CN1584553A - 一种荧光材料变温特性的测量装置及方法 - Google Patents

一种荧光材料变温特性的测量装置及方法 Download PDF

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谢中
周艳明
王祝盈
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王秋艳
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Abstract

本发明公开了一种荧光材料变温特性的测量装置及方法，包括温控装置、样品台和透镜、紫外光源、光谱仪、光具座、滑轨，所述温控装置与样品台相连，透镜置于样品台与光谱仪之间，样品台、透镜置于滑轨上面的光具座上，透镜将紫外激发的荧光会聚成平行光后对准光谱仪的狭缝，紫外光源设于样品台前方的一侧。本测量装置结构简单，造价低廉，并且操作简便，可灵活采用不同波长的光源激励荧光材料，实现各种不同波长光源激励下荧光样品的温度特性测量。

Description

一种荧光材料变温特性的测量装置及方法
                        技术领域
本发明涉及一种测量装置，特别涉及一种荧光材料温度特性的测量装置及方法。
                        背景技术
荧光材料是一种在建筑、道路、装饰、化学、生物、医学等领域得到广泛应用的材料。荧光材料对温度非常敏感，在不同温度下，材料的荧光强度和波长都会发生变化。荧光材料的温度特性是一种重要的光学性能指标。它的这一特性不仅影响材料的应用范围，同时材料荧光的温度效应也是现代荧光温度传感器的基础。对材料的荧光-温度行为进行研究，具有重要的意义。目前市场上一般销售的通用型光栅光谱仪一般都能实现较高的波长分辨率(0.01nm)，但均不带荧光测量功能，更没有变温装置。这给通常条件下荧光材料的温度特性测量带来了一定的困难。目前荧光谱仪结构相对复杂、价格高昂，难以普及应用，并且这种荧光光谱仪一般还不能进行变温测量。
                            发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种结构简单的荧光材料温度特性测量装置。
本发明的另一目的是提供一种荧光特性的测量方法。
为实现上述目的，本荧光材料变温特性测量装置包括温控装置、样品台和透镜、紫外光源、光谱仪、光具座、滑轨，所述温控装置与样品台相连，透镜置于样品台与光谱仪之间，样品台、透镜置于滑轨上面的光具座上，透镜将紫外光激发的荧光会聚成平行光后对准光谱仪的狭缝，紫外光源设于样品台前方的一侧。
上述的样品台表面上设有石英盖板以实现在对样品保温的同时保证入射的紫外激发光与出射的受激荧光的高透过率。
本荧光材料变温特性的测量方法，包括以下步骤：
1)将荧光材料置于温控台上；
2)用紫外光源照射温控台上的荧光材料；
3)用透镜将荧光光束会聚成平行光后投射到光谱仪的狭缝上，由光栅
光谱仪记录荧光波长；
4)对荧光波长进行分析，输出测量结果。
本发明的优点：运用组合的变温荧光测量系统实现了反射式荧光样品的温度特性测量。该方法具有直观和简便的特点，而且系统结构简单，造价低廉。可灵活采用不同波长的光源激励荧光材料，实现各种不同波长光源激励下荧光样品的温度特性测量。该方法可进一步拓宽普通光栅光谱仪的应用范围，为荧光材料温度特性的检测研究提供一种方便的手段，丰富光谱实验教学内容。下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
                        附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为SF-50TUV13激发黄绿色荧光材料变温荧光谱线。
图3为SF-50TUV44激发紫色荧光材料变温荧光谱线。
图4 SF-50TUV13激发黄绿色荧光材料温度、荧光强度-温度关系曲线。
图5 SF-50TUV44激发紫色荧光材料的荧光波长-温度、荧光强度-温度关系曲线。
