CN1321323C - 农用光转换膜或光转换剂转光性能的测试、表征方法 - Google Patents

Abstract

一种农用光转换膜及转光剂转光性能的测试、表征方法。本发明通过荧光分光光度计测试、计算样品在阳光透过大气到达地面的290-380nm紫外光波段和500-580nm绿光波段受激发而发射的对植物光合作用的有效光——400-480nm蓝紫光、600-700nm的红橙光的光强之和，并模拟阳光光谱成分中紫外光、绿光所占的比例来定量表征农用转光膜(剂)的转光能力。其中，发射光光强值使用一定波长范围的发射光谱曲线面积的积分值表示。采用本发明的测试、表征方法，可在实验室条件下，快速、定量地测试、计算出某一转光膜(剂)转光能力，客观、有效地评价农用转光膜(剂)转光能力强弱，避免偏差。

Description

农用光转换膜或光转换剂转光性能的测试、表征方法

所属技术领域  本发明涉及一类新型农用薄膜——农用光转换膜及光转换剂转光性能的测试、表征方法。

背景技术  近年来，国内外对农用光转换膜及光转换剂的开发十分活跃，各类农用光转换膜及光转换剂不断诞生。如专利公开说明书CN1186833A，使用含铕的有机羧酸配体稀土荧光粉制成可吸收阳光中的240～420nm紫外光，发射出580～630nm的红橙光的光转换膜；专利公开说明书CN240105A，使用两种以上镧系元素的硫氧化物配合有机酸胺类化合物制成可吸收自然光中的280～400nm紫外光，发射出红橙光的光转换膜；及《发光学报》1997.2提及的在紫外光及黄绿光激发下，可同时发射蓝紫光、红光的CaS：xCu⁺光转换剂及吸收黄绿光发射红光的CaS:yEu²⁺光转换剂。这些光转换农膜的种类及转光原理虽不尽相同，但都具有可吸收阳光中对植物有害的紫外光或对植物光合作用无用的绿光，将其转换而发射出对作物生长有益的红橙光、蓝紫光，从而提高棚内有效光照，调节农作物在阴、雨、雾天气情况下的生长环境，加速其光合作用，促进其生长和早熟、改善品质并增产、增收的特点。

由于使用不同种类的光转换剂所得到的光转换农膜所具有的吸收紫外光、绿光而发射出红橙光、蓝紫光的能力不同，即激发光波长、发射光波长及其强度都不尽相同，被阳光照射后产生的发射光强度的衰减程度不同，其对农作物产生作用的程度也不相同。因此，对农用光转换膜及光转换剂的研制、生产及使用者来说，在将光转换膜或光转换剂用于农膜生产、验收及质量控制中，如何衡量，特别是快速、定量地测试出不同种类农用光转换膜或光转换剂或者同一农用光转换膜或光转换剂在不同使用时间下转光效果的强弱，就显得十分重要。然而，至今为止，国内外对农用光转换膜及光转换剂的转光性能并没有一个有效而合理的表征方法。一些发明，只能指出使用其研制的光转换膜或光转换剂能转光、能提高棚内作物产量和品质，但能转多少、其中多少是对农作物有用的光并没有定量的数据。一些文献及资料提出以荧光分光光度计测试并按发射光谱的峰高值即相对光强和半峰宽表示农用光转换膜或光转换剂转光效果的强弱。然而，这样表示的问题是：

同一样品在不同时间、仪器上测试，其数值重复性差，须用标准参照物进行校正计算；

不同样品同时进行测试比较时，仅用峰高或峰宽值不能准确表现样品的发光性能特征及强弱。

上述问题造成对农用光转换膜及光转换剂转光能力评价上的复杂和偏差，也使转光膜的大量生产和应用受到限制。

本发明者经过反复摸索试验，认为较好、可定量而有效地衡量农用光转换膜或光转换剂转光效果的指标是以峰面积表示的发射光即转光强度和转光保留率。

由植物光生物学原理知：植物的叶绿素进行光合作用时强烈吸收的是400～480nm的蓝紫光和600～680nm红橙光，而380nm以下的紫外光和500～600nm的绿光基本不被其吸收却被反射。由于活植物叶绿素的吸收光谱和它的作用光谱相一致，因此被叶绿素强烈吸收的光，就是光合作用中最有效的光。而使作物光合作用旺盛的农膜必能提高作物的产量和品质。

本发明据此设计的测试、表征农用光转换膜或光转换剂转光能力的方法，在实验室条件下，可快速、定量地测试、计算出某一光转换膜或光转换剂的转光能力，有效地解决了上述问题，给简单、客观地评价农用光转换膜或光转换剂的转光能力的强弱，对其筛选、质量控制等带来方便。

发明内容  本发明是通过荧光分光光度计测试得到农用光转换膜或光转换剂样品在290～380nm紫外光波段、500nm～580nm绿光波段受激发而发射的对植物光合作用有益的600～700nm红橙光、400～480nm蓝紫光的光强值后，分别将其值乘以阳光在290～380nm、500～580nm透过大气到达地面的透过系数后求和来表示样品的转光能力。其中光强值使用一定波长范围的发射光谱曲线积分值来表示。具体表征公式为：

