度的测试通常采用前表荧光法，所检测到的是固体 表面上的漫反射荧光。对于不透明的样品，荧光强度不受样品厚度的影响； 但若样品具有一定的透明性，则样品受激发后，样品内部也受光激发而发 射荧光，荧光强度便随样品厚度而变化。所以，对于透明固体样品，应该 考察其单位厚度的荧光发射强度。转光农膜是透明度很高的固体材料，加 之无机转光剂在薄膜中的分散不可能完全均匀，所以，转光农膜测试时必 须叠加成一定的厚度。这样不仅可以消除透明性对转光膜荧光发射的影响， 而且还可以减小因无机转光剂在膜中分散性较差所带来的误差。图2 9 是 转光棚膜荧光强度与膜厚度的关系图。 图2 9 表明，转光棚膜的荧光强度随着膜厚度的增加而增强。当转光 棚膜厚度在8 层以下时，荧光强度随膜厚增加而急骤增强；随着膜厚继续 增加，荧光强度增加缓慢，逐渐趋于平稳。前表荧光法测得的是转光膜表 面的漫反射荧光，随着转光膜厚度的增加，单位体积内转光剂的量也增加， 在激发光激发下，发生能级跃迁的电子越多，故荧光强度越大。但当转光 膜增加到一定厚度，内层膜中转光剂不能被激发，故荧光发射强度不再增 加，这时膜厚对荧光强度影响很小。转光膜叠加后测量，可消除因膜厚度 不一定完全相同和转光剂在膜中分布不均匀带来的测量误差。根据图2 9 的变化规律，考虑转光膜在固体样品架中测试的可操作性，转光棚膜荧光 测定选取膜厚为8 层较为适宜。单层转光棚膜的厚度为o 0 7m m ，8 层膜厚 为o 5 6n 吼。因此，转光膜的荧光测试应首先测试荧光强度与薄膜厚度的 关系，再确定正式检测时膜的叠加层数。 2 4 转光膜的荧光分析步骤 2 4 1 标样 转光农膜荧光测试时，先用标样校准仪器灵敏度。取荧光性质稳定的 荧光粉为标样，由于标样荧光峰的强度与荧光分光光度计的灵敏度成正比， 1 7 高校教师在职硕士学位论文 每次测试样品时于同样条件下测试标样，根据标样某一荧光峰的强度，将 不同时间采用不同灵敏度所测得的数据校准至同一灵敏度。 2 4 2 空白 z i l 0 2 、t i 0 2 是无荧光发射的无机粉末材料，但当以2 5 4i l i i l 激发z n 0 2 、 t i 0 2 进行发射光谱扫描时，会在4 0 0 5 0 0n m 区域得到一定强度的宽带发 射，这是荧光分析仪氙灯的特征发射峰。如图2 1 0 所示。当固体样品无荧 光或荧光很弱时，氙灯特征峰会突显出来。转光膜中转光剂的含量一般在 o 1 o 1 5 ，荧光发射强度弱。所以，转光膜荧光测试应考虑氙灯灯峰的干 扰，测试时首先应得到氙灯的发射光谱。 转光膜中转光剂与不同的树脂、流滴剂、消雾剂等塑料助剂之间会产 生不同的配合效应，因此转光膜的荧光分析还要考虑到树脂及助剂的荧光 发射的影响。将树脂母粒在电热恒温干燥箱中于2 0 0 左右融熔，剪成圆 形薄片，于f - 4 5 0 0 荧光分析仪固体样品架中进行荧光测量，结果如图2 1 1 、 2 1 2 所示，表2 1 为各种树脂及塑料助剂的发光情况。 图2 1 1 、2 1 2 表明，在3 1 7n m 、3 5 3m 波长监控下，树脂和塑料助剂 在4 0 0 5 0 0 衄范围有较强的宽带发射。从表2 1 可以看出，紫外光激发下， 各种树脂及塑料助剂在4 0 0 5 0 0n m 处有不同强度的荧光发射，这是仪器氙 灯灯峰与助剂、树脂的荧光峰叠加的结果。水滑石和银灰母粒在6 1 8m n 处 有弱的荧光发射。 