“光谱仪在化学领域中的应用”在线讲座问题集锦集锦（4）

    化学是在原子层次上研究物质的组成、结构、性质、及变化规律的自然科学，是重要的基础科学之一。
    10月24日，HORIBA Scientific举办了光谱应用系列在线讲座（4）——“光谱仪在化学领域中的应用”，涉及：ICP光谱、拉曼光谱、荧光光谱、SPR四大技术，现将问题整理后供大家参考。
 

课程1：ICP光谱课程
Q：戚老师：可以测出F吗？
A: 目前ICP-OES不能进行F元素的定性定量检测。如果波长范围是120-800nm的话，可以测试卤素元素，诸如Cl和Br。
 
Q：南昌-王老师：ICP 采用什么检测器？
A：ICP光谱仪有两种类型检测器，CCD与PMT。这取决于具体应用，如果样品每次都要分析20个元素以上，宜采用CCD检测器；如果对分辨率要求比较高，或需要测试卤素元素，就需要采用PMT检测器。
 
Q：苏州热工-宋先生：等离子高温，具体温度达到多少？
A：等离子温度可以达到6000-10000K，正因为有这么高的温度，才能够激发多达70多种元素。
 
Q：863检测-ALLEN：合金钢里面铅如何能提高检测准确度？
A：对于合金钢样品来说，如果Pb是以痕量存在的话，可以采用基体匹配才进行测试。当然如果合金钢本身基体效应不大，可以直接采用标准曲线法进行测试，所以具体还是取决于合金钢的种类。
 
Q：浙江大学-材料系-余老师：测试硅纳米颗粒中的Si、O、P、B等元素，用OES好还是AES？
A：ICP-OES和ICP-AES是同一个意思，都是指等离子体发射光谱仪，早期称之为ICP-AES，后因为质谱仪的出现，为区别质谱仪，将AES改为OES。ICP-OES可以测试Si纳米粒子中Si、P和B。但是O元素测试不了。另外也取决于Si纳米颗粒中这几种元素的含量，目前ICP光谱仪在水溶液中测试精度是在ppb级别。
 
Q：计量学院-DONG：ICP对进样系统的清洗有哪些要求？
A：ICP进样系统的清洗取决于仪器使用是否很频繁。对于雾化器，可以通过注射器进行清洗，对于雾化室我们采用大量高纯水来进行冲洗。
 
Q：计量学院-DONG：ICP-OES的浓度检测结果是直接给出的，还是要提取光谱数据进行后期数据处理？
A：ICP-OES的测试结果可以由软件直接给出。例如建立方法时，你可以直接按照固体里面的单位进行设置，也可以按照溶液里面的单位设置。同时软件还可以输入称重值、定容值，终给出对应的原始固体里面的含量。
 
Q：863检测-ALLEN：目前ICP 2000 2 主要采用峰面积换是峰高进行定量，哪个准确度高些？
A：ICP光谱仪定量分析主要是基于元素的强度和它的浓度成正比，根据比尔定量建立标准曲线，进一步进行精确定量分析。
 
Q：中科院生态研究中心-王老师：测试中雾化器起什么作用？
A：在CIP-OES中，雾化器的作用主要是将液体样品进行汽化变为气溶胶。
 
Q：863检测-ALLEN：你们的ICP 可以采用峰面积定量吗？
A：ICP-OES定量是根据峰相对应的强度来进行定量分析。分析模式可以采用大点法，或者高斯法。
 
Q：ICP-OES检测与ICP-MS检测的优缺点？
A：ICP-OES和ICP-MS的区别测试的浓度范围不同。ICP-OES检测范围是ppb~%， ICP-MS的检测下限比较低，可以到ppt，ppq这么低的下限，但是浓度过高，检测器会饱和损坏。
 
Q：863检测-ALLEN：那一般金属材料元素分析必须集体匹配才可以检测？
A：金属材料在分析测试时，根据各自的配比，所用的方法都不尽相同。对于一些高纯样品，因为所测元素时痕量范围，一般采用基体匹配较为合适。

课程2：拉曼光谱课程
Q：江苏大学-高老师：我们能采用拉曼光谱仪进行定量分析吗？
A：拉曼可以做定量分析，对于溶液来说比较容易，因为不存在取样是否均匀的问题；对于固体样品来说，由于样品分布不均匀，显微拉曼无法准确定量，可以用透射拉曼实现
 
Q：江苏大学-高老师：拉曼可以对所有的样品作三维成像吗？是否能够看到内部结构？
A：只要激光能穿透进样品，都可以做三维成像，具体三维成像能做多深，跟样品的消光系数和激发波长有关。在三维成像图上，可以使用透视法或切片观察截面方法看到内部结构
 
Q：xiaolu：成像的原理是什么？空间信息只能是有机么？
A：成像是通过软件控制自动平台的位置，获取一个区域里的各个点的拉曼光谱，然后通过后续的数学处理解析光谱获得。如果要获取不同物质的分布图，可以根据光谱的相似度进行解析，相同的光谱归为一类，不相同的光谱归为另外一类；如果获取物质的峰信息分布，可以拟合光谱的峰位、峰强和峰面积即可。
 
