上转换纳米晶（共4篇）
上转换纳米晶 篇1
近年来, 纳米上转换发光材料得到了研究人员的广泛关注[1,2,3]。该材料在全固化短波长激光器、三维立体显示, 生物分子荧光标识、红外辐射探测、节能灯荧光粉等领域具有广泛的应用前景[4,5,6]。制备高性能的纳米上转换发光材料, 除了要具有高效率发射能级的激活离子和合适的激发通道以外, 还需要降低无辐射跃迁的几率, 这就必须选择具有低声子能量的材料作为基质。Y3Al5O12 (YAG) 除了具有良好的化学和光化学稳定性、高的熔点、易于实现稀土离子掺杂等优点[7,8], 还具有较低的声子能量, 约为780cm-1[9], 是一种良好的上转换基质材料。本实验采用溶胶-凝胶法合成了Yb3+、 Tm3+共掺的钇铝石榴石 (Y3Al5O12, YAG) 纳米晶粉体, 并对其蓝色上转换发光的性能进行了系统的研究。
1 实验部分
1.1 样品制备
原料采用氧化钇 (Y2O3) 、氧化铥 (Tm2O3) 纯度均为99.99%;硝酸铝 (Al (NO3) 3) , 分析纯;柠檬酸 (C3H8O7·H2O) , 分析纯;硝酸 (HNO3, 65%～68%) , 分析纯;EDTA (C10H15N2O8) , 分析纯;氨水 (NH3·H2O, 25%～28%) , 分析纯。
按化学计量比准确称取Y2O3、Tm2O3溶于适量硝酸得到Y (NO3) 3、Tm (NO3) 3和Yb (NO3) 3溶液, 充分混合后, 按一定比例将上述3种溶液与EDTA溶解于去离子水中, 搅拌形成均匀的Y (Tm, Yb) -EDTA溶液;Al (NO3) 3与一定比例的柠檬酸溶于去离子水中, 搅拌形成均匀的Al-柠檬酸溶液。将盛有两者混合溶液的烧杯置于磁力搅拌器上, 在80℃加热并不停的搅拌, 形成溶胶。继续搅拌一定时间, 直到形成浅黄色的透明凝胶。把得到的凝胶在120℃烘干48h, 得到黑色前躯体粉末, 最后将得到的前驱体粉末在1200℃下进行热处理, 保温时间为2h。工艺流程如图1所示。
1.2 粉体表征
粉体的晶相组成用日本Rigaku公司的D/MAX-III型X射线衍射仪 (Cu Kα, 40 kV, 60mA) ;为了研究所制备粉体的发光性能, 将粉体样品干压成型, 压成直径10mm, 厚约2mm的薄片, 以波长为980 nm的连续半导体激光器为激发光源来激发样品, 在室温下测试所制备的粉体的上转换发光的相关性能, 测试所用设备是法国Jobin Yvon公司的Fluorolog-3型荧光光谱仪。
2 结果与讨论
2.1 粉体的晶相组成
图2所示为YAG:Tm3+, Yb3+前驱体和样品的X射线衍射图谱。其中Tm3+、Yb3+离子的掺杂浓度分别为1%和1% (摩尔浓度) 。如图2所示:由于前驱体的XRD谱线无衍射峰, 说明其为不定形物质。1200℃煅烧后的样品的衍射峰和国际标准衍射卡JCPDS33-40完全一致, 没有其它任何掺杂相的衍射峰, 是纯的YAG结构。粒子晶化尺寸的计算按Scherrer公式[10]:
D=kλ/βcosθ (1)
式中β为衍射峰的半峰宽, 也可用积分宽度表示;λ为所用X射线波长, 一般为CuKα线, 其波长为λ=0.15405nm;θ为X射线和某一晶面所成掠射角;D为垂直于此晶面的晶粒尺寸, k为常数, 通常采用0.94。按照Scherrer公式计算溶胶-凝胶法制备的YAG: Tm3+, Yb3+纳米粒子平均粒径为90nm。
2.2 粉体的上转换发光
