CN103229043B - 量子产率测定装置 - Google Patents

Abstract

量子产率测定装置(1)，通过将激发光(L1)照射在用于容纳试料(S)的试料管(2)的试料容纳部(3)，检测自试料(S)及试料容纳部(3)的至少一方所放出的被测定光(L2)，来测定试料(S)的量子产率。量子产率测定装置(1)具有：暗箱(5)，其在内部配置有试料容纳部(3)；光产生部，其具有连接于暗箱(5)的光出射部(7)，并产生激发光(L1)；光检测部，其具有连接于暗箱(5)的光入射部(11)，并检测被测定光(L2)；积分球(14)，其具有使激发光(L1)入射的光入射开口(15)、及使被测定光(L2)出射的光出射开口(16)，且配置于暗箱(5)内；及移动机构(30)，以成为试料容纳部(3)位于积分球(14)内的第1状态、及试料容纳部(3)位于积分球(14)外的第2状态的各自的状态的方式，使积分球(14)在暗箱(5)内移动，在第1状态，使光入射开口(15)与光出射部(7)相对，并使光出射开口(16)与光入射部(11)相对。

Description

量子产率测定装置

技术领域

本发明涉及一种利用积分球测定发光材料等的量子产率的量子产率测定装置。

背景技术

作为现有的量子产率测定装置，已知的技术是将激发光照射于发光材料等试料，使自试料所放出的荧光在积分球内多重反射并检测，由此测定试料的量子产率(「自发光材料所放出的荧光的光子数」相对于「发光材料所吸收的激发光的光子数」的比例)(参照例如专利文献1～3)。

在如此的技术中，若试料对于荧光成份具有光吸收性，则当荧光在积分球内多重反射时，有时荧光的一部分会被试料吸收(该现象以下称为「再吸收」)。在如此的情形下，所检测的荧光的光子数较真实值(即，自发光材料实际所放出的荧光的光子数)还低。因此，有人提案另外利用荧光光度计在不产生再吸收的状态下测定自试料所放出的荧光的强度，基于此来修正先前的荧光的光子数并求出量子产率的方法(参照例如非专利文献1)。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-086031号公报

专利文献2：日本特开2009-074866号公报

专利文献3：日本特开2010-151632号公报

非专利文献

非专利文献1：CHRISTIAN WURTH、另7名，「Evaluation of aCommercial Integrating Sphere Setup for the Determination of AbsolutePhotoluminescence Quantum Yields of Dilute Dye Solutions」，APPLIEDSPECTROSCOPY，(美国)，第64卷，第7期，2010，p.733-741

发明内容

发明所要解决的问题

如上所述，为了利用积分球正确地测定试料的量子产率，除了有必要使用具备积分球的装置外，另有必要使用荧光光度计等，而需要繁杂的作业。

因此，本发明的目的在于提供一种可正确且有效率地测定试料的量子产率的量子产率测定装置。

解决问题的技术手段

本发明的一观点的量子产率测定装置，通过将激发光照射在用于容纳试料的试料管的试料容纳部，检测自试料及试料容纳部的至少一方所放出的被测定光，来测定试料的量子产率，其具备：暗箱，在内部配置试料容纳部；光产生部，具有连接于暗箱的光出射部，并产生激发光；光检测部，具有连接于暗箱的光入射部，并检测被测定光；积分球，具有使激发光入射的光入射开口、及使被测定光出射的光出射开口，且配置于暗箱内；及移动机构，以成为试料容纳部位于积分球内的第1状态、及试料容纳部位于积分球外的第2状态的各自的状态的方式，使积分球在暗箱内移动，在第1状态下，使光入射开口与光出射部相对，并使光出射开口与光入射部相对。

在该量子产率测定装置中，以成为试料管的试料容纳部位于积分球内的第1状态、及试料管的试料容纳部位于积分球外的第2状态的各自的状态的方式，由移动机构使积分球在暗箱内移动。由此，可在第2状态下直接(无在积分球内的多重反射)检测荧光的光谱(荧光成份(以下相同))，并基于第2状态下所检测的荧光的光谱来修正在第1状态下所检测的荧光的光谱。因此，通过该量子产率测定装置，可正确且有效率地测定试料的量子产率。