                        具体实施方式
本发明的组成如图1所示。包括温控装置1、样品台2、紫外光源6、透镜7、光谱仪8、计算机9、光具座10，温控装置1与样品台2、紫外光源6相连，温控装置1可为样品台2提供精密的温度，样品台2周围用隔热材料3包覆以保温，为保温和透光，在样品材料5表面设置一薄石英板4，透镜7置于样品台1与光谱仪8之间，样品台1、透镜7置于光具座10上，光具座10置于滑轨11上，透镜7将紫外光激发的荧光会聚成平行光后对准光谱仪8的狭缝，紫外光源6设于样品台1前方的一侧，计算机9接光谱仪的输出。
本发明的温控装置1采用了EH-3热学实验仪，它可分十档对热源温度进行精密控制(温度分辨率0.01℃，波动小于0.05℃，也可采用其它具类似功能的温度控制装置)。采用了一种短波长的半导体紫外发光二极管(380nm)作为材料荧光的激励光源。当光源激励电流为20mA时，结电压为4.0V，出光功率为10mW。用EH-3热学实验仪上特设的高精度电源(1.25～8V可调)串联一200欧/1瓦的电阻后为紫外发光二极管提供激励。采用半导体紫外发光二极管作激发光源的优点是激励功率小(20mA)，发光效率高，光源的单色性好(20nm半高宽)。被紫外光激发的荧光经透镜会聚成平行光后投射到光谱仪的狭缝上。变温样品台和透镜固定在导轨上的三维调节光具座上，光具座可方便地在导轨上移动以调节各元件间的距离和将光束对准光谱仪的狭缝。使用的WGD-8A光栅光谱仪的光栅密度为1200L/mm。在计算机的控制下通过步进电机驱动光栅作连续转动，将不同波长的光投射到光电检测元件上获得待测荧光的连续谱图。
在图1所示的测量装置中，激发光源采用型号为SF-50TUV13的紫外光源，选用黄绿色荧光材料。在35-70℃范围内选取5个温度值：37℃，44℃，51℃，58℃，65℃。测得的5条荧光光谱曲线如图2所示。从图2可以清楚的看到，SF-50TUV13紫外光源发出中心波长为406.50nm的紫外光，该紫外光在被测样品上激励出中心波长为520nm左右的荧光，荧光中心波长随着温度升高向长波长方向移动，荧光强度则随着温度的升高而减弱。另外，被测样品在吸收紫外光后发射荧光的同时也反射部分紫外光(如图2所示对应406.50nm处的峰值强度)。因此，在实际应用荧光物质作为传感材料的反射式荧光检测时，要充分考虑到这一现象。换用型号为SF-50TUV44的紫外光源，被测样品选用紫色荧光材料，在其它条件不变的情况下，测得的5条荧光光谱曲线如图3所示。在图3中，SF-50TUV44紫外光源发出的紫外光中心波长为385.00nm。激励出来的荧光其中心波长并不随温度升高而变化，荧光强度则随着温度的升高而减弱。图4、图5绘出了两种材料的荧光波长、强度与温度的关系。横轴为温度，左边纵轴为波长，右边为强度。该结果可作为荧光温度传感器材料选择的依据。
实施例表明，运用本发明的方法和装置，可在普通廉价的光栅光谱仪上方便且低成本地实现不同材料荧光的温度特性测量。

Claims (6)

1、一种荧光材料变温特性的测量装置，其特征在于：包括温控装置、样品台和透镜、紫外光源、光谱仪、光具座、滑轨，所述温控装置与样品台相连，透镜置于样品台与光谱仪之间，样品台、透镜置于滑轨上面的光具座上，透镜将紫外激发的荧光会聚成平行光后对准光谱仪的狭缝，紫外光源设于样品台前方的一侧。
2、根据权利要求1所述的荧光材料变温特性的测量装置，其特征在于：所述的样品台表面设有石英盖板。
3、根据权利要求1所述的荧光材料变温特性的测量装置，其特征在于：所述样品台的背侧周围设有隔热层。
4、根据权利要求1所述的荧光材料变温特性的测量装置，其特征在于：所述的紫外光源为半导体紫外发光二极管。
5、根据权利要求1所述的荧光材料变温特性的测量装置，其特征在于：所述温控装置为EH-3热学实验仪。
6、一种利用光谱仪测量荧光特性的方法，包括以下步骤：
1)将荧光材料置于温控台上；
2)用紫外光源照射温控台上的荧光材料；
3)用透镜将荧光光束投射到光谱仪的狭缝上，记录荧光波长；
4)对荧光波长进行分析，输出测量结果。
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