在功率为150mW的980nm半导体激光器激发下, 所制备的纳米晶粉体发射出明亮的蓝色上转换荧光, 其上转换光谱如图3所示, 其发光中心波长位于487nm。结合能级图 (如图4所示) 分析可知, 它对应于Tm3+离子的1G4→3H6的跃迁。
图4示出了Tm3+/Yb3+在980nm激发下的能级图和可能的上转换跃迁过程。根据杨建虎等的研究[11], 在Yb3+敏化Tm3+上转换发光机制中, 除Tm3+的蓝色跃迁1G4→3H6外, 还有Tm3+的红光跃迁1G4→3F4以及其近红外跃迁3H4→3H6, 荧光波长分别为487nm、649nm和800nm。
结合图4说明YAG:Tm3+, Yb3+材料的蓝色上转换光的产生机制如下:980nm激发时, 位于基态能级2F7/5上的Yb3+离子通过GSA过程跃迁至2F5/2 能级, 2F5/2能级上的Yb3+离子与3H6能级上的Tm3+离子通过CR过程使3H5 能级上的Tm3+离子数得到积累。3H5 能级上的Tm3+离子再通过无辐射驰豫至3F4能级, 又经ESA过程跃迁至3F2能级, 3F2能级上的Tm3+离子通过无辐射驰豫至3H4能级, 再通过ESA跃迁到1G4能级。1G4能级的Tm3+离子跃迁到3H6能级便产生了蓝色的上转换光。以上过程可简单表示为:
Yb3+:2F7/5→2F5/2 (GSA)
Yb3+:2F5/2+Tm3+:3H6→Yb3+:2F7/2+Tm3+:3H5 (CR)
Tm3+:3F4→Tm3+:3F2 (ESA)
Tm3+:3H4→1G4 (ESA)
上转换发光强度 (Iup) 与激发功率 (P) 之间的关系可以表示为:Iup∝Pn, 其中n代表发射一个上转换光子所需要的激发光子数。图5示出了1G4→3H6跃迁的上转换发光强度与激发功率关系的双自然对数图, 图中的散点是实验测量得到的, 曲线是拟合实验点得到的。从图5可知, 随着激发功率的增大, 上转换发光均显著增强, 由于图中没有出现突变点, 因此可以排除光子雪崩机制的发生。图中拟合直线的斜率为2.05, 证明YAG:Tm3+, Yb3+粉体的1G4→3H6蓝色上转换发光是双光子过程。
3 结 论
采用溶胶-凝胶法合成了含Tm3+、Yb3+离子均匀掺杂的YAG纳米晶粉体, 该粉体在980nm LD激发下发射出明亮的蓝色上转换荧光, 对应于Tm3+离子的1G4→3H6跃迁, 激发功率和上转换发光强度关系的研究表明这个过程为双光子过程, Tm3+离子的ESA过程和Yb3+→Tm3+的CR过程是主要的上转换机制。
摘要：以稀土氧化物、硝酸铝为原料, 采用溶胶-凝胶法合成了Yb3+、Tm3+共掺的钇铝石榴石 (Y3Al5O12, YAG) 纳米晶粉体。采用X射线衍射 (XRD) 确定了1200℃煅烧后的晶体粉为纯YAG结构, 无杂质相, 晶体尺寸约为90nm;该粉体在波长为980nm的半导体激光器激发下发射出中心波长为487nm的蓝色上转换荧光, 对应于Tm3+离子的1G4→3H6的跃迁。发光强度和激发功率关系的研究揭示了其为双光子过程, Tm3+的激发态吸收及Tm3+、Yb3+间的交叉驰豫型能量传递和是该上转换发光的主要机制。
关键词：溶胶-凝胶,YAG,Yb3+,Tm3+,上转换发光
参考文献
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上转换纳米晶 篇2