此处，移动机构可具有固定有积分球的载物台、固定于载物台的螺帽、螺合于螺帽的进给丝杠、及使进给丝杠旋转的驱动源。由此，可使积分球在暗箱内圆滑地移动。

此时，自进给丝杠的轴线方向来看时，可将螺帽固定于载物台上自光入射开口至光出射开口的第1区域及第2区域中的、自光入射开口至光出射开口距离较短的第1区域。由此，在试料管的试料容纳部位于积分球内的第1状态下，可使光入射开口与光出射部，另外，光出射开口与光入射部分别精度良好地相对。

另外，移动机构可进而具有固定于载物台的套筒、及插通于套筒的引导轴。由此，可使积分球在暗箱内更圆滑地移动。

此时，在积分球以可自由装卸的方式安装有用于支撑其它试料的试料台；且自引导轴的轴线方向来看时，套筒可以隔着光入射开口或光出射开口而与进给丝杠相对的方式固定于第2区域。由此，在引导轴隔着光入射开口而与进给丝杠相对时从光入射开口的相反侧，或，引导轴隔着光出射开口而与进给丝杠相对时，从光出射开口的相反侧，分别容易接近积分球，而可容易地对积分球装卸试料台。

另外，也可进而具备检测第1状态下的积分球的第1位置、及第2状态下的积分球的第2位置的各自的位置的位置检测器；且移动机构也可在通过位置检测器检测第1位置或第2位置后使积分球停止。由此，可切实地分别再现试料管的试料容纳部位于积分球内的第1状态、及试料管的试料容纳部位于积分球外的第2状态。

另外，也可在光出射开口设置有集中被测定光的第1光圈构件，在光入射部设置有集中被测定光的第2光圈构件。如此，通过设置二阶段的光圈构件，可使被测定光以适当的角度入射至光检测部，抑制在光检测部内产生杂光。再者，通过在积分球的光出射开口设置第1光圈构件，可防止异物经由光出射开口侵入积分球内。

发明的效果

根据本发明，可正确且有效率地测定试料的量子产率。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的量子产率测定装置的平面图。

图2是图1的暗箱的内部及其周边部分的放大图。

图3是沿着图2的III-III线的剖面图。

图4是激发光照射其它试料的状态时的剖面图。

图5是沿着图2的V-V线的剖面图。

图6是用于说明使用图1的量子产率测定装置来测定量子产率的方法的图。

图7是用于说明使用图1的量子产率测定装置来测定量子产率的方法的图。

图8是用于说明使用图1的量子产率测定装置来测定量子产率的方法的图。

图9是用于说明使用图1的量子产率测定装置来测定量子产率的方法的图表。

具体实施方式

以下，参照图式详细说明本发明的优选实施方式。另，在各图中相同或相当部分附上同一符号，并省略重复的说明。

图1是本发明的一实施方式的量子产率测定装置的平面图；图2是图1的暗箱的内部及其周边部分的放大图。如图1及图2所示，量子产率测定装置1通过将激发光L1照射在用于容纳试料S的试料管2的试料容纳部3，检测自试料S及试料容纳部3的至少一方所放出的被测定光L2，来测定试料S的量子产率(发光量子产率、荧光量子产率、磷光量子产率等)的装置。试料S为将用于例如有机EL(有机电激发光)等的发光组件的发光材料等溶于特定的溶剂的试料。试料管2例如由合成石英构成；试料容纳部3例如为四棱柱状的容器。

量子产率测定装置1具备在内部配置试料容纳部3的暗箱5。暗箱5为由金属构成的长方体状的箱体，遮断来自外部的光的侵入。在暗箱5的内表面5a，施有利用吸收激发光L1及被测定光L2的材料的涂饰等。

在暗箱5的一边的侧壁，连接有光产生部6的光出射部7。光产生部6为由例如氙气灯及分光器等所构成的激发光源，产生激发光L1。激发光L1通过设置于光出射部7的透镜8而准直，并入射至暗箱5内。

