CN109540862A - 一种磷光性能测试装置 - Google Patents

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叶颖莹
张琪
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Abstract

本发明涉及一种磷光性能测试装置，包括样品盘、激发光源、样品磷光收集器和可调速转动组件；样品盘安装在可调速转动组件上，样品放置在样品盘上，样品盘和样品盘上的样品随可调速转动组件转动，激发光源和样品磷光收集器间隔分布设在样品的转动轨迹的正上方。使用本装置通过控制样品盘的转速，不仅可以精确地得到任意延迟时间的磷光光谱，也可以得到精确的磷光衰减曲线，并进而得到磷光寿命和三维磷光光谱。该测试装置简单小巧，操作方便快捷，测试效率高，可以准确地对样品磷光进行多方面的性能测试，特别适用于长余辉荧光粉的性质研究，可以很好的弥补当前市面上磷光测试装置的不足。属于分析仪器领域。

Description

一种磷光性能测试装置
技术领域
本发明涉及分析仪器领域，具体地说是一种磷光性能测试装置。
背景技术
由于稠环芳烃、染料、农药、医药、生物碱、植物生长激素等许多有机化合物能够发出磷光，所以磷光分析法在生物医学、药物分析、临床检验、农药和植物生长激素的分析以及环境中多环芳香烃的检测等方面得到了日益广泛的应用。对样品磷光性能及其动力学特征的表征是用磷光分析法对磷光物质进行分析的基础。此外，随着对发光材料的研究不断深入，磷光材料特别是长余辉发光材料的研究越来越得到重视。长余辉发光材料是一类能够吸收外来激发光能量并在激发停止后相当长一段时间仍可继续发光的光致发光材料，与普通磷光材料相比，长余辉发光材料的磷光寿命要长得多。长余辉发光材料目前已广泛应用在弱光显示、夜间应急指示、光电子器件、国防军事等领域，在信息处理，新能源，生命科学和宇宙尖端科技领域也有很好的应用前景。对长余辉发光材料进行磷光光谱及其随时间的变化的测试是对长余辉发光材料性能表征和发光机理研究的重要手段。目前，通常用附有磷光附件的荧光光谱仪进行这方面的测试。
目前普遍的磷光分析仪器是在荧光分光光度计中增加一种称为“磷光镜”(如图1所示)的机械切光器附件。磷光镜是一个滚筒式的空心圆筒，在其周围面上有两个以上的等距离的狭缝，当电机带动圆筒旋转的时候，来自激发单色器的激发光交替地照射到试样池，而由试样发射出来的光也交替地到达发射单色器的入口狭缝，但与激发光的相位不同。这样磷光镜就对来自光源的激发光和试样所发射的磷光进行调制，使得激发光照射样品时样品发出的光不会被检测，而检测器检测样品发光时不会有激发光照射样品。由于磷光寿命较长，样品停止激发后仍能持续一段时间，因此这样的方法可以测得样品的磷光强度。但是普通磷光的仪器装置在研究样品磷光性质，特别是研究长余辉样品的超长磷光时存在很大的不足之处。这是由于这种检测方法中对激发光对样品的激发和对样品发光的检测必须是交替进行的，因此不能连续性地激发和检测样品的磷光信号，造成磷光检测的效率很低；特别是在对长余辉发光材料的磷光测试时，由于长余辉发光材料的磷光寿命很长，这种低效测试方式带来的问题显得特别突出；此外，这种磷光测试方式所得到的磷光光谱和磷光强度只是一个较长时间段内的平均情况，不能满足对磷光动力学进行深入和详细研究的需要。
发明内容
为克服上述普通磷光测试仪器在检测效率和性能方面的不足，实现对磷光样品性能全面和高效的表征，使之能够更好地应用于磷光物质特别是长余辉发光材料性能的研究，本发明公开了一种兼具结构简单、操作方便、测试效率高、并能对样品磷光光谱及其随时间的变化进行全面测试的磷光性能测试装置。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种磷光性能测试装置，包括样品盘、激发光源、样品磷光收集器和可调速转动组件；样品盘安装在可调速转动组件上，样品放置在样品盘上，样品盘和样品盘上的样品随可调速转动组件转动，激发光源和样品磷光收集器间隔分布设在样品的转动轨迹的正上方。
