【国家标准(GB)】 硒化镉量子点纳米晶体表征 紫外-可见吸收光谱方法

ICS71.040.50
中华人民共和国国家标准　
GB/T24370--2009
硒化镉量子点纳米晶体表征
紫外-可见吸收光谱方法
Characterization of CdSe guantum dot nanocrystals-UV-Vis absorption spectroscopy2009-09-30发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2009-12-01实施
中华人民共
共和国
国家标准
硒化辐量子点纳米晶体表征
紫外-可见吸收光谱方法
GB/T 24370—2009
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2009年11月第一版
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2009年11月第一次印刷
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本标准的附录A、附录B和附录C均为资料性附录。本标准由中国科学院提出。
本标准由全国纳米技术标准化技术委员会(SAC/TC279)归口。本标准负责起草单位：国家纳米科学中心。GB/T24370—2009
本标准参加起草单位：北京工商大学、武汉大学、武汉珈源量子点技术开发公司。本标准主要起草人：葛广路、刘忍肖、稽天浩、庞代文、朱晓波、高洁、赵蕊。I
GB/T24370—2009
半导体纳米晶体（又称量子点、半导体量子点）是由半导体材料（如CdSe、CdTe等Ⅱ～V族或InP、InAs等Ⅲ～V族化合物)组成的、尺寸在1nm～100nm之间的纳米材料，其中硒化锅(CdSe)纳米晶体具有优良的尺寸及形状可控性，是研究最多、最有代表性的一类。半导体纳米品体因量子尺寸效应的存在表现出尺寸相关的光学和电学性质。与传统的有机染料分子荧光探针相比，半导体纳米晶体的光谱性质具有明显的优势：激发波长宽且连续分布，发射波长范围却很窄，使多波长同时观察成为可能；发光强度高，光化学稳定性更好，十分有利于长时间对细胞内多生命现象的动态变化进行观察。基于上述性质，半导体纳米晶体在药物筛选、生物标记、细胞示踪、流式微流控芯片免疫分析、快速诊断增敏等方面开始得到广泛应用。
紫外-可见吸收光谱法(UV-Visabsorptionspectroscopy)是利用物质分子对紫外-可见光的吸收光增，对物质的组成结构及含量进行分析测定的一种实验室带用分析方法，可实用而便利地对半导体纳米晶体的光学性质进行表征，并获得其结构信息。用紫外-可见吸收光谱法对其进行光谱测定时，特征吸收峰值和摩尔吸收系数与粒子粒径有直接的对应关系。在已知每摩尔半导体纳米晶体吸收系数(e)的前提下，由郎伯-比尔定律（A二ECL)可简便而准确地计算量子点纳米晶体在分散液中的摩尔浓度。1范围
硒化辐量子点纳米晶体表征
紫外-可见吸收光谱方法
本标准规定了硒化销(CdSe)量子点纳米晶体的紫外-可见吸收光谐表征方法。GB/T24370-2009
本标准适用于由表面活性剂分子—正三辛基氧麟（TOPO，Trioctylphosphine)包覆的硒化镉量子点纳来晶体在正已烧中形成的分散液。其他表面活性剂分子包覆的硒化铺量子点纳米晶体在各种非极性试剂中形成的分散液、在水相体系中合成的硒化销量子点纳来晶体及其他组成的半导体量子点纳米晶体的紫外-可见吸收光谱表征也可参照本标准执行。2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括斯误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T9721一2006化学试剂分子吸收分光光度法通则（紫外和可见光部分）GB/T19267.2一2003刑事技术微量物证的理化检验第2部分：紫外-可见吸收光谱法GB/T19619—2004纳米材料术语
JJG178-—2007紫外、可见、近红外分光光度计检定规程3术语和定义
GB/T19619--2004确立的以及下列术语和定义适用于本标准。3.1
量子点纳米晶体quantumdotnanocrystals在常温下具有量子尺寸效应的纳米晶体。注：量子尺寸效应定义见GB/T19619-2004的3.3.3。3.2
带边吸收峰band-edgeabsorptionpeak半导体紫外-可见吸收光谱中由电子从价带顶至导带底跃迁所产生的吸收峰。注1：吸收峰定义见GB/T9721--2006的3.1，注2；对于半导体纳米晶体，带边吸收峰也可称为第一激子吸收峰。4方法原理