目前,微/纳米YF3∶Ln3+材料的制备方法有水热和溶剂热法[3,4,5,6]、磁控溅射法[7]、热解法[8]、电子束沉积法[9]、微乳液法[10]、微波法[11]、溶剂萃取法[12]和液相-固相-溶液相(LSS)法[13]、固相-水热两步法[14]、喷射微波燃烧合成法[15]等。固相法是目前荧光粉工业生产中最常见的方法[16]。传统固相法反应温度高,耗能大,制备条件苛刻,安全性差,难以获得均匀、形貌可控的小颗粒材料。本研究采用一种简单、安全、环保的低温固相法制备了镱离子、铒离子、铥离子共掺杂的氟化钇(YF3∶Yb,Er,Tm)发光粉,探究了煅烧温度、煅烧时间对样品晶相结构、形貌、粒径及上转换发光性能的影响,并分析了YF3∶Yb,Er,Tm纳米晶的发光机制。
1 实验部分
1.1 试剂
氧化钇(Y2O3,分析纯,99.99%)、氧化镱(Yb2O3,分析纯,99.99%)、氧化铒(Er2O3,分析纯,99.9%)、氧化铥(Tm2O3,分析纯,99.9%),均来自上海同纳环保科技有限公司;NH4HF2(分析纯)、无水乙醇(分析纯),均来自成都市科龙化工试剂厂。
1.2 制备与表征
在一定的温度下,氟化氢铵可将稀土氧化物氟化为稀土氟化物,再升高煅烧温度,经过晶核生长,最后获得稀土氟化物微/纳米晶[17]。按式(1)计量关系准确称取一定质量的稀土氧化物和NH4HF2(过量50%,使氧化物被氟化完全)[18]。
样品的物相采用X射线衍射仪(Rigaku SmartLab,日本理学株式会社)测定,辐射源为Cu靶Kα射线(λ=0.15406nm),管电压/管电流为40kV/30mA,扫描速度为4°/min,扫描范围为20~80°;采用扫描电子显微镜(FEI Quanta 250,美国FEI公司)对样品进行微观形貌分析,加速电压为20kV;以多模光纤耦合激光器(波长为980nm,上海熙隆光电科技有限公司)为外接光源,采用荧光分析仪(Hitachi F-7000,日立高新技术公司)研究样品的发光性能,所有测试均在常温下进行。
2 结果与讨论
2.1 XRD分析
图1为不同温度煅烧2h所得样品的XRD谱图。通过对照YF3∶PDF#74-0911标准卡片,可以看出,煅烧温度从300℃→800℃,样品晶相从不纯→纯→不纯,300℃所得样品晶化差,400℃即可获得正交晶相的YF3纳米晶,500℃所得样品晶相最纯正,温度升高到700℃,样品在2θ=28.88°、33.08°处出现明显的杂相峰,温度升到800℃,在2θ=33.95°、57.18°处出现明显的杂相峰,这些杂相峰为氟氧化物的衍射峰(见图中标示*号处),可能的原因是此制备过程在空气环境中进行,在高温下会生成部分氟氧化物。除300℃外,其他温度煅烧所得样品的衍射峰向高角度方向略有偏移,表明Er3+、Tm3+、Yb3+已经成功掺入基质晶格,取代并占据了Y3+晶格位而不改变YF3的晶相结构[19]。图2为500℃煅烧不同时间所得样品的XRD谱图,煅烧时间从0.5h增加到6h,样品晶相结构不变,衍射峰强度差异也不大。
2.2 SEM形貌分析
图3为不同温度煅烧2h所得样品的SEM形貌图。从图可以看出,300℃煅烧所得样品颗粒大小不一、形貌不规则、团聚严重;400℃和500℃煅烧所得颗粒平均粒径约119nm和125nm,600℃和700℃煅烧所得颗粒平均粒径约为214nm和285nm;煅烧温度从400→700℃,所得颗粒的表面缺陷减少,形貌趋于光滑的球形(或椭球形),尺寸均一性变好;800℃煅烧所得样品颗粒的粒径在230~1000nm,尺寸急剧增大,均一性差,小颗粒已经烧结成了大颗粒,形貌不规则。
[(a)300℃2h;(b)400℃2h;(c)500℃2h;(d)600℃2h;(e)700℃2h;(f)800℃2h]
图4为500℃煅烧不同时间所得样品的SEM形貌图。从中可以看出,煅烧时间从0.5h→4h,颗粒外形趋于球形,尺寸均一性变好,煅烧时间增加到6h,颗粒形貌、尺寸均一性变差,团聚严重。颗粒尺寸分布在100~150nm范围,煅烧时间对样品颗粒尺寸的影响较小。
