微光谱应用|QE Pro助力闪烁体材料发光性能表征

2026-06-17 09:45:49, OceanOptics 海洋光学

闪烁体材料作为辐射探测领域的“光转换心脏”，在辐射探测、医学影像、高能物理、安检安防、工业无损检测等关键领域发挥着不可替代的作用。从PET-CT中精准捕捉肿瘤病灶的微弱γ信号，到行李安检中快速识别危化品，闪烁体的发光性能直接决定了探测系统的灵敏度与分辨率。

而要开发出光产额更高、衰减时间更短、稳定性更好的新一代闪烁体材料，光学性能表征是绕不开的关键环节——光产额评估、发射光谱表征等核心参数，都需要高灵敏度的光谱测量来验证。

闪烁体材料：

让看不见的辐射变成可探测的光

闪烁体材料是一种能够吸收高能射线（如X射线、γ射线）或高能粒子（如α粒子、β粒子），并将其能量转换为紫外光或可见光的功能材料。简单理解，它就像一块能量转换屏，把看不见、摸不着但能量很高的射线变成我们可以精准探测的光信号。

根据国家标准化管理委员会发布的GB/T 13181-2024《固体闪烁体性能测量方法》，闪烁体的性能评估涵盖相对光输出、相对能量转换效率、发射光谱、能量分辨率、衰减时间、余辉等多个关键指标。在医学影像设备TOF-PET、大型对撞机实验探测器、空间载荷量能器等前沿应用对闪烁体筛选需求日益严苛的背景下，建立一套完整、准确的发射光谱测试方案显得尤为重要。

闪烁体材料表征第一步：

发射光谱测试

闪烁体的发射光谱只有与光电探测器件的光谱响应灵敏区相匹配，才能获得高的探测效率，因此研究闪烁体发光性能的首要步骤正是发射光谱的测试。实验室中采用的测试方案通常需要在190 nm至1100 nm的极宽光谱范围内达到1 nm级的分辨率，并对来自闪烁体的微弱荧光信号进行高信噪比捕获。

闪烁体光学表征的核心挑战

想要准确测量闪烁体的发光性能，面临多重技术挑战：

信号微弱：X射线激发产生的荧光强度通常很低，需高灵敏度探测器才能有效捕获。
调试困难：调试时需要借助旁路寻找合适位置，但由于X射线存在辐射危险，操作人员难以实时精细调，且人为调试引入的信号差异往往远大于仪器本身的性能差异，严重影响数据可重复性。
成本高昂：传统弱光光谱检测依赖iCCD、EMCCD等大型系统，这类设备价格昂贵，且部署复杂、维护成本高。
集成困难：多数商用光谱仪体积较大、接口固定，难以灵活集成到带有X射线屏蔽的腔体或真空系统内。
热稳定性与可重复性：闪烁体性能易随温度漂移，同时光谱仪自身探测器的热噪声也会影响弱光测量。需要光谱仪具备热电致冷性能，确保长时间测量的稳定性。

海洋光学解决方案

QE Pro 是一款科研级高性能微型光谱仪，采用背照式CCD探测器具有高量子效率，板载缓存可存储15000张光谱图，以确保在高速采集中的数据完整性。同时先进的光学设计与热电致冷器件可大大提高长时间检测的热稳定性。因此无论是高速测量或宽浓度范围，QE都能为您提供无与伦比的性能表现。

针对闪烁体发光性能表征提供如下QE Pro配套方案：

硬件配置：QEPro光谱仪（200-1100 nm）+ 光纤芯径1000μm长1米
采集策略：积分时间1~30秒，多次平均降噪，背景扣除
软件支持：OceanView软件支持光谱叠加、峰值识别、色坐标显示功能
扩展能力：可选配温控样品池，用于温度依赖发光特性研究

QE Pro测得的钙钛矿纳米晶闪烁体材料性能表征图

图1. 通过减少自吸收增强闪烁性能

图2. 用于加速辐射发光衰减的激子路径工程

QE Pro支持SMA905光纤接口和多种外触发模式，便于集成到各类自定义搭建的自动化测试系统中。其紧凑的尺寸（182×110×47 mm）使其便于在实验室内灵活部署和移动使用。

QE Pro高灵敏度光谱仪

波长范围覆盖190-1100 nm(依配置)

灵敏度高，适用于常规应用和弱光信号的分析等。

动态范围宽，可检测极弱到较强的瞬态发光信号。

采用背照式CCD探测器具有高量子效率。

板载缓存可存储15000张光谱图，确保在高速采集中的数据完整性。

参考文献

Hu, X., Wang, Z., Thomas, S. et al. Polar solvent strategy enables scalable synthesis of perovskite nanocrystal scintillators for fast X-ray imaging. Nat Commun(2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71288-0