4.1紫外-可见吸收光谱
通过试样的人射光强度（I)与其人射前初始强度（I。）的比值I/1。称为试样的透光率(T)，通常以百分数形式表示。由郎伯-比尔定律(Lambert-Beer\sLaw），吸光度（A)可表示为一lg(T)。对特定化合物来说，当其外层电子或价电子选择性吸收紫外-可见光波段(200nm～760nm)的能量，实现由基态到激发态、由低能级到高能级的跃迁时，会产生特征吸收，可得到试样吸收率与波长的对应曲线，称之为紫外-可见吸收光谱。紫外-可见吸收光谱是化合物结构解析及定量分析的常用表征手段。4.2半导体量子点纳米晶体的紫外-可见吸收光谱半导体量子点纳米晶体的紫外-可见吸收来自于纳米晶体中电子由价带到导带的跃迁，即带间吸收1
GB/T24370—2009
由长波长向短波长方向，半导体纳米晶体首先出现尖锐的带边吸收峰（电子由价带顶跃迁到导带底），峰位置取决于纳米晶体的化学组成和粒径，从带边吸收峰往波长更短的区域吸收连续且逐渐增强。由于半导体纳米晶体具有量子尺寸效应，其电子和空穴的能级分裂与粒子尺寸密切相关，导致纳米品体的带边吸收峰值与纳米晶体粒径具有直接的对应关系，随着粒径的减小，带边吸收峰发生蓝移。带边吸收峰的高度与纳米晶体分散液的浓度有关，其峰形与纳米晶体的粒径分布有关。通过测量一定尺寸范围硒化镉量子点纳米晶体的吸收光谱，可以判定该尺寸范围内量子点的粒度及粒度分布。具有窄粒径分布硒化镐量子点纳米晶体的紫外-可见吸收谱线表现为：带边吸收峰峰形尖锐、半峰宽窄（50nm）、且在带边吸收峰短波长侧存在2～3个小的吸收峰。典型硒化镉量子点纳米晶体的紫外-可见吸收谱图及透射电子显微镜(TEM)图像示例见图1。0.15-
格边吸收峰
波长/am
图1粒径为4nmCdSe量子点纳米晶体的紫外-可见吸收谱线a)及TEM图像b)4.3由紫外-可见吸收谱线确定硒化辐量子点纳米晶体的粒径化镭量子点纳来晶体的粒径与带边吸收峰值的对应关系可参见附录A。根据附录A中数据资料，得到硒化锯量子点纳米晶体的紫外-可见带边吸收峰值与粒径的对应曲线见图2。
带边吸收峰值(>)与量子点粒径(D)的拟合关系式见式(1)：D=24.970.33468+0.00142222.441>°×10*6+1.5135x*×109.127
波长/nm
图2CdSe量子点纳米晶体的紫外-可见带边吸收峰值与粒径的对应关系曲线2
4.4由紫外-可见吸收谱线估算硒化镉量子点纳米晶体分散液的摩尔浓度GB/T24370—2009
从光源射出的光，经过波长选择器成为单色光，当单色光通过待测量子点分散液时，不同粒径的量子点会对不同波长的光产生特征吸收而形成吸收峰，吸光度与待测量子点分散液浓度的关系符合郎伯-比尔定律，见式(2)：
式中：
A——吸光度；
E——摩尔吸收系数；
C——分散液的摩尔浓度；
L—光路长度。
当光路长度L与摩尔吸收系数e一定时，吸光度A与分散液的摩尔浓度C成正比，因此利用郎伯比尔定律可以进行量子点分散液廉尔浓度的定量分析。根据附录A中数据资料，得到硒化镐量子点纳米晶体的摩尔吸收系数e与粒子粒径D的对应关系曲线，见图3。
500 000 -
·(/o)/
400 000-
300 000
200 000-
100 000
粒径/nm
图3CdSe量子点纳米晶体的摩尔吸收系数与粒径的对应关系曲线5仪器
5.1紫外-可见分光光度计
根据试样的测定要求，选用符合JJG178一2007规定的单波长单光束或单波长双光束的紫外-可见分光光度计，波长范围为200nm～760nm。5.2吸收池
适用于紫外和可见光区的石英吸收池或只适用于可见光区的玻璃吸收池，1cm光路。注：吸收池的选择可依据GB/T9721一2006，5.3仪器校正
采用GB/T19267.2—2003，JJG178—2007中仪器的校正方法。实验样品的制备与保存
硒化镉量子点纳米晶体的制备方法可参见附录B。紫外-可见吸收光谱的测定要求将待测量子点样品均匀分散在适宜的溶剂中形成澄清、透明的溶胶GB/T24370—2009
分散液。硒化镭量子点纳米晶体必须经过特定的表面活性剂分子修饰后才能均勾分散在相应的溶剂中，用作紫外-可见吸收光谱检测的实验样品。高温油相热解法制备的硒化镉纳米晶体表面有脂肪族烃分子，可以溶解在正已烷、甲苯、二氯乙烷等非极性有机溶剂中。量子点实验样品置于棕色瓶中，在氩气或氮气等情性气氛下避光保存。7分析步骤
7.1样品前处理
取一定量量子点纳米晶体实验样品，置于5mL的容瓶中，加入与样品分散介质相同的溶剂并超声分散10min，至试样澄清、透明。配制系列不同浓度的试样，以进行量子点样品尺寸、浓度的测量。注1：测定试样中量子点样品无团聚现象，即试样涩清、透明。注2：选用适宜的溶剂，使其对量子点样品有良好的分散能力，且在测定波长范围内溶剂本身无吸收，7.2测定条件
