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光谱仪典型应用 产品中心 > 光谱仪典型应用 > 荧光测量
荧光测量

荧光光谱分析在许多科学领域和生产领域都有重要的应用,如医学、生物学、环境科学、农业学、化工领域等。


荧光光谱分析原理:激发光打在被测物质上,被测物质中的分子、原子吸收激发光的能量后,从低能级跃迁到高能级。该高能级是不稳定的,经过一段时间后,分子、原子自发的从非稳态的高能级跃迁到稳态或亚稳态的较低能级,同时发出一个光子。不同的原子、分子的能级是固定的,因此它们发出的光子能量是一定的,即波长一定。我们只要测出该荧光的波长,即可以识别所测物质的元素和成份,而比较荧光强度,我们可以测出它的含量。 

荧光光谱分析原理:激发光打在被测物质上,被测物质中的分子、原子吸收激发光的能量后,从低能级跃迁到高能级。该高能级是不稳定的,经过一段时间后,分子、原子自发的从非稳态的高能级跃迁到稳态或亚稳态的较低能级,同时发出一个光子。不同的原子、分子的能级是固定的,因此它们发出的光子能量是一定的,即波长一定。我们只要测出该荧光的波长,即可以识别所测物质的元素和成份,而比较荧光强度,我们可以测出它的含量。

如何区别激发光和荧光?荧光往往很弱,如果不把它从激发光里分离出来,它会被激发光完全淹没。荧光测量系统,通常用以下一种或几种方法来分离荧光:

1、 90°布置法:激发光和探测器90°方向布置。由于荧光没有方向性,它向四周发射,因此可以把探测器放在与激发光成90°的位置来接收荧光。大部分的荧光测量装置都采用此方法(同时常常配上其它方法)。

2、 时间延迟法:由产生荧光的原理可知,荧光从产生到完全消失,它有一个时间过程(即从高能级的非稳态跃迁到低能级的亚稳态或稳态的时间)。不同的物质,这个时间的长短是不一样的,它们从几微秒到几分钟不等。我们可以给探测器的快门一个延迟时间,让激发光完全消失后开始对荧光采样。在一些特殊条件,如用反射探针测固体、液体的荧光时,光路无法90°布置,这时需要通过延迟采样时间来分离出荧光。

3、 滤波法:从荧光产生原理可知,荧光的波长大于激发光的波长。我们在探测器前面放一个长通滤波片,它的截至波长稍大于激发光波长。这样,只有荧光才能被探测器采集。该法的另一个好处是可以虑掉一部分杂散光,但是它也可能虑掉一部分荧光。

如何提高探测器接收到的荧光?对于一些物质来说,产生荧光的能力是非常弱,以至一些普通探测器都无法响应。为了使探测器能够接收到更多的荧光,往往采用以下几个措施:

1、 提高激发光的强度:可以用激光器来代替卤素灯源,激光器的功率密度往往比卤素灯高的多。使用该方法,根据激光器功率的不同,荧光有几倍到几个数量级的提高。但是该方法受实验室条件限制,并不是任何时候都是可行的,同时,紫外波段的激光器价格比较昂贵。

2、 提高探测器的光收集效率:可以在其它几个方向上放一些反射镜,把这些方向上的荧光反射到探测器上。使用该方法,可以使收集到的荧光增加几倍到十几倍。

3、 改进光谱仪:荧光分析基本上都是通过光谱仪、分光光度计来实现,进入光谱仪、分光光度计的光通量受限于这些仪器的狭缝尺寸。我们可以增大狭缝尺寸,来提高进光量。但是,狭缝尺寸的增大,是以牺牲波长分辨率为代价,因此不能无限制的增加狭缝尺寸。提高光谱仪、分光光度计里面的各种反射镜、光栅对光的反射效率,也是增加探测器接受更多荧光的有效方法之一。大部分的光谱仪公司,都有专门的产品用作荧光测量,这些用作荧光测量的光谱仪、分光光度计都是在这些方面进行了改进。

美国OceanOptics公司是世界上最早从事微型光纤光谱仪的公司,到目前为止,已经售出65,000个光谱仪。它们应用在各个领域,包括荧光光谱分析。下表是使用OceanOptics公司光谱仪和附件配置的一个荧光测量系统:

荧光测量系统经济型配置

一、光谱仪

USB2000-FL(经济型) MAYA2000PRO(高性价比型) QE65000(高配置型)

波长范围:

360-1000nm 200-1100nm 350-1100nm

波长分辨率:

~8.5nm ~6.5nm ~6.5nm

二、激发光源

PX-2脉冲氙灯

波长范围:

220-750nm

三、测量软件

Spectrasuite

四、样品池座

CUV-ALL-UV

五、传光光纤

2根QP1000-2-UV-VIS

六、荧光探头(可选)

QF600-8-VIS/NIR

七、线性可变滤波片

LVF-UV-HL(激发光波长选择)

八、反射镜

74-MSP(提高荧光收集效率)

说明:脉冲氙灯PX-2是一个宽光谱光源(光谱图见下),线性可变滤波片LVF-UV-HL用来选择激发光的波长。通过该滤波片,我们可以在230-500nm之间选择任意一个波长,波长线宽可调:20nm-100nm。如果线性可变滤波片选用LVF-HL,则选择波长区间在300-750nm。

   

LVF-HL线性可变滤波片 可选择波长光谱图

 

 

 

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