低成本积分球系统在荧光溶液量子产率精确测定中的应用与验证

荧光量子产率(Φf)是表征荧光材料性能的关键参数，但商用积分球价格昂贵。本研究开发了一种采用树脂增强橡胶和BaSO4涂层的低成本积分球系统，通过优化光路设计和样品架结构，实现了对罗丹明B、曙红B等标准染料及荧光记号笔墨水的Φf精确测定，相对标准偏差小于6%，为资源有限实验室提供了可靠的荧光分析解决方案。

　　

在荧光材料研究和应用中，绝对荧光量子产率(Φ_f)是评价材料性能的核心指标，它直接反映材料将吸收光转化为发射光的效率。然而商用积分球系统动辄上万美元的价格，成为制约许多实验室开展相关研究的瓶颈。如何在不牺牲测量精度的前提下降低设备成本，成为亟待解决的科学问题。

针对这一挑战，印尼国立巴东大学化学系的研究团队创新性地采用日常材料构建了一套直径28厘米的积分球系统。他们选用橡胶球作为基底，通过树脂复合材料增强结构强度，内部依次涂覆白漆和硫酸钡(BaSO₄)悬浮液形成漫反射表面。巧妙设计的正交光路和顶部样品架，配合挡板消除直射光干扰，实现了对溶液样品的高精度Φ_f测定。相关成果发表在材料学期刊《Next Materials》上。

研究团队采用了三个关键技术：一是基于树脂复合材料的球体成型工艺，确保结构稳定性和光学均匀性；二是双激光激发系统（405nm和532nm）配合光纤光谱仪的检测方案；三是遵循GUM标准的测量不确定度分析方法。通过系统优化，这套造价仅70美元的自制设备达到了与商用仪器相当的测量性能。

在结果部分，研究首先展示了积分球的结构特征。三维设计图清晰呈现了样品架与检测端口的空间关系，实际制作完成的球体内部BaSO₄涂层显示出优异的漫反射特性。对标准样品的测试数据最具说服力：罗丹明B在两种激光激发下分别测得Φ_f为0.72和0.71，与文献值0.70高度吻合；曙红B的测定结果0.62-0.63同样验证了系统的可靠性。值得注意的是，在碱性条件下测试的2',7'-二氯荧光素展现出0.90的超高量子产率，显著高于文献报道的中性环境测定值，揭示了溶剂环境对荧光性能的重要影响。

对橙色荧光记号笔墨水的测试尤为引人注目。这个没有文献参考的商业样品展现出0.89-0.90的优异性能，其140nm的大斯托克斯位移提示可能存在独特的发光机制。重复性测试显示所有样品的相对标准偏差(RSD)基本控制在6%以内，通过GUM方法评估的系统总不确定度为±7%，达到了科研级仪器的要求。

这项研究的意义不仅在于提供了一种降低科研设备成本的技术方案，更通过详实的数据验证了自制仪器在基础研究中的实用价值。积分球内部挡板的创新布置有效解决了直射光干扰问题，而BaSO₄与白漆的复合涂层方案则为反射材料选择提供了新思路。研究团队Yordi Afiq Syahrizal、Septian Budiman和Deski Beri特别指出，该系统在保持测量精度的同时，维护便利性和可定制性显著优于商用设备，尤其适合用于教学演示和学生实验。该成果为资源有限地区开展荧光材料研究提供了切实可行的技术路径，对推动科研设备的小型化、低成本化发展具有示范意义。