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[align=center][font='宋体'][size=16px]三维荧光光谱仪的应用[/size][/font][/align][font='宋体'][size=16px]三维荧光光谱是激发波长—发射波长—荧光强度三维坐标所表征的矩阵光谱,英文全称:Excitation-Emission-Matrix Spectra(EEMs)。三维荧光光谱(EEMs) 能同时获得激发和发射波长信息,且因污染物种类和含量不同而各异,具有与水样(溶液)一一对应的特点,就像人的指纹具有唯一性一样,所以被称为水的“荧光指纹”。中广测配备HORIBA公司的Aqualog三维荧光光谱仪,可实现液体样品的荧光光谱、吸收光谱及三维荧光光谱的测试,同时还可进行单点动力学测试、样品空白和背景自动扣除、荧光内吸收矫正等功能。[/size][/font][align=center][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/10/202310271148051748_9255_2862401_3.jpeg[/img][/align][align=left][/align][font='宋体'][size=16px]一、仪器信息[/size][/font][font='宋体'][size=16px]仪器名称:同步吸收-三维荧光光谱仪[/size][/font][font='宋体'][size=16px]英文名称:HORIBA Aqualog Fluorescence Spectrometer[/size][/font][font='宋体'][size=16px]生产制造商:HORIBA公司[/size][/font][font='宋体'][size=16px]型号:HORIBA Aqualog[/size][/font][font='宋体'][size=16px]HORIBA Aqualog 同步吸收—三维荧光光谱仪,全球首台可同时测定紫外-可见吸收光谱与三维扫描荧光的光谱仪器。耦合于origin的专用软件自动修正内吸收效应,扣除瑞利和拉曼散射。[/size][/font][font='宋体'][size=16px]二、主要技术指标[/size][/font][font='宋体'][size=16px]1.光源:150W氙灯光源,激发范围230-620 nm[/size][/font][font='宋体'][size=16px]2.激发带宽:5 nm[/size][/font][font='宋体'][size=16px]3.激发波长精度:±1 nm[/size][/font][font='宋体'][size=16px]4.波长重复性:±0.5 nm[/size][/font][font='宋体'][size=16px]5.发射范围:240-630 nm[/size][/font][font='宋体'][size=16px]6.检测器:TE制冷背照式CCD检测器(荧光) 硅光二极管(吸收)[/size][/font][font='宋体'][size=16px]7.发射积分时间:1 ms (minimum)[/size][/font][font='宋体'][size=16px]8.灵敏度:水拉曼信噪比SNR20000(350ex, 30s 积分时间)[/size][/font][font='宋体'][size=16px]三、应用范围[/size][/font][font='宋体'][size=16px]广泛应用于生物、化学、材料等方向的科研开发,地表水、地下水、自来水、工业园区废水中的有机污染物监测与分析。[/size][/font][font='宋体'][size=16px]四、服务范围[/size][/font][font='宋体'][size=16px]1.生物领域:酶动力学、蛋白质分析、生物发光。[/size][/font][font='宋体'][size=16px]2.材料领域:发光材料、电化学发光、量子点、荧光传感材料。[/size][/font][font='宋体'][size=16px]3.化学领域:反应动力学、化学发光、荧光探针。[/size][/font][font='宋体'][size=16px]4.环境领域:水体DOM分析、污染物迁移转化分析、水体污染物监测评估。[/size][/font][font='宋体'][size=16px]5.工业领域:油品鉴定分析、工业废水处理评价。[/size][/font][font='宋体'][size=16px]五、应用案例[/size][/font][font='宋体'][size=16px]1.荧光光谱在用于荧光探针方面的研究应用[/size][/font][font='宋体'][size=16px]荧光光谱是荧光探针研究的有效手段,通过荧光光谱测试可考察探针分子对目标离子的选择性,灵敏度及抗干扰能力。