在暗箱5的后壁，连接有光检测部9的光入射部11。光检测部9为由例如分光器或CCD(电荷耦合装置)传感器等所构成的多通道检测器，并检测被测定光L2。被测定光L2，被设置于光入射部11的光圈构件(第2光圈构件)12的光圈即开口12a来集中，并经由狭缝13入射至光检测部9内。

在暗箱5内配置有积分球14。积分球14在其内表面14a上涂布有硫酸钡等的高扩散反射剂，或由PTFE(铁氟龙)或Spectralon等材料而形成。在积分球14形成有使激发光L1入射的光入射开口15、及使被测定光L2出射的光出射开口16。激发光L1在暗箱5内通过透镜61而聚光，并经由光入射开口15入射至积分球14内。被测定光L2，被设置于光出射开口16的光圈构件(第1光圈构件)17的光圈即开口17a集中，并出射至积分球14外。

以上的暗箱5、光产生部6及光检测部9，容纳于由金属构成的框体10内。另，自光产生部6的光出射部7出射的激发光L1的光轴，与入射至光检测部9的光入射部11的被测定光L2的光轴在水平面内大致正交。

图3为沿着图2的III-III线的剖面图。如图3所示，在积分球14的上部形成有插通试料管2的管插通开口18；在暗箱5的上壁，以与管插通开口18相对的方式形成有开口21。试料管2具有自试料容纳部3延伸的支管4；支管4通过一部分配置于开口18、21内的试料支架19而保持。在试料支架19的凸缘部形成有一对定位孔19a，且以隔着开口21的方式而设置于暗箱5的上壁的一对定位销22的各个嵌合于各定位孔19a。由此，在抑制松动的状态下，试料容纳部3的侧面3a变成相对于激发光L1的光轴以90°以外的特定角度而倾斜，来防止于侧面3a反射的激发光L1返回至光出射部7。另，在暗箱5的上壁，以覆盖试料管2的支管4、试料支架19、及开口21的方式载置有遮光罩23。

量子产率测定装置1进而具备使积分球14在暗箱5内移动的移动机构30。移动机构30以成为试料容纳部3位于积分球14内的第1状态、及试料容纳部3位于积分球14外的第2状态的各自的状态的方式，而使积分球14移动。且，移动机构30在第1状态下，使积分球14的光入射开口15与光产生部6的光出射部7相对，并使积分球14的光出射开口16与光检测部9的光入射部11相对。

移动机构30具有固定有积分球14的载物台31、固定于载物台31的螺帽32、螺合于螺帽32的进给丝杠33、及使进给丝杠33旋转的马达(驱动源)34。进给丝杠33在暗箱5内在铅垂方向延伸；进给旋转轴33的下端部旋转自如地由暗箱5的下壁所支撑。马达34连接于进给旋转轴33的上端部，且固定于暗箱5。另，于螺帽32内配置滚珠，螺帽32及进给旋转轴33构成滚珠螺杆。

移动机构30进而具有固定于载物台31的套筒35、及插通套筒35的引导轴36。引导轴36在暗箱5内于铅垂方向延伸，引导轴36的上端部及下端部固定于暗箱5。套筒35相对于引导轴36于引导轴36的轴线方向上自由滑动。

如图2所示，自进给丝杠33的轴线方向来看时，螺帽32固定于载物台31上自积分球14的光入射开口15至光出射开口16的区域(第1区域)R1及区域(第2区域)R2中的、自光入射开口15至光出射开口16距离较短的区域R1。另外，自引导轴36的轴线方向来看时，套筒35以隔着积分球14的光出射开口16而与进给丝杠33相对的方式固定于区域R2。

返回至图3，量子产率测定装置1进而具备：位置检测器51，其检测试料容纳部3位于积分球14内的第1状态下的积分球14的第1位置；及位置检测器52，其检测试料容纳部3位于积分球14外的第2状态下的积分球14的第2位置。位置检测器51、52例如为光断续器，当固定于载物台31的遮光板53到达光电断路器的发光部与受光部之间时，分别检测第1位置及第2位置。且，移动机构30在通过位置检测器51、52检测出第1位置或第2位置时，使积分球14停止。