I＝∑I＝I_290～380ex+I_500～580ex

＝∑τ_i·I_iex

$=\underset{i=290}{\overset{380}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\τ}}_i(I_{400~480}\mathrm{em}+I_{600~700}\mathrm{em})+\underset{i=500}{\overset{580}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\τ}}_i\·I_{600~700}\mathrm{em}$

其中：

I——样品在吸收紫外光、绿光后所发射的有效光光强总值，即：样品所发射的400～480nm蓝紫光及600～700nm红橙光的光强之和。

即I＝I_290～380ex+I_500～580ex；

I_290～380ex——为阳光中透过大气到达地面的紫外光照射后样品发射的400～480nm蓝紫光及600～700nm红橙光的光强之和。

且 $I_{290~380}\mathrm{ex}=\underset{i=290}{\overset{380}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\τ}}_i(I_{400~480}\mathrm{em}+I_{600~700}\mathrm{em})$

I_500～580ex——为阳光透过大气达地面的绿光照射后样品发射的600～700nm红橙光的光强之和。且 $I_{500~580}\mathrm{ex}=\underset{i=500}{\overset{580}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\τ}}_i\·I_{600~700}\mathrm{em}$

τ_i——相应波长的阳光在大气中的透射率即透过系数。其值可以从已测定出的阳光在大气中的透射率曲线得到，也可从实际测定的数值得到。

Ii——为样品在某波长处的发射光强值，此光强值以发射光谱面积表示。

I_iex——为290～380nm、500～580nm范围内某一波长激发光下样品所发射的400～480nm、600～700nm有效光光强之和。即

I_iex＝I_400～480em+I_600～700em

实例1：

对带有曲线积分和立体积分的荧光分光光度计，可采用如下公式进行发光强度的计算与表征：

$I={\∫}_{290}^{380}{\mathrm{\τ}}_i({\∫}_{400}^{480}{I}_i\mathrm{em}+{\∫}_{600}^{700}{I}_i\mathrm{em})+{\∫}_{500}^{580}{\mathrm{\τ}}_i{\∫}_{600}^{700}{I}_i\mathrm{em}$

式中：

τ_i——相应波长的阳光在大气中的透射率。此τi为阳光在大气中的透射率曲线表达式。

I_iem——样品在所示积分范围内某波长处的发射光强值，此光强值以发射光谱面积表示。

实例2：

对仅有发射曲线积分而无法对激发光各点所激发的发射光谱曲线进行立体积分的荧光分光光度计，可分别测试出在290～380nm、500～580nm范围内各典型波长激发光所激发出的农用光转换膜或光转换剂样品所发射的400～480nm蓝紫光及600～700nm红橙光的光强，对其进行加和。以此值近似地表征样品的发光强度：

I＝∑I＝∑τ_i·I_iex

≈τ₃₂₀·I₃₂₀ex+τ₃₄₀·I₃₄₀ex+τ₃₆₀·I₃₆₀ex+τ₃₈₀·I₃₈₀ex+τ₅₀₀·I₅₀₀ex+τ₅₂₅·I₅₂₅ex+τ₅₅₀·I₅₅₀ex+τ₅₇₀·I₅₇₀ex

式中：

τ_i——在式中取的值是阳光在洁净大气中相应波长处的透射率。

I_iex——样品被290～380nm、500～580nm范围内某波长紫外光或绿光激发后发出的400～480nm及600～700nm光强值之和，其光强值以发射光谱面积表示。

例：样品被320nm的紫外光激发后发射的有效光强为：

I₃₂₀ex＝I_400～480em+I_600～700em

样品被500nm的绿光激发后发射的有效光强为：

I₅₅₀ex＝I_600～700em

Claims (1)

1.一种农用光转换膜或光转换剂转光性能的测试、表征方法，其特征为：使用荧光分光光度计测试样品在紫外光波段、绿光波段受激发而发射的对植物光合作用有益的400-480nm蓝紫光及600-700nm红橙光的光强值，并以表征式计算出的农用光转换膜或光转换剂吸收所述紫外光、绿光后所发射的有效光光强总值来表征农用光转换膜或光转换剂的转光性能，其中紫外光取阳光透过大气到达地面的波长290-380nm，绿光取500-580nm的波段范围，所述表征式为：

$I=\underset{i=290}{\overset{380}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\τ}}_i(I_{400~480}\mathrm{em}+I_{600~700}\mathrm{em})+\underset{i=500}{\overset{580}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\τ}}_i\·I_{600~700}\mathrm{em}$

式中：

I——被测农用光转换膜或光转换剂发射的有效光光强总值；

τ_i——相应波长阳光在大气中的透射率，其值可以从已测定出的阳光在大气中的透射率曲线得到，也可从实际测定的数值得到；

I_400～480em——荧光分光光度计测得样品在290-380nm范围内某波长光激发下发射的400～480nm光强值，此光强值以发射光谱面积表示；

I_600～700em——荧光分光光度计测得样品在290-380nm或500-580nm范围内某波长光激发下发射的600～700nm的光强值，此光强值以发射光谱面积表示。