如在小分子荧光探针氟硼二吡咯(BODIPY)应用于溶液及生物体系钯离子的检测研究中,借助荧光光谱方法,实现了在溶液体系及检测试纸上,开发的荧光探针均能对钯离子的荧光信号增强响应(“OFF-ON”),且手持紫外灯下肉眼可查,探针抗干扰性强。[/size][/font][align=center][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/10/202310271148054076_1318_2862401_3.jpeg[/img][/align][font='宋体'][size=16px]2.荧光光谱用于敏感物质荧光传感检测方面的应用 [/size][/font][font='宋体'][size=16px]基于小分子荧光传感材料的研究中,通过荧光光谱方法及荧光动力学研究能有效评估荧光传感材料对目标物响应性能及光稳定性。如针对小分子硝酸酯类爆炸物季戊四醇四硝酸酯(PETN)的检测研究中,通过荧光光谱方法可得到具有较高选择性的荧光淬灭或增强效果传感检测材料。三维荧光光谱是痕量爆炸物荧光传感检测研究的有力工具。[/size][/font][align=center][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/10/202310271148054581_9565_2862401_3.jpeg[/img][/align][font='宋体'][size=16px]3.三维荧光光谱法在有机污染物处理过程中的监测应用[/size][/font][font='宋体'][size=16px]三维荧光光谱法可直观实现对有机污染物降解过程中污染物变化的监测。如在对苯胺和二甲苯的降解过程中,三维荧光光谱可以直观地监测反应过程,能够很好地反映废水降解过程中,有机污染物强度,种类变化过程。其测定迅速、简便、灵敏度高,可用于对各类水处理效果的定性分析、评价。[/size][/font][align=center][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/10/202310271148058933_5515_2862401_3.jpeg[/img][/align][align=left][/align][font='宋体'][size=16px]4.三维荧光光谱在水体DOM分析中的应用[/size][/font][font='宋体'][size=16px]激发-发射矩阵(EEM)荧光光谱结合数据处理算法已被广泛应用于表征水生和陆地系统中的溶解有机物(DOM)。如采用并行因子框架聚类分析(PFFCA)方法,对不同信噪比和非线性结构强度的模拟数据进行分析,PFFCA为复杂合成和天然样品的独特分解提供了一种稳健的方法,这对于理解水系统中DOM的特性具有重要意义。[/size][/font][align=center][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/10/202310271148059192_8596_2862401_3.jpeg[/img][/align]
一、概况及发展历史1.原理在吸收紫外和可见电磁辐射的过程中,分子受激跃迁至激发电子态,大多数分子将通过与其它分子的碰撞以热的方式散发掉这部分能量,部分分子以光的形式放射出这部分能量,放射光的波长不同于所吸收辐射的波长。后一种过程称作光致发光。分子发光包括荧光、磷光、化学发光、生物发光和散射光谱等。基于化合物的荧光测量而建立起来的分析方法称为分子荧光光谱法。由光源发出的光通过切光器使其变成断续之光,通过激发光单色器变成单色光,此光即为荧光物质的激发光。被测的荧光物质在激发光照射下所发出的荧光,经过单色器变成单色荧光后照射于光电倍增管上,由其所发生的光电流经过放大器放大输至记录仪。一个激发,一个发射,采用双单色器系统,可分别测量激发光谱和荧光光谱。目前国内外荧光光谱仪示意图如图一:http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/12/201112201524_339678_2439370_3.jpg 图一 荧光光谱仪原理示意图2.分类荧光光谱仪是测定材料发光性能的基本设备。 通用荧光光谱仪大致可分为3种:(1) 基本型:在200-800 nm的紫外可见波段的稳态光谱仪。 (2) 扩展型:覆盖200-1700 nm波段的紫外可见-近红外稳态光谱仪。 (3) 综合型:覆盖上述两个波段,同时可测瞬态光谱的光谱仪。3.主要用途(1)荧光激发光谱和荧光发射光谱; (2)同步荧光(波长和能量)扫描光谱; (3)3D(Ex Em Intensity) ;(4)Time Base和CWA(固定波长单点测量); (5)荧光寿命测量,包括寿命分辨及时间分辨;(6)计算机采集光谱数据和处理数据(Datamax和Gram32)。