[(a)500℃0.5h;(b)500℃2h;(c)500℃4h;(d)500℃6h]
2.3 发光性能分析
图5为不同温度煅烧2h所得样品在980nm红外光激发下的发射光谱图。从图中可以看出,发光曲线形状相似,只是发射强度不同。随着煅烧温度的升高,所得样品的发光强度增大,到700℃时达到最大,升高到800℃,发光强度锐降,其原因是由于800℃煅烧所得样品中出现较多的氟氧化物,其形貌不规则、尺寸不均一造成的。样品的发射光主要由Tm3+的453、470、478nm蓝光发射带,Er3+的524、530、539、548nm绿光发射带组成,还包含Tm3+的647nm、Er3+的657nm组成的较弱红光发射带,以及Er3+微弱的411nm紫光发射带。图6为500℃煅烧不同时间所得样品在980nm红外光激发下的发射光谱图。样品发光强度随煅烧时间的增加而增大,到4h时达到最大,延长煅烧时间到6h,发光强度反而下降,这与样品的XRD及SEM分析结果相符。
图7为不同功率980nm红外光激发下的样品发射光谱。结果表明,上转换发光强度随激发功率的增大而增大。发光强度与激发功率间的关系可近似地表示为IUP∝(IIR)n[20],其中IIR为红外激发光强度,IUP为上转换发光强度,n为发射一个上转换光子需吸收的红外光子数。根据测定值对发光强度与相应的激发功率求对数值,在二维坐标系描点,再拟合直线,所得直线的斜率值即为n,由n值即可判断上转换发光为n光子过程。图7内插图为几个发射峰的双对数曲线,表1为样品某些波长发光强度与激发功率的双对数曲线拟合得到的n值。
(内插图为发光强度与激发功率的双对数曲线图)
由n值可以判断,Tm3+在453nm的发射为三光子过程(n≈3),而在478、647nm的发射为双光子过程(n≈2);Er3+在411nm的发射为三光子过程(n≈3),其他波长的发射为双光子过程(n≈2)。
图8为Yb-Er-Tm离子能级跃迁图,它展示了可能的上转换机制。
Yb3+吸收红外光子,从基态2F7/2被激发到2F5/2能级,然后返回基态2F7/2,将能量传递给Er3+和Tm3+。Er3+吸收Yb3+传递的2份能量,从4I15/2被激发到4F7/2或4F9/2能级,然后向基态辐射跃迁分别产生524、548、657nm的发射。Er3+吸收Yb3+传递的3份能量,被激发到2H9/2能级,辐射跃迁产生411nm的发射。
Tm3+是通过合作上转换实现激发态布居的。Tm3+的1G4能级几乎等于2个980nm光子能量之和。2个Yb3+通过合作敏化将能量传递给邻近的1个Tm3+,Tm3+被激发到1G4能级;1个Yb3+将能量传递给Tm3+,Tm3+从基态被激发到3H5能级,然后在2个Yb3+合作敏化下,从3H5被激发到1D2能级,Tm3+从1D2辐射跃迁到3F4能级,发出453nm的蓝光[21]。
3 结论
(1)通过NH4HF2氟化法,低温制备了YF3∶Yb,Er,Tm上转换发光粉。煅烧温度是影响样品微结构、形貌及发光性能的决定性因素,从300→800℃,晶化不完全→纯正交相→出现杂相,形貌从不规则→类球型→不规则,颗粒尺寸增大,发光性能先增后减。而煅烧时间对样品的性能影响较小。
(2)在980nm红外光激发下,样品的可见上转换发光主要由蓝光带、绿光带、红光带组成。Er3+的紫光(411nm)发射为三光子过程,其余发射为双光子过程;Tm3+的蓝光(453nm)发射为三光子过程,其余发射为双光子过程。Er3+的上转换机制是通过Yb3+的能量传递上转换(ETU),而Tm3+的上转换机制主要是合作敏化上转换(CSU)。