图4为激发光照射其它试料的状态时的剖面图。如图4所示，于积分球14的下部及载物台31形成有开口37。在开口37配置有试料台40的一部分，该试料台40以自载物台31的下侧装卸自由的方式安装于载物台31。即，试料台40以对积分球14装卸自由的方式而安装。试料台40用于支撑以薄膜状形成于玻璃等的基板41上的粉体或固体等的试料(其它试料)S'。另，也有将试料S'以容纳于培养皿等容器的状态下载置于试料台40的情形。

在激发光L1照射试料S'时，通过握把(光路切换机构)62(参照图2)使载物台63移动，自透镜61切换至透镜64。通过透镜64而聚光后的激发光L1，以反射镜65、66依序反射而照射至试料S'。此时，由于激发光L1的光轴相对于基板41的表面以90°以外的特定角度而倾斜，因此可防止在基板41的表面反射的激发光L1返回光出射部7。另，积分球14的光入射开口15在激发光L1照射试料S及试料S'的任一方的情形时，都形成不遮蔽激发光L1的形状。如此，由于积分球14的光入射开口15以积分球14的外侧的开口比积分球14的内侧的开口大的方式形成，因此即使通过握把(光路切换机构)62切换光路，激发光L1仍不会被遮蔽。

图5为沿着图2的V-V线的剖面图。如图5所示，在积分球14内在与光出射开口16相对的位置，配置有挡板24。挡板24由直立设置于积分球14的内面14a的支撑柱25所支撑。另外，在积分球14的内面14a，一体化地形成有挡板26。挡板24防止自试料S及试料容纳部3所放出的被测定光L2直接入射至光检测部9的光入射部11；挡板26防止自试料S'所放出的被测定光L2直接入射至光检测部9的光入射部11。

下面说明使用如以上那样构成的量子产率测定装置1来测定量子产率的方法。另，图6～图8中，(a)为暗箱的内部的横剖面图，(b)为暗箱的内部的纵剖面图。

首先，如图6所示，将未容纳有试料S的空的试料管2安置于暗箱5。且，在试料容纳部3位于积分球14内的第1状态下，将激发光L1自光产生部6出射并照射至试料容纳部3。在试料容纳部3反射的激发光L1、及透射试料容纳部3的激发光L1，在积分球14内多重反射，作为自试料容纳部3所放出的被测定光L2a，由光检测部9检测。

其后，如图7所示，将试料S容纳于试料管2，并将该试料管2安置于暗箱5。且，在试料容纳部3位于积分球14内的第1状态下，将激发光L1自光产生部6出射并照射至试料容纳部3。在试料容纳部3反射的激发光L1、及于试料S产生的荧光，在积分球14内多重反射，作为自试料S及试料容纳部3所放出的被测定光L2b，由光检测部9检测。

其后，如图8所示，以成为试料容纳部3位于积分球14外的第2状态的方式，通过移动机构30使积分球14移动(此处为下降)。如此，随着自第1状态变更为第2状态，积分球14的光入射开口15及光出射开口16，分别对光产生部6的光出射部7及光检测部9的光入射部11进行相对移动。且，在第2状态下，将激发光L1自光产生部6出射并照射至试料容纳部3。在试料S所产生的荧光，直接(无在积分球14内的多重反射)作为自试料S所放出的被测定光L2c，而由光检测部9检测。

如上所述，一旦获得被测定光L2a、L2b、L2c的数据，则通过个人计算机等数据解析装置，基于被测定光L2a、L2b的激发光成分的数据，算出试料S所吸收的激发光L1的光子数(与光子数成比例的值等的相当于光子数的值(以下同))。试料S所吸收的激发光L1的光子数，相当于图9的区域A1。