优选地，在样品盘上设有用于放置样品的检测环带，激发光源和样品磷光收集器间隔分布设在检测环带的正上方。采用这种结构后，固定设置的检测环带，统一了每次样品的放置位置，可以将激发光源和样品磷光收集器相应的固定，实现统一化。
优选地，可调速转动组件为电机，样品盘中心设有用于安装的通孔，样品盘安装在电机主轴上随电机主轴转动；检测环带与通孔同轴设置。采用这种结构后，简单易行地实现样品盘的转动以及转动速度的调控。
优选地，样品均匀分布在检测环带上。
优选地，检测环带为样品凹槽。采用这种结构后，方便装入粉末样品，而且位于样品凹槽内的样品在转动时由于不会由于离心力的作用而离开检测环带。
优选地，还包括固定安装板，固定安装板安装在样品盘的正上方，激发光源和样品磷光收集器间隔分布安装在固定安装板上且朝向样品盘。
优选地，还包括遮光盒，遮光盒与固定安装板连接形成一个密闭的容腔，样品盘位于容腔内部。采用这种结构后，遮光密闭的容腔能够避免环境光对测试的干扰。
优选地，激发光源为紫外LED灯珠。
优选地，样品磷光收集器包括光纤光谱仪和与光纤光谱仪连接的光纤，在固定安装板上设有磷光收集孔，光纤固定在磷光收集孔中收集磷光并送入光纤光谱仪检测磷光信号。
优选地，样品盘由金属制成。
总的说来，本发明优点为：
采用本发明的测试装置，可以对样品的磷光进行多方面的精确表征，包括：1.通过连续有规律地改变样品盘转速并同时监测磷光强度的变化可以获得精确的样品磷光衰减曲线。2.在固定的样品盘转速下，可以更加方便快速地测试样品在激发光停止后特定延迟时间时的磷光光谱；3.可以得到样品磷光光谱随延迟时间的精细变化，也就是精细的三维磷光光谱。
现有的磷光测试装置所测的磷光信号是一个时间段内的平均磷光强度，无法测试激发光停止后特定延迟时刻的磷光强度；因此所得的磷光衰减曲线也是非常粗糙的；也无法获得样品三维磷光光谱；同时，由于其样品的激发和磷光检测是分时进行，其磷光测试效率非常低，尤其是在研究长余辉发光材料的超长磷光时更是如此。这些问题都可以通过采用本发明的测试装置解决。此外，本发明的测试装置体积小巧，操作方便，因此可适用于对绝大部分磷光材料的性质的研究，特别是在研究长余辉发光材料的性质方面能获得很好的效果。
附图说明
图1为现有的磷光分析仪器的磷光镜的结构示意图。
图2为本发明一个实施例的结构示意图。
图3为用本发明测得的绿色长余辉荧光粉的余辉衰减曲线。
图4为延迟时间为0.4s时用本发明测得的绿色长余辉荧光粉的磷光光谱。
图5为用本发明测得的绿色长余辉荧光粉的三维磷光光谱。
图中的标号和对应的零部件名称为：1为试样池，2为杜瓦瓶，3为马达轴，4为激发光，5为发射光，6为电机，7为电机主轴，8为遮光盒，9为固定安装板，10为样品盘，11为样品凹槽，12为磷光收集孔，13为光纤，14为紫外LED灯珠。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明做进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
一种磷光性能测试装置，包括激发光源、样品磷光收集器、可调速转动组件、法兰、固定安装板、遮光盒和由金属制成的样品盘，可调速转动组件为电机。样品盘中心设有通孔和环形的与通孔同轴的样品凹槽，样品凹槽的设置方便装入粉末样品，而且位于样品凹槽内的样品在转动时由于不会由于离心力的作用而离开检测环带。样品盘用法兰安装在电机主轴上随电机主轴转动，样品放置在样品盘上，样品盘和样品盘上的样品随电机主轴转动。固定安装板安装在样品盘的正上方，固定安装板上以样品盘的通孔为中心的径线两端对称设有磷光收集孔和激光光源安装孔，且磷光收集孔和激光光源安装孔位于样品凹槽的正上方。遮光盒与固定安装板连接形成一个密闭的容腔，样品盘位于容腔内部。遮光密闭的容腔能够避免环境光对测试的干扰。