摘要：采用低温固相法制备了镱离子(Yb~(3+))、铒离子(Er~(3+))、铥离子(Tm~(3+))共掺杂的氟化钇(YF3)纳米晶,研究了煅烧温度及时间对样品微结构和发光性能的影响。结果表明:煅烧温度对YF3纳米晶的晶相结构、形貌进而发光性能具有重要的影响。随着煅烧温度的上升,样品晶化完全,可获得纯正交相的YF3纳米晶,样品颗粒变大,发光强度增大,但过高的煅烧温度会使样品产生杂相,颗粒急剧增大,发光强度反而降低。在相同的煅烧温度下,煅烧时间对样品的微结构和发光性能的影响甚微。在980nm红外光激发下,样品的可见光发射由478nm的蓝光带、548nm的绿光带及657nm的红光带组成。通过样品发光强度与激发功率的关系,分析了其可能的上转换发光机制。
上转换纳米晶 篇3
目前效率较高的上转换材料主要是一些稀土掺杂的玻璃陶瓷材料。基质体系主要包括氟化物体系、氟氧化物体系、氧化物体系、硫化物体系等, 而掺杂稀土离子包括Nd、Pr、Tm、Ho、Er、Yb等[6,7,8,9]。
本研究利用稀土金属离子与胺羧类化合物乙二胺四乙酸形成配合离子, 加入氟离子沉淀剂, 利用pH值控制生成复合氟化物纳米前驱体, 通过水热晶化, 成功地合成了具有红外上转换效应的纳米氟化物离子。
1实验部分
1.1前驱物制备
准确称量一定量的Y2O3、Er2O3和Yb2O3, 用1∶1的HNO3溶解, 加热, 蒸发大部分过量HNO3, 用去离子水配制成溶液, 溶液中Y3+浓度为0.01mol·L-1, Yb3+的浓度为0.001mol·L-1, Er3+浓度为0.0001mol·L-1。取上述溶液50mL, 加入乙二胺四乙酸钠盐 (EDTA) , 使溶液中EDTA的浓度为0.02mol·L-1。在上述混合溶液中在加入NH4F, 使溶液中F-的浓度为0.02mol·L-1, 用1∶1氨水调整pH值至6～10, 搅拌反应1h, 离心分离沉淀, 用去离子水洗涤5次, 得到水热反应前驱物。
1.2前驱物水热晶化
将上述水热反应前驱物加入到约50mL的水热反应釜中, 加入去离子水至装填度为70%。密封, 在240℃的烘箱中恒温10h。自然冷却, 开釜, 固液相离心分离, 所得固相用去离子水洗涤3次。固相在100℃烘箱干燥, 得到样品。
1.3样品表征
制备样品用H-900型透射电镜观察形貌, 用980nm半导体激光器对样品进行激发, 产生荧光用R-500型分光光度计系统收集检测其发射光谱。
2结果与讨论
2.1合成条件对上转换纳米材料形成的影响
水热制备纳米氟化物形貌和大小的观察结果如图1。从图1中可以看到, 经240℃水热晶化后的上转换纳米发光粒子的颗粒基本呈球型, 尺寸大约为30 nm。
2F7/ 2 (Yb3+) +phonon→2F5/ 2 (Yb3+)
2F5/ 2 (Yb3+) + 4I15/2 (Er3+) →2F7/2 (Yb3+) +4I 11/2 (Er3+)
4I 11/2 (Er3+) + 2F5/ 2 (Yb3+) → 2F7/2 (Yb3+) + 4F7/2 (Er3+)
4F7/2 (Er3+) →4S 3/2 (Er3+) (无辐射跃迁)
4S3/2→4I15/2
上转换通道如图3所示。
大量实验研究结果表明, 上述上转换发光过程均是双光子发光过程。随激发功率的增大, 上转换发光显著增强。
3结论