因此，在转光膜的荧光分析时，以未加转光剂且其它原料成分相同的 农膜为对照膜( c k ) ，同样条件下测试其荧光光谱，作为荧光空白，进行 光谱校正。特别是要考虑在蓝区氙灯灯峰及树脂、助剂荧光发射的影响， 否则会得出错误的结论。 2 4 3 光谱校正 荧光分光光度计的各个部件在出厂时一般都经过了校准，仪器使用前 也进行波长、荧光激发光谱、荧光发射光谱和光电倍增管灵敏曲线的校准。 转光农膜荧光分析方法研究 但在实际测量时，测试方法和条件的选择都会影响荧光分析的准确度，测 试结果会与实际不符合。图2 1 3 是相同测试条件下，转光膜p 1 的表观荧 光光谱( 未经校正的荧光光谱) 及其添加的转光剂r b i 和r j 的荧光光谱。 从图2 1 3 ( a ) 可以看出，在紫外光激发下，转光膜在蓝区的宽带发射峰 与转光剂荧光峰严重不符，红区发射主峰蓝移。考虑是仪器氙灯灯峰的影 响及转光膜中添加的各种助剂，如流滴剂、消雾剂等及树脂复配引起的分 子振动或转动的作用【6 0 1 ，故以未加转光剂而其它成分与转光膜完全相同的 塑料膜为对照膜，同样条件下测其荧光光谱，如图2 1 3 ( b ) 所示。对照膜在 4 2 0n m 处有较强的荧光峰，这主要来源于仪器氙灯特征峰和膜中树脂、助 剂的有机发色基团的影响。将转光膜与对照膜光谱相减，扣除对照膜的荧 光发射，得到转光膜的校正光谱，如图2 1 3 ( c ) 所示。校正后的转光膜的荧 光光谱与转光剂的荧光光谱基本符合。从图2 1 3 ( d ) 可以看出，在5 0 0 姗 波长激发下，因对照膜无荧光发射，转光剂耐发射极弱，转光膜与转光剂 r b i 的荧光峰基本符合，无需进行光谱校正。可见，转光膜在紫外光激发 下的荧光发射光谱与实际不符，蓝区的荧光峰需用对照膜进行校正；在绿 光激发下，转光膜与转光剂的发射光谱基本相符，只是强度不同，这是因 为转光剂在膜中添加的浓度很小的缘故。 2 4 4 转光膜荧光定性分析 定性分析时，根据选定的测试条件和方法，首先测试荧光强度与薄膜 厚度的关系，确定正式检测时膜的叠加层数；然后分别测试对照膜c k 及 转光膜的光谱，经光谱校正得到转光膜真实的发射光谱；最后从光谱匹配 性和透光率对转光膜进行荧光定性分析。 2 4 4 1 光谱匹配性 植物叶绿体中叶绿素a ( c h a la ) 蓝区最大吸收波长为4 3 0n m ，红区最大 吸收波长为6 6 0 姗；叶绿素b ( c h a lb ) 蓝区最大吸收波长为4 3 5n m ，红区最 大吸收波长为6 4 3n m 。因此，转光剂及其转光膜的发射光谱只有在4 2 0 4 5 0 1 9 高校教师在职硕士学位论文 衄附近的蓝紫光区域或者6 3 0 6 8 0 眦红橙光区域且发射峰的半宽度较大 时，才能被植物叶绿素有效吸收，达到增强光合作用的目的。转光剂及其 转光膜的发射光谱主峰与叶绿素吸收光谱主峰偏差值越小，光谱重叠 性越好。此外，日光中3 8 0 咖以下的紫外光和5 0 0 5 8 0i m 的绿光基本不 被叶绿素吸收而被反射，且紫外光因诱发植物产生病虫害而对植物生长不 利，所以，转光剂及其转光膜的激发光谱主峰应在紫外光区和绿光区。由 于日光中紫外光含量较少，绿光较充沛，转光剂及其转光膜只有以转绿光 为主，才能真正起到日光转换功能，促进植物生长。 可见，转光膜的荧光光谱定性分析应真实地测出激发光谱和发射光谱， 这样才能定性地判断转光膜的转光性能。 2 4 4 2 透光率 透光率是