另一方面，通过数据解析装置，基于被测定光L2c的数据，修正被测定光L2b的荧光成分的资料(细节参照非专利文献1)。由此，即使试料S对荧光成份具有光吸收性而产生再吸收，为了成为真实值(即，自试料S所实际放出的荧光的光子数)，可通过数据解析装置算出经修正的荧光的光子数。自试料S所放出的荧光的光子数，相当于图9的区域A2。

其后，通过数据解析装置，算出作为「自试料S所放出的荧光的光子数」相对于「试料S所吸收的激发光L1的光子数」的比例即试料S的量子产率。另，也有将未溶解有试料S的溶剂容纳于试料管2，并将该试料管2安置于暗箱5，在第1状态下检测被测定光L2a的情形。

如以上说明，量子产率测定装置1中，以成为试料管2的试料容纳部3位于积分球14内的第1状态、及试料管2的试料容纳部3位于积分球14外的第2状态的各自的状态，使积分球14通过移动机构30在暗箱5内移动。由此，可在第2状态下直接(无在积分球14内的多重反射)检测荧光的光子数，并基于第2状态下所检测的荧光的光子数来修正第1状态下所检测的荧光的光子数。因此，通过量子产率测定装置1可正确且有效率地测定试料S的量子产率。

另外，移动机构30具有固定有积分球14的载物台31、固定于载物台31的螺帽32、螺合于螺帽32的进给丝杠33、及使进给丝杠33旋转的马达34。再者，移动机构30具有固定于载物台31的套筒35、及插通套筒35的引导轴36。由此等，可使积分球14在暗箱5内圆滑地移动。

另外，自进给丝杠33的轴线方向来看时，螺帽32固定于载物台31上自光入射开口15至光出射开口16的区域R1、R2中的、自光入射开口15至光出射开口16的距离较短的区域R1。由此，在试料管2的试料容纳部3位于积分球14内的第1状态下，可使光入射开口15与光产生部6的光出射部7，另外，光出射开口16与光检测部9的光入射部11分别精度良好地相对。

另外，自引导轴36的轴线方向来看时，套筒35以隔着光出射开口16而与进给丝杠33相对的方式固定于区域R2。由此，自光出射开口16的相反侧(即，暗箱5的前壁侧)接近积分球14变得容易，可容易地相对于积分球14装卸试料台40。

另外，移动机构30在通过位置检测器51、52检测第1位置或第2位置后使积分球14停止。由此，可确实地分别再现试料管2的试料容纳部3位于积分球14内的第1状态、及试料管2的试料容纳部3位于积分球14外的第2状态。

另外，在积分球14的光出射开口16，设置有集中被测定光L2的光圈构件17；在光检测部9的光入射部11，设置有集中被测定光L2的光圈构件12。如此，通过设置二阶段光圈构件17、12(而且，可分开积分球14的光出射开口16与光检测部9的光入射部11，通过使光圈构件17、12间的距离变长，而使光圈构件12的开口12a较小)，可使被测定光L2以适当的角度入射至光检测部9，而抑制在光检测部9内产生杂光。再者，通过在积分球14的光出射开口16设置光圈构件17，可防止异物经由光出射开口16侵入积分球14内。该效果在如量子产率测定装置1那样使积分球14移动的情形，由于暗箱5的内面5a与积分球14的光出射开口16之间产生空隙，而特别有效。另，光圈构件17的开口17a的大小，优选小于光圈构件12的开口12a的大小。

另外，试料支架19仅以定位销22嵌合于定位孔19a的状态而载置于暗箱5的上壁，同样地，遮光罩23也仅载置于暗箱5的上壁。由此，当积分球14上升时，即使有一些力作用于试料管2，该力也会被释放，因此可防止试料管2等破损。

以上虽说明本发明的一实施方式，但本发明并非限定于上述实施方式。例如，自引导轴36的轴线方向来看时，套筒35可以隔着积分球14的光入射开口15而与进给丝杠33相对的方式固定于区域R2。此时，自与光入射开口15的相反侧(即，暗箱5的另一侧壁侧)接近积分球14变得容易，且可容易地相对于积分球14装卸试料台40。