推荐采用如下测定条件：
波长：200nm~760nm；
扫描步长：05.nm或1nm；
狭缝宽度：1nm或2nm；
温度：室温（20℃~25℃）；
参比溶液：量子点纳米晶体分散液的分散介质；f)光源：氢灯(或氛灯)和卤钨灯。7.3测定步
取两个可配对使用的石英或玻璃吸收池，分别用于参比溶液和试样分散液的测定。在两个吸收池中分别加入2/3体积的参比落液和试样分散液；a)
设定波长范围、扫描速度、扫描次数等参数；首先对参比溶液进行波长扫描，建立系统基线；对系列试样测定分散液在同样波长范围内进行扫描，吸光度在0.2～0.8之间的试样分散液较d)
适宜用郎伯-比尔定律计算其摩尔浓度；得到测定试样分散液的紫外-可见吸收光谐谱线；e)
f）按上述步骤，对同试样进行平行实验测定。使用自动记录型紫外-可见分光光度计，可自动扫描并绘出紫外-可见吸收谱线。使用非自动记录型紫外-可见分光光度计时，在规定的波长范围内，每隔5nm～10nm测定一次吸光度，在带边吸收峰附近时，应每隔1nm～2nm测定一次，以波长为横坐标，相应的吸光度为纵坐标，绘制紫外-可见吸收谱线。
注：测定时采用与有机溶剂相容的吸收滤，并加盖以防止落剂挥发。8实验数据处理及结果分析
从紫外-可见吸收谱线上读取试样分散液的带边吸收峰值及吸光度。参照4.3及附录A中硒化镉量子点纳米晶体带边吸收峰值与粒径的对应关系，由带边吸收峰值确定试样中硒化镭量子点样品的粒度，并可由紫外-可见吸收谱线中带边吸收峰的峰形定性判定样品的粒度分布；参考A2中摩尔吸收系数与量子点样品粒径的对应关系，通过郎伯-比尔定律可计算测定硒化镉量子点纳米晶体分散液的摩尔浓度。9检测报告
化锯量子点纳米晶体紫外-可见吸收光谱检测报告包括以下内容：4
检测结果
试样的紫外-可见吸收谱线及带边特征峰值；1)
样品的平均粒度及粒度分布；
试样的吸光度及摩尔浓度；
样品的粒度分布误差、浓度误差。b)
测定试样
样品名称；
分散介质；
超声功率；
超声时间。
仪器设备
仪器型号：
测定条件（吸收池、波长范围、扫描步长、狭缝宽度、检测温度）。其他信息
检测日期；
检测单位及检测人。
所出具检测报告的格式可参见附录C中的表C.1。GB/T24370—2009
GB/T24370—2009
附录A
(资料性附录）
硒化镉量子点纳米晶体的素外-可见吸收谱线分析A，1带边吸收峰值与粒子粒径的对应关系粒径范围在1.7nm~15nm之间的硒化镉量子点纳米晶体的紫外-可见吸收谱线如图A，1所示。由不同尺寸纳米晶体吸收谱线的带边吸收峰顶端向横坐标做垂线，对应的波长值即为该粒径量子点纳米晶体的带边吸收峰值。
纳米晶体中电子的带隙联迁形成的带边吸收峰在繁外可见吸收谱线中最为明显，量子点纳米晶体的粒度及粒度分布均能由紫外-可见吸收谱线反映。具有窄粒度分布量子点纳米晶体的紫外-可见吸收谱线表现为：带边吸收峰峰形尖锐、半峰宽窄（～50nm）、且在带边吸收峰短波长一侧存在2个或3个小的吸收峰，且带边吸收峰值与量子点纳米晶体的粒径有着直接的对应关系。如图A.1右侧谱图中，带边吸收峰值为500nm的量子点纳米晶体的粒径为2.9nm，而带边吸收峰值为540nm的量子点纳米晶体的粒径为3.3nm。S
(6)2.0 mm
400500500700
400500600700800
注：左图中粒径范围为1.7nm~15nm，右图中两条垂线分别标示粒径为2.9nm和3.3nm量子点的带边吸收峰值。
图A，1硒化量子点纳米晶体的紫外-可见吸收谱图硒化量子点纳米晶体的紫外-可见吸收谱线带边吸收峰值与粒径的对应关系见表A.1。纳米晶体粒径的偏差来自文献中使用电子显微镜技术进行粒度测量引人的误差，以及不同纳米晶体样品粒径的多分散性。
带边吸收峰值/
GB/T24370—2009
硒化镐量子点纳米晶体的紫外-可见带边吸收峰值与粒径对应关系数据表粒子直径/
粒径偏差/
靡尔吸收系数与粒子粒径的对应关系带边吸收峰值/
粒子直径/
粒径偏差/
粒径范围在1.5nm～5.9nm硒化镉量子点纳米晶体的摩尔吸收系数(e)与粒径(D)的对应关系，如表A.2所示。
硒化镉量子点纳米晶体的摩尔吸收系数与粒径对应关系数据表摩尔吸收系数/
[(mol/L)~1 · cm-\]
21 279
31 374,8
51 331
偏差/
粒子直径/
摩尔吸收系数/
[(mol/L)-1 . cm=1)
240 419.2
251070,9
272793
283 881.6
偏差/
粒子直径/
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