红外荧光测试

近中红外荧光光谱系统近中红外具体指哪个波段？红外波，是电磁频谱中的重要组成部分。相较于我们常说的可见光波段，是人眼所无法看到的成分。红外辐射覆盖从700nm到1mm的范围，常见地按照波段进行区分，红外分为以下几个部分：近红外（0.751.4μm）、短波红外（1.4-3μm）、中红外（3-8μm）、长波红外（8-15μm）、远红外（15-1000μm），所以近中红外区我们大致概括为700nm到8μm范围。红外与电磁波谱的关系波段波长范围应用领域近红外0.75 - 1.4μm材料科学、光纤通信，医学领域短波红外1.4 - 3μm电信和军事应用中红外3 - 8μm化学工业和天文学长波红外8 - 15μm天文望远镜和光纤通信远红外15 - 1000μm通常用于癌症治疗不同红外区的波段及应用近中红外荧光材料的典型应用——近中红外激光晶体Er:YAG和Cr,Er:YAG激光晶体棒的图片由于3μm中红外波段激光在军工领域、激光理疗设备及环境监测等领域有着重要的应用前景，稀土离子掺杂的固体激光材料因此得到广泛关注及大量研究。较早被研究的材料有基于808nm、980nm激光器激发的Er3+的2.7μm发射（4I11/2-4I13/2跃迁），随着半导体激光器在短波长逐渐成熟，衍生出了Ho3+离子掺杂的LiYF4，使用640nm的激光激发可产生1.2μm（5I6-5I8），2.0μm（5I7-5I8），2.8-3μm（5I5-5I7）均具有较强的荧光，再有硫系玻璃如Ho3+掺杂的Ge-Ga-S-CsI玻璃，在900nm激发下能够发射2.81μm（5I6-5I7）和3.86μm（5I5-5I6）。近中红外客户案例与实测数据1) 掺铒微晶玻璃的中红外荧光光谱在众多激光玻璃材料中，由于Er离子掺杂的氟化物玻璃具有较低的声子能量、优异的中红外透过特性、较高的激光损伤阈值，因此它是目前实现2.7μm波段光纤激光器的候选材料并备受关注，其2.7μm波段发光源于Er3+离子的4I11/2-4I13/2跃迁。采用卓立汉光中红外荧光测试系统，系统组成：980nm激光器、Omni-λ5015i影像校正型红外单色仪、红外镀金反射式样品室、液氮制冷型InSb探测器（光谱响应范围1-5.5um）。掺铒中红外荧光微晶玻璃PL谱测试结果，发射峰在2.7μm左右。2) 近中红外荧光光谱系统配置808nm，980nm激光器掺Er离子样品发射在1550nm，2730nm左右。3) 近中红外荧光光谱系统PbS量子点ns寿命测量及时间分辨荧光光谱碲酸盐玻璃掺杂硫酸锌YAG:Er晶体系统性能及指标稳态测试发射光谱：1-5.5μm（选配探测器拓宽光谱范围）瞬态测试荧光寿命衰减尺度：μs-ms-s（需配置示波器，具体视激发光源而定）激发光源连续激光808nm、980nm、1064nm、1550nm、1940nm等OPO可调谐激光器可选输出范围：3000-3450nm，2700-3100nm，650-2400nm，410-2400nm，210-2400nm。重复频率：20Hz，脉冲：≤6ns，mJ级别的单脉冲能量纳秒固体激光器2940nm，1064nm，532nm等光路切换外置3路激光切换装置，通过推拉装置进行光路切换，无需移动或调整激光样品仓结构红外专用镀金反射式样品仓，带两个激光吸收阱，带高通滤光片插槽样品架标配：液体、粉末、薄膜样品架光谱仪光路结构Czerny-Turner（CT）光路设计，焦距：320mm，杂散光：1*10-5光栅配置配置三块进口光栅，尺寸：68mm×68mm光子计数型探测模块近红外光电倍增管950-1700nm，TE制冷型，制冷温度：-60℃，最小有效面积Ø 