利用稀土离子与乙二胺四乙酸形成的配合物, 加入可溶性氟化物。在上述配位-沉淀平衡体系中, 通过控制溶液的pH值, 合成了高活性的纳米稀土氟化物前驱物。在240℃的水热条件下, 得到了平均粒径30～50nm的复合氟化物纳米晶, 在980nm激光激发下, 可以上转换发射绿色和红色的可见光, Er3+的基态吸收和Yb3+的能量共振是主要的上转换机理。该纳米上转换材料有望在生物分子的荧光标示中得到应用。
摘要：利用稀土离子Y3+、Yb3+、Er3+与乙二胺四乙酸形成的配合物, 加入可溶性氟化物。控制溶液的pH值, 利用配位-沉淀平衡体系制备了复合氟化物纳米粒子前驱物, 在240℃下水热晶化前驱物, 合成了红外上转换纳米发光材料。
关键词：上转换,水热合成,发光材料
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上转换纳米晶 篇4
在475nm处, 上转换纳米材料 (Na Gd F4:Yb/Tm) 有较强的发射峰, 会与异硫氰酸荧光素 (FITC) 产生荧光能量共振转移, 而FITC的相对荧光强度受氢离子浓度影响, 是一种氢离子传感器[3], 基于此原理, 设计了一个基于上转换荧光猝灭的新型传感器, 实现了对p H的检测。
1 材料与方法
1.1 材料
六水合三氯化铥、六水合三氯化镱、水合氯化钆、氟化铵、氢氧化钠、油酸、3-氨丙基三乙氧基硅烷、1-十八烯等试剂购买于Sigma-Aldrich公司。氨水、三乙胺、异丙醇、正硅酸乙酯购买于北京鼎国生物技术有限公司。二水合磷酸二氢钠、十二水合磷酸氢二钠、异硫氰酸荧光素购买于上海生工生物有限公司。无特殊说明所有试剂均为分析纯。
1.2 仪器
UV-2450紫外可见光谱仪 (日本, 东京) ;EM-2100透射电镜 (日本, JEOL) ;FE 20 Five Easy Plus p H计 (中国, 北京) ;Fluoromax-4荧光光谱仪 (日本, 日立) ;JLNG-T88浓缩干燥器 (中国, 太仓) 。
1.3 实验方法
溶剂热法合成油酸包裹的核-壳稀土上转换纳米颗粒[4]。配置稀土离子的水溶液, 其中稀土离子的摩尔比例为Gd:Yb:Tm=74.7%:25%:0.3%, 将油酸和含有0.5mmol的稀土离子的水溶液以3:2的比例混合, 在150℃下油浴30min;加入1-十八烯继续反应30min后, 静置冷却反应溶液至室温, 加入5m L含有1.0mmol氢氧化钠和1.1mmol氟化铵的甲醇溶液, 室温搅拌, 待完全蒸发除去甲醇后升温至300℃, 氩气保护下反应90min, 加无水乙醇沉淀得到颗粒。洗涤、溶解在环己烷溶液中用于下一步合成待用。按照类似的步骤进行壳包覆。
按FITC与3-氨丙基三乙氧基硅烷 (APTES) 的摩尔浓度比值为1:1, 在DMF有机溶剂中反应过夜即可获得FITC-APTES的复合前体[5], 随后将油酸包裹的上转换纳米颗粒分散于异丙醇中并进行超声, 分散好后向其中加入H2O和NH4OH, 35℃下剧烈搅拌10 min, 之后向反应液中逐滴加入含有FITC-APTES前体的异丙醇, 再在35℃条件下反应8h后, 继续加入20m L含有正硅酸乙酯 (TEOS) 的异丙醇, 继续35℃下反应4h, 反应完成后得到硅壳包裹的核壳上转换纳米颗粒, 且硅壳中掺杂了FITC的复合纳米颗粒。
JY荧光光谱仪上扫描发射光谱 (980nm的激光强度为2.0 W, 发射光狭缝宽度5.0 nm) ;透射电子显微镜对合成的纳米颗粒进行结构观察 (JEM-2100, 加速电压为200 KV) ;通过不同p H的PB缓冲溶液与FITC-UCNPs复合材料混合, 使用Fluoromax-4荧光光谱仪验证纳米颗粒对p H的响应。