激发光源为紫外LED灯珠，样品磷光收集器包括光纤光谱仪和与光纤光谱仪连接的光纤，紫外LED灯珠安装在固定安装板的激光光源安装孔处且朝向样品盘，光纤插入磷光收集孔中收集和检测样品的磷光信号。
电机安装在固定安装板上，电机通过控制电路连接到个人计算机。通过改变个人计算机软件中的参数，可以设定电机的转动速度和转动方式，并进而通过电机带动旋转样品盘及其上的样品按设定速度进行转动。
测试时将待测样品均匀装入样品盘的样品凹槽中。通过改变个人计算机软件中的参数，设定电机的转动速度和转动方式，并进而通过电机带动样品盘及其上的待测样品按设定速度和方式进行转动。开启紫外LED灯珠，待测样品在紫外LED灯珠位置被激发后，立即随样品盘转动离开紫外LED灯珠位置，相当于停止了激发光照射。样品随样品盘一段时间后，移动到磷光收集孔位置，样品发出的磷光(余辉)信号被光纤收集后，送入光纤光谱仪检测。从样品被激发到其磷光被检测的时间间隔可以由旋转样品盘的转速进行控制。随着旋转样品盘的不断转动，样品磷光的测试可以连续不断地进行，因此可大大提高检测的效率。光纤光谱仪通过USB电缆与电机连接在同一个人计算机上。个人计算机软件通过采集所得的磷光光谱和磷光强度，并结合软件中电机转动速度和转动方式控制参数，就可以按照用户需要得到下列测试结果：
1.通过连续有规律地减慢样品盘转速并同时监测磷光强度的变化可以获得精确的样品磷光衰减曲线。
2.在固定的样品盘转速下，可以更加方便快速地测试样品在激发光停止后特定延迟时刻的磷光光谱。
3.可以得到样品磷光光谱随延迟时间的精细变化，也就是精细的三维磷光光谱。
使用本发明对一种绿色长余辉荧光粉测试的结果如图3、图4、图5所示。
不同于市面上磷光测试装置通过在时间尺度上交替进行激发和磷光测试的方式，本测试装置采用在空间上移动样品的方式实现对磷光的连续测试。使用本装置通过控制样品盘的转速，不仅可以精确地得到任意延迟时间的磷光光谱，也可以得到精确的磷光衰减曲线，并进而得到磷光寿命和三维磷光光谱。该测试装置简单小巧，操作方便快捷，测试效率高，可以准确地对样品磷光进行多方面的性能测试，特别适用于长余辉荧光粉的性质研究，可以很好的弥补当前市面上磷光测试装置的不足。
除了上述实施例提及的方式外，还可以将安装激发光源和样品磷光收集器的固定安装板与电机主轴连接并随电机主轴旋转，而样品盘保持静止。这些变换方式均在本发明的保护范围内。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种磷光性能测试装置，其特征在于：包括样品盘、激发光源、样品磷光收集器和可调速转动组件；样品盘安装在可调速转动组件上，样品放置在样品盘上，样品盘和样品盘上的样品随可调速转动组件转动，激发光源和样品磷光收集器间隔分布设在样品的转动轨迹的正上方。
2.按照权利要求1所述的磷光性能测试装置，其特征在于：在样品盘上设有用于放置样品的检测环带，激发光源和样品磷光收集器间隔分布设在检测环带的正上方。
3.按照权利要求2所述的磷光性能测试装置，其特征在于：样品盘中心设有用于安装的通孔，检测环带与通孔同轴设置。
4.按照权利要求2所述的磷光性能测试装置，其特征在于：样品均匀分布在检测环带上。
5.按照权利要求2所述的磷光性能测试装置，其特征在于：还包括固定安装板，固定安装板安装在样品盘的正上方，激发光源和样品磷光收集器间隔分布安装在固定安装板上且朝向样品盘。
6.按照权利要求1所述的磷光性能测试装置，其特征在于：样品磷光收集器包括光纤光谱仪和与光纤光谱仪连接的光纤，在固定安装板上设有磷光收集孔，光纤固定在磷光收集孔中收集磷光并送入光纤光谱仪检测磷光信号。
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