Q：songwei：请问三维成像的硬件要求及测试的空间分尺度？
A：只要配备XYZ自动平台即可进行三维成像；空间分辨率跟激光光斑的尺寸有关，光斑直径d=1.22λ/NA，λ是激光波长，NA为物镜的数值孔径，以532nm激发波长，100x物镜为例，光斑直径约1um，所以能达到横向1um，纵向2um的空间分辨率
 
Q：xiah：在分析浅表面成分时，什么样的条件比较适合？
A：寻找在样品中穿透较浅的激光用于分析表面成分。一般来说，紫外激光在样品中穿透比较浅，适合于分析浅表面样品，但是不是绝对的
 
Q：lei：请问你们用拉曼做定量分析时是根据什么定量，如何选择特征峰？
A：定量是根据特征峰的积分强度来分析的。特征峰好是单峰；如果没有单峰，可以通过峰位拟合的方法获取特征峰的积分强度；如果峰位非常复杂，难以找到特征峰，可以通过化学计量学的方法进行定量分析。
 
Q：jessy：可以用同一台拉曼仪器可以将结构分析和荧光的各相异性的分析结合在一起吗？
A：可以。拉曼光谱仪同时是一台性能非常好的光致发光光谱仪。
 
Q：中科院生态研究中心-王老师：激光拉曼测试分析，如何选择合适激光器波长？
A：如果做表面薄膜分析，可选择紫外激光；如果不是薄膜且样品没有荧光干扰，那尽量选择短波长的可见激光；如果样品有荧光干扰，则要选择合适的激光去避开，比如荧光出现在700nm等长波长的地方，则选择用473nm或532nm去避开，如果荧光出现在500nm等短波长的地方，则选择785nm等长波长激光去避开。

课程3：荧光光谱课程

Q：张老师：荧光寿命如何测定？

A：荧光寿命是当某种物质被一束激光激发后，该物质的分子吸收能量后从基态跃迁到某一激发态上，再以辐射跃迁的形式发出荧光回到基态。当激发停止后，分子的荧光强度降到激发时大强度的1/e所需的时间称为荧光寿命。

用脉冲激发源，通常是激光二管或LED，在发出一个脉冲光的同时，产生一个同步“start”计时信号，输入到计时电子装置（计时单元）。脉冲的光激发了样品，在一定时间后它回到基态并发出光子，发射光脉冲入射到检测器，它提供一个“stop”信号到计时电子装置，start和stop两个信号的差异输出到直方图。这个过程重复多次，直到直方图完全建立。在观察足够长的单光子计时条件后，直方图中对应时间通道的光子数和这个时间衰减的强度成比例。激发态的衰减理论上是遵从一个指数行为，但是荧光光子的发射是随机出现的，所以需要多次循环激发-发射来建立这个衰减曲线。

Q：四川大学-陈老师：样品有光漂白现象，怎么避免？

A：建议采用CCD作为光谱仪检测器，配合可以级成像光谱仪，一次快速采集全谱信息，可以消除时间造成的光谱漂移，避免由长时间光辐射造成的“光漂白”。

Q：中科院生态研究中心-王老师：请简要介绍下荧光/磷光产生机理？

A：荧光是物质吸收光后发生出一定波长光的现象（通常是发射出较长波长的光）。荧光的时间尺度通常是皮秒到微秒范围。发射发生在较长的时间尺度（微秒到秒级），这个尺度的发光通常被称为磷光。由于激发态分子会损失能量到环境中，发射光的波长通常在较长的波长（较低的能量）位置，磷光甚至会发生在更长的波长位置。

我们可以采用Jablonski diagram能级图说明荧光和磷光的定义，荧光总是发生在从低的激发态能级回到基态的过程中，电子从较高的能级到跃迁至基态，其需要时间在纳秒尺度。由于时间尺度和环境的影响，荧光基团可以被认为是一种很好的纳米尺度的探针，同时基于荧光分子对于局域环境（粘度、PH值、介电常数、性、温度和分子间相互作用等）的其敏感，导致其被广泛应用。

课程4：SPR课程

Q：Xiah：如果我分析的分子比较大，是否会将相互反应的槽堵塞？

A：不会。SPRi流路设计满足粗样品和粘稠样品的测试需求，如：血清、血浆和细胞等。

Q：jiang：我们想在SPR的芯片上做自己的功能化，请问你们的芯片能不能让我们自己做功能化？

A：可以。HORIBA采用开放式芯片设计，完全支持您的专属开发需求。

Q：四川大学-陈老师：SPR和SPRi有什么区别？

A：表面等离子体共振（SPR）是一种物理光学现象，当金属薄膜表面质量发生改变时，会引起表面折射率产生变化，通过测量这种变化，可得到分子作用动力学及浓度等信息，从而了解分子之间的相互作用。SPRi技术将等离子体共振技术、成像技术（Imaging）和微阵列芯片技术进行结合，可一次获取百种生物分子相互作用的信息，这种阵列测量方式突破了传统通道式测量的局限，特别适用于快筛及实时成像的应用要求。

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