2 结果与讨论
该传感器设计的原理是基于上转换纳米颗粒于近红外980nm波长激发下, 在475nm处发生较强的发射, 而在475nm处FITC随p H的变化出现不同程度的吸收。通过FITC不同程度的吸收上转换纳米颗粒在475nm的荧光, 实现了对p H的响应。据此, 我们构建了这样一个简单、快速检测p H的化学传感器。
2.1 上转换纳米颗粒的表征
透射电镜扫描图片显示, 如图1中A所示, 合成的上转换颗粒为均匀的六边形, 粒径约为20nm, 图B为FITC-UCNPs复合纳米颗粒的高分辨透射电子显微镜图 (HRTEM) , 可以明显看出该实验成功地在上转换纳米颗粒上包了一层厚度约为2nm硅壳。
2.2 基于FITC-UCNPs复合材料对p H响应的原理验证
通过扫描不同p H中FITC的吸收光谱图发现, FITC在475nm处的吸收随p H的变化而变化, 如图2中A所示。p H为9时FITC有较强的吸收, 其曲线很大部分与上转换纳米颗粒在475nm处的发射的相互重叠, 符合能量转移理论的条件, 如图2中B所示。为进一步验证该传感器在实际应用中有较高的可行性, 该实验对FITC-UCNPs复合纳米颗粒在不同p H中的响应情况进行了检测, 如图3所示, 在980nm的激发光源和不同的p H条件下, 上转换纳米颗粒在475nm处的发射存在显著差异, 这一结果证实了该研究中构建的p H传感器在实际应用中可行性较高。
2.3 FITC-UCNPs复合材料对p H的检测
检测制备的FITC-UCNPs复合纳米颗粒在一系列不同p H条件下的响应情况, 从结果可以看出, 该复合材料较为敏感的p H响应范围为3~5之间, 如图4所示。
3 结语
该实验基于荧光信号的变化, 通过结合p H敏感的荧光染料FITC与稀土上转换发光纳米颗粒设计并合成了一种新颖的生物传感器, 实现了对p H简单、快速、灵敏、环保的检测。由于上转换发光材料的激发光在近红外光区 (980nm) , 与许多传统的方法相比, 可较好的避免一些干扰物的荧光背景, 作为p H检测的输出信号具有较强的抗干扰等优点, 不但操作简便, 而且避免在检测过程中使用大型的分析仪器。除此之外, 该传感器具有生物相容性和高效环保等特点, 顺应现代绿色化学的发展要求, 为上转换发光纳米材料在生命分析领域的使用开辟了新道路, 提供了新方法。
摘要：基于上转换纳米材料 (Na Gd F4:Yb/Tm) 在近红外区980nm波长激发下于475nm处有较强的发射峰, 可与异硫氰酸荧光素 (FITC) 发生荧光能量共振转移, 且FITC对在475nm处的荧光淬灭程度依赖于p H的变化, 该实验设计、合成了一个基于上转换荧光猝灭的新型生物传感器, 实验结果表明, 构建的新型纳米材料可有效避免干扰物的荧光背景, 在不同的p H环境中, 响应值具有相应的变化, 其中, p H3-5范围内的响应敏感度较高, 该材料生物相容性较好, 可实现对p H的快速、简单、灵敏的检测, 为上转换发光纳米材料的应用提供了新思路。
关键词：上转换纳米材料,pH,传感器
参考文献
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[4]Wang F, Liu X.Recent advances in the chemistry of lanthanide-doped upconversion nanocrystals[J].Chemical Society Reviews, 2009, 38 (4) :976-989.