Uma esfera integradora acoplada por fibra a um fluorômetro para medições de PLQY.
O rendimento quântico de fotoluminescência (PLQY) de uma molécula ou material é definido como a fração do número de fótons emitidos em relação ao número de fótons absorvidos. Essa propriedade característica de um fluoróforo ou molécula fluorescente é importante para a compreensão do comportamento molecular e das interações de muitos materiais importantes.
De forma semelhante, o rendimento quântico de eletroluminescência, ou ELQY, é o número de fótons emitidos dividido pela corrente de elétrons de um dispositivo. Isso é importante para iluminação, dispositivos de exibição e materiais fotovoltaicos.
A eletroluminescência pode ser medida usando uma esfera integradora (à esquerda) ao encaixar um dispositivo alimentado, como um LED, na bandeja de amostras.
Os materiais para os quais PLQY e ELQY são utilizados são:
Existem três maneiras de medir o PLQY: o método de comparação, o tempo de vida da fluorescência e o método direto (esfera integradora).
Utilize o método comparativo para determinar o rendimento quântico.
No método comparativo, utiliza-se um padrão de referência, uma amostra com propriedades de emissão e absorbância conhecidas, próximas às da amostra de interesse, e que possui um valor de PLQY conhecido. A absorbância e a fluorescência do padrão de referência são medidas e, em seguida, as mesmas medidas são realizadas para a amostra em estudo.
A seguinte equação é utilizada, onde QF é o rendimento quântico da amostra fluorescente desconhecida, QR é o rendimento quântico do padrão de referência, IF e IR são as intensidades de fluorescência integradas para a amostra desconhecida e a referência, respectivamente, e AF e AR são os valores de absorbância da amostra desconhecida e da referência, respectivamente. A quantidade limitada de padrões de referência também limita um pouco este método.
Utilização dos tempos de vida da fluorescência para a determinação do rendimento quântico.
Existe um método que utiliza tempos de vida de fluorescência e diferentes concentrações de um agente extintor para calcular o rendimento quântico de uma molécula.
A equação à direita é usada onde t<sub> f</sub> é o rendimento quântico, e k<sub> f</sub>, k<sub> nr</sub> e k<sub> t</sub> são as constantes de taxa de fluorescência, dissipação não radiativa e transferência de energia, respectivamente, e τ <sub>f</sub> é o tempo de vida da fluorescência da amostra. O PLQY é determinado pelas constantes de taxa desses processos não radiativos que competem com a fluorescência, como FRET e quenching de Stern-Volmer.
Espectros de excitação e emissão de fluorescência para diferentes concentrações de ascorbato de sódio, que suprimem a fluorescência da 9-aminoacridina.
Ao adicionar uma série de diluições do agente de extinção a uma solução fluorescente, o rendimento quântico de fotoluminescência (PLQY) pode ser calculado encontrando-se as constantes de extinção de Stern-Volmer (K) e a constante de extinção bimolecular (kq). Embora este seja certamente um método robusto, ele requer uma preparação considerável da amostra e não é conveniente para amostras sólidas.
O método da esfera integradora para medir o PLQY.
O método da esfera integradora é um método direto para medir o PLQY (rendimento quântico de luz). Uma esfera é revestida com uma superfície totalmente refletora, como materiais à base de sulfato de bário ou Spectralon®, para capturar toda a luz que entra e sai da esfera.
É feita uma medição da emissão de fluorescência (E c) e da dispersão (L c) da amostra, bem como da emissão e dispersão de um branco (L a e E a). A partir dessas duas medições espectrais (amostra e branco), o PLQY pode ser calculado pela equação na Fig. 24.
Equação do rendimento quântico obtida a partir de medições utilizando uma esfera integradora.
Onde E <sub>b</sub> é a luminescência integrada da amostra causada pela luminescência indireta da esfera e A é a absorbância da amostra no comprimento de onda de excitação. Uma calculadora simples que incorpora os dois traços, juntamente com os fatores de correção espectral apropriados, é usada para fornecer o PLQY e a análise de erro associada.
Cálculo do PLQY a partir da dispersão (esquerda) e da fluorescência (direita) do branco e da amostra.
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