Una esfera integradora acoplada por fibra a un fluorómetro para mediciones PLQY
El rendimiento cuántico de fotoluminiscencia, o PLQY, de una molécula o material se define como el número de fotones emitidos como fracción del número de fotones absorbidos. Esta propiedad característica de un fluoróforo o molécula fluorescente es importante para comprender el comportamiento molecular y las interacciones de muchos materiales clave.
De manera similar, el rendimiento cuántico de electroluminiscencia, o ELQY, es el número de fotones emitidos dividido por la corriente electrónica de un dispositivo. Esto es importante para la iluminación, los dispositivos de visualización y los materiales fotovoltaicos.
La electroluminiscencia puede medirse usando una esfera integradora (izquierda) instalando un dispositivo alimentado como un LED en la bandeja de muestras
Los materiales para los que se utilizan PLQY y ELQY son:
Hay tres formas de medir el PLQY: el método de comparación, la vida útil de la fluorescencia y el método directo (esfera integradora).
Utiliza el método comparativo para determinar el rendimiento cuántico.
En el método comparativo, se utiliza un estándar de referencia, una muestra con propiedades conocidas de emisión y absorbancia cercanas a las de la muestra de interés, y con un valor de PLQY conocido. Se miden la absorbancia y fluorescencia del estándar de referencia y luego se mide lo mismo para la muestra en cuestión.
Se utiliza la siguiente ecuación donde QF es el rendimiento cuántico de la muestra fluorescente desconocida, QR es el rendimiento cuántico del estándar de referencia, IF e IR son las intensidades de fluorescencia integradas para lo desconocido y la referencia, respectivamente, y AF y AR son los valores de absorbancia del desconocido y de referencia, respectivamente. La cantidad limitada de estándares de referencia hace que este método también sea algo limitado.
Uso de vidas útiles de fluorescencia para la determinación cuántica de rendimiento.
Existe un método que utiliza duraciones de fluorescencia y diferentes concentraciones de un templado para calcular el rendimiento cuántico de una molécula.
Se utiliza la ecuación de la derecha donde t f es el rendimiento cuántico, y k f, k nr y k t son las constantes de velocidad de fluorescencia, disipación no radiativa y transferencia de energía, respectivamente, τ f es la vida útil de fluorescencia de la muestra. El PLQY está determinado por las constantes de velocidad de estos procesos no radiativos que compiten con la fluorescencia, como el FRET y el temple Stern-Volmer.
Excitación de fluorescencia y espectros de emisión para diferentes concentraciones de fluorescencia que apagan ascorbato de sodio a partir de 9-aminoacridina.
Añadiendo una serie de dilución de templador a una solución fluorescente, el PLQY puede calcularse encontrando las constantes de temple de Stern-Volmer (K) y la constante de temple bimolecular (kq). Aunque es un método robusto, requiere una buena cantidad de preparación de muestras y no es conveniente para muestras sólidas.
El método de la esfera integradora para medir PLQY.
El método de la esfera integradora es un método directo para medir PLQY. Una esfera está recubierta con una superficie totalmente reflectante, como materiales a base de sulfato de bario o espectralón®, para captar toda la luz que entra y sale de la esfera.
Se realiza una medición de la emisión de fluorescencia (E c) y la dispersión (L c) de la muestra, así como de la emisión y dispersión de un blank (L a y E a). A partir de estas dos mediciones espectrales (muestra y en blanco), el PLQY puede calcularse a partir de la ecuación de la Fig. 24.
Ecuación cuántica de rendimiento a partir de la medición usando una esfera de integración.
Donde E b es la luminiscencia integrada de la muestra causada por la luminiscencia indirecta de la esfera y A es la absorbancia de la muestra en la longitud de onda de excitación. Se utiliza una calculadora sencilla que incorpora las dos trazas junto con los factores de corrección espectral adecuados para proporcionar el PLQY y el análisis de errores asociados.
Cálculo del PLQY a partir de dispersión (izquierda) y fluorescencia (derecha) de la hoja en blanco y la muestra
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