Une sphère d'intégration couplée par fibre à un fluoromètre pour les mesures PLQY.
Le rendement quantique de photoluminescence (PLQY) d'une molécule ou d'un matériau est défini comme le nombre de photons émis rapporté au nombre de photons absorbés. Cette propriété caractéristique d'un fluorophore ou d'une molécule fluorescente est importante pour comprendre le comportement et les interactions moléculaires de nombreux matériaux clés.
De même, le rendement quantique d'électroluminescence, ou ELQY, correspond au nombre de photons émis divisé par le courant électronique d'un dispositif. Ce facteur est important pour l'éclairage, les dispositifs d'affichage et les matériaux photovoltaïques.
L'électroluminescence peut être mesurée à l'aide d'une sphère d'intégration (à gauche) en installant un dispositif alimenté tel qu'une LED dans le plateau d'échantillon
Les matériaux pour lesquels PLQY et ELQY sont utilisés sont :
Il existe trois façons de mesurer le PLQY : la méthode de comparaison, la durée de vie de fluorescence et la méthode directe (sphère d'intégration).
Utiliser la méthode comparative pour déterminer le rendement quantique.
Dans la méthode comparative, on utilise un étalon de référence, un échantillon dont les propriétés d'émission et d'absorption sont proches de celles de l'échantillon étudié, et dont la valeur PLQY est connue. L'absorbance et la fluorescence de l'étalon de référence sont mesurées, puis celles de l'échantillon étudié sont mesurées.
L'équation suivante est utilisée : QF représente le rendement quantique de l'échantillon fluorescent inconnu, QR celui de l'étalon de référence, IF et IR les intensités de fluorescence intégrées de l'échantillon inconnu et de l'étalon de référence, respectivement, et AF et AR les valeurs d'absorption de l'échantillon inconnu et de l'étalon de référence, respectivement. Le nombre limité d'étalons de référence limite également cette méthode.
Utilisation des durées de vie de fluorescence pour la détermination du rendement quantique.
Il existe une méthode qui utilise les durées de vie de fluorescence et différentes concentrations d'un extincteur pour calculer le rendement quantique d'une molécule.
L'équation de droite est utilisée où tf est le rendement quantique, et kf, knr et kt sont respectivement les constantes de vitesse de fluorescence, de dissipation non radiative et de transfert d'énergie, τf étant la durée de vie de fluorescence de l'échantillon. PLQY est déterminé par les constantes de vitesse de ces processus non radiatifs qui entrent en compétition avec la fluorescence, tels que le FRET et l'extinction de Stern-Volmer.
Spectres d'excitation et d'émission de fluorescence pour différentes concentrations d'ascorbate de sodium éteignant la fluorescence de la 9-aminoacridine.
En ajoutant une série de dilutions d'un extincteur à une solution fluorescente, le PLQY peut être calculé en déterminant les constantes d'extinction de Stern-Volmer (K) et la constante d'extinction bimoléculaire (kq). Bien que cette méthode soit robuste, elle nécessite une préparation importante de l'échantillon et n'est pas adaptée aux échantillons solides.
La méthode de la sphère intégrante pour mesurer PLQY.
La méthode de la sphère intégrante est une méthode directe de mesure du PLQY. Une sphère est recouverte d'une surface entièrement réfléchissante, telle que des matériaux à base de sulfate de baryum ou du Spectralon®, afin de capter toute la lumière entrant et sortant de la sphère.
On mesure l'émission de fluorescence (Ec) et la diffusion (Lc) de l'échantillon, ainsi que l'émission et la diffusion d'un témoin (La et Ea). À partir de ces deux mesures spectrales (échantillon et témoin), le PLQY peut être calculé à partir de l'équation ci-dessous.
Équation de rendement quantique à partir d'une mesure utilisant une sphère d'intégration.
Où Eb est la luminescence intégrée de l'échantillon causée par la luminescence indirecte de la sphère et A est l'absorbance de l'échantillon à la longueur d'onde d'excitation. Un calculateur simple intégrant les deux traces ainsi que les facteurs de correction spectrale appropriés permet d'obtenir le PLQY et l'analyse d'erreur associée.
Calcul de PLQY à partir de la diffusion (à gauche) et de la fluorescence (à droite) du blanc et de l'échantillon
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