另外，可不在积分球14的光出射开口16设置光圈构件17，而在光检测部9的光入射部11设置多个光圈构件12。此时，在试料管2的试料容纳部3位于积分球14内的第1状态、与试料管2的试料容纳部3位于积分球14外的第2状态下，可以大致相同的条件使被测定光L2入射至光检测部9内。再者，可将光产生部6与暗箱5，另外，将光检测部9与暗箱5分别通过光纤等光学连接。另外，也可将框体10作为暗箱来构成。

产业上的利用可能性

根据本发明，可正确且有效率地测定试料的量子产率。

符号说明

1   量子产率测定装置

2   试料管

3   试料容纳部

5   暗箱

6   光产生部

7   光出射部

9   光检测部

11  光入射部

12  光圈构件(第2光圈构件)

14  积分球

15  光入射开口

16  光出射开口

17  光圈构件(第1光圈构件)

30  移动机构

31  载物台

32  螺帽

33  进给丝杠

34  马达(驱动源)

35  套筒

36  引导轴

40  试料台

51,52  位置检测器

L1  激发光

L2,L2a,L2b,L2c  被测定光

R1  区域(第1区域)

R2  区域(第2区域)

S   试料

S'  试料(其它试料)

Claims (9)

1.一种量子产率测定装置，其特征在于，

通过将激发光照射在用于容纳试料的试料管的试料容纳部，检测从所述试料及所述试料容纳部的至少一方所放出的被测定光，来测定所述试料的量子产率，

具备：

暗箱，在内部配置所述试料容纳部；

光产生部，具有连接于所述暗箱的光出射部，并产生所述激发光；

光检测部，具有连接于所述暗箱的光入射部，并检测所述被测定光；

积分球，具有使所述激发光入射的光入射开口、及使所述被测定光出射的光出射开口，且配置于所述暗箱内；及

移动机构，以成为所述试料容纳部位于所述积分球内的第1状态、及所述试料容纳部位于所述积分球外的第2状态的各自的状态的方式，使所述积分球在所述暗箱内移动，在所述第1状态下，使所述光入射开口与所述光出射部相对，并使所述光出射开口与所述光入射部相对。

2.如权利要求1所述的量子产率测定装置，其特征在于，

所述移动机构具有：固定有所述积分球的载物台、固定于所述载物台的螺帽、螺合于所述螺帽的进给丝杠、及使所述进给丝杠旋转的驱动源。

3.如权利要求2所述的量子产率测定装置，其特征在于，

自所述进给丝杠的轴线方向看的情况下，所述螺帽固定于所述载物台上自所述光入射开口至所述光出射开口的第1区域及第2区域中的、自所述光入射开口至所述光出射开口的距离较短的所述第1区域。

4.如权利要求2所述的量子产率测定装置，其特征在于，

所述移动机构进而具有固定于所述载物台的套筒、及插通于所述套筒的引导轴。

5.如权利要求3所述的量子产率测定装置，其特征在于，

所述移动机构进而具有固定于所述载物台的套筒、及插通于所述套筒的引导轴。

6.如权利要求5所述的量子产率测定装置，其特征在于，

在所述积分球可自由装卸地安装有用于支撑其它试料的试料台，

自所述引导轴的轴线方向看的情况下，所述套筒以隔着所述光入射开口或所述光出射开口而与所述进给丝杠相对的方式固定于所述第2区域。

7.如权利要求1至6中任一项所述的量子产率测定装置，其特征在于，

进而具备检测所述第1状态下的所述积分球的第1位置、及所述第2状态下的所述积分球的第2位置的各自的位置的位置检测器，

所述移动机构在由所述位置检测器检测出所述第1位置或所述第2位置时，使所述积分球停止。

8.如权利要求1至6中任一项所述的量子产率测定装置，其特征在于，

在所述光出射开口设置有集中所述被测定光的第1光圈构件；在所述光入射部设置有集中所述被测定光的第2光圈构件。

9.如权利要求7所述的量子产率测定装置，其特征在于，

在所述光出射开口设置有集中所述被测定光的第1光圈构件；在所述光入射部设置有集中所述被测定光的第2光圈构件。