4.发展历史第一次记录荧光现象的是16世纪西班牙的内科医生和植物学家N.Monardes,1575年他提到在含有一种称为“LignumNephriticum”的木头切片的水溶液中,呈现了极为可爱的天蓝色。在17世纪,Boyle(1626—1691)和Newton(1624—1727)等著名科学家再次观察到荧光现象。之后荧光就引起了许多科学家的研究兴趣,荧光分析方法也越来越多的被应用到生物和化学分析当中。 当然荧光分析方法的发展,与仪器应用的发展是分不开的。总体来说,荧光光谱仪自问世以来经过了三个阶段的发展过程: (1)手动式;(2)自动扫描;(3)微机化。19世纪以前,荧光的观察是靠肉眼进行的,直到1928年,才由Jette和West提出了第一台光电荧光计。光电荧光计的灵敏度是有限的,1939年Zworykin和Rajchman发明光电倍增管以后,在增加灵敏度和容许使用分辨率更高的单色器等方面,是一个非常重要的阶段。1943年Dutton和Bailey提出了一种荧光光谱的手工校正步骤,1948年由Studer推出了第一台自动光谱校正装置,到1952年才出现商品化的校正光谱仪器。 二、主要部件及功能 荧光光谱仪主要包括光源、激发单色器、样品池、荧光单色器及检测器等主要部件。1.光源早期的荧光分光光度计,配有能发生很窄汞线的低压汞灯。使用高压汞灯,谱线被加宽,而且也存在高强度的连续带。然而,一个完整的激发光谱的测定需一种能发射从可见到紫外范围的较高强度的光辐射的灯。氙弧灯能适于此条件,因此,它是目前在荧光分光光度计中最广泛使用的光源。2.单色器单色器的作用是把光源发出的连续光谱分解成单色光,并能准确方便地“取出”所需要的某一波长的光,它是光谱仪的心脏部分。单色器主要由狭缝、色散元件和透镜系统组成,其中色散元件是关键部件。色散元件是棱镜和反射光栅或两者的组合,它能将连续光谱色散成为单色光。(1)棱镜单色器 棱镜单色器是利用不同波长的光在棱镜内折射率不同将复合光色散为单色光的。棱镜色散作用的大小与棱镜制作材料及几何形状有关。常用的棱镜用玻璃或石英制成。可见分光光度计可以采用玻,它适用于紫外、可见整个光谱区。 (2)光栅单色器 光栅作为色散元件具有不少独特的优点。光栅可定义为一系列等宽、等距离的平行狭缝。光栅的色散原理是以光的衍射现象和干涉现象为基础的。常用的光栅单色器为反射光栅单色器,它又分为平面反射光栅和凹面反射光栅两种,其中最常用的是平面反射光栅。光栅单色器的分辨率比棱镜单色器分辨率高(可达±0.2nm),而且它可用的波长范围也比棱镜单色器宽,且入射光80%的能量在一级光谱中。近年来,光栅的刻制复制技术也在不断地改进,其质量也在不断的提高,因而其应用日益广泛。(3)狭缝狭缝是单色器的重要组成部分,直接影响到分辨率。狭缝宽度越小,单色性越好,但光强度也随之减少。3.样品池荧光仪用的样品池需用低荧光的材料制成,通常用玻璃和石英材料,形状以方形和长方形为宜。4.检测器
(1)在生物领域的应用该领域主要用于临床测定生物样品中某些成分的含量,生物技术及免疫技术的分析等,如脱氧核糖和脱氧核糖核酸的含量测定、DNA、抗体、抗原等各方面的研究。在此领域中主要时利用各种荧光探针进行分析检测,主要分为生物纳米荧光探针和生物非纳米荧光探针。其中纳米技术的兴起,打开了荧光分析的又一个新的领域。由于纳米材料具有很好的荧光性,宽激发,窄发射等优良的光谱特点,使其成为荧光分析中的重要的研究对象,引起了研究者的兴趣。(2)在食品领域的应用该领域主要用于食品中矿物质及金属元素、氨基酸、维生素、菌类污染、添加剂、防腐剂、食品包装有害物质、农药残留等的分析检测。特别是与HPLC、TLC、FIA等技术的结合可以更好的达到食品中各种物质的检测效果。目前我国食品标准日趋国际化,对于食品分析的要求也越来越趋向于灵敏和微量化。荧光分析正可以满足这方面的分析要求。(3)在药物分析中的应用药物分析领域可以利用荧光分析进行药物的有效成分鉴定、药物代谢动力学研究、临床药理药效分析等。药物荧光分析可以分为三类:直接荧光分析、间接荧光分析和纳米荧光分析。常规荧光分析法最早被应用于分析抗疟疾药物奎宁,随着荧光分析法的发展,其应用范围日益扩大,目前被广泛用于抗菌素药物、止痛药、镇静剂、止血药等的分析。(4)在环境分析中的应用该领域主要利用荧光分析检测环境中的物质的含量,主要是对水体、矿石和土壤进行检测。随着有机化工、石油化工、医药工业的发展, 以及农药( 杀虫剂、除草剂等) 的大量使用, 有机化合物对环境的危害和污染日益严重。目前被列入有机污染物监测国家标准方法中的荧光分析法有;冷原子荧光法对有机汞的测定;乙酰化滤纸层析荧光分光光度法对大气飘尘和水体中苯并( a) 芘的测定;酚类 、木质磺酸酯、多环芳烃( 芘、萤、蒽) [ PASH]的荧光分析法测定等。