1.6mm，增益：1×106，阳极暗计数：2.5×105，阳极脉冲上升时间：0.9ns近红外光电倍增管300-1700nm，液氮制冷型，制冷温度：-80℃，最小有效面积3×8mm，增益：1×106，阳极暗计数：2.5×105，阳极脉冲上升时间：3ns单光子计数器计数率：100Mcps，采样速率：1MB/S，四通道模拟输入：1-10V，通道数：10000时间相关单光子计数器计数率：100Mcps，分辨率：16/32/64/128/256/512/1024ps，通道数：65535模拟信号型探测模块TE-InGaAs探测器800-1700nm，TE制冷型，制冷温度：-40℃，光敏面直径：3mm，峰值响应度：0.9 A/W，配置温控器及前置放大器，温度稳定度：±0.5℃，信号输出模式：电流TE-InGaAs探测器800-2600nm，TE制冷型，制冷温度：-40℃，光敏面直径：3mm，峰值响应度：1.2 A/W，配置温控器及前置放大器，温度稳定度：±0.5℃，信号输出模式：电流LN-InSb探测器1-5.5μm，液氮制冷型，制冷温度：77K，光敏面尺寸：Ø 2mm，峰值响应度：3A/W，配置前置放大器，信号输出模式：电流LN-MCT探测器2-12μm（另有14μm、16μm、22μm选项），液氮制冷型，制冷温度：77K，光敏面尺寸：1×1mm，峰值响应度：3x103V/W，配置前置放大器，信号输出模式：电压锁相放大器参考信号通道，频率范围：50mHz至102kHz，输入阻抗：1MΩ/25pF，输入信号类型：方波或正弦波，相位分辨率：0.01°，相位漂移：低于10kHz 0.1°/℃；高于10kHz：0.5°/℃斩波器频率范围：标配20~1KHz（ 10孔），30~1.5KHz（15孔），60~3KHz（30孔），TTL/COMS电平输入输出，频率稳定性：250ppm/℃，频率漂移：1%，输入输出连接器：BNC时序控制器可编程延时发生器脉冲通道个数：6个，一个T（时钟基准），其他为CH1-CH5，单个脉冲周期：最小值100ns（10MHz），最大值1s（1Hz），单个脉冲宽度：≥50ns，脉冲延迟：100ns-1s（基于T通道时钟），脉冲输出高电平：T，CH1-CH2：5±0.5V/20mA；CH3:4.5V±0.5V/100mA（适用于50Ω输入阻抗外设）；CH4-CH5:3.3±0.5V/高阻，分辨率：1μs，上升时间：4-6ns电源：USB供电：5V/500mA，通讯接口：USB2.0，输出接口：SMA示波器示波器模拟带宽：500 MHz，通道数：4+ EXT，实时采样率：5GSa/s(交织模式），2.5GSa/s(非交织模式)，存储深度：250Mpts/ch(交织模式)，125 Mpts/ch(非交织模式)电脑及软件标配电脑标配操作系统Windows系统Omni-Win控制软件稳态测试功能：激发扫描，发射扫描，同步扫描，三维扫描瞬态测试功能：动力学扫描，寿命扫描，时间分辨光谱扫描可选功能：温度控制扫描光学平台阻尼隔振光学平台尺寸（L×W×H）：1500mm×1000mm×800mm阻尼隔振光学平台尺寸（L×W×H）：1800mm×1200mm×800mm相关文章成果液氮制冷型MCT检测器1、基于全光纤结构的2-6.5μm红外高能量超连续光源输出光谱测量[1] (a) 不同长度的As2S3光纤输出光谱测量 (b) 4m As2S3 光纤在不同输入光能量下的输出光谱2、PPLN晶体中通过温度调谐自由差频产生的连续波2.9-3.8μm 随机激光光谱测量[2]2.9μm-3.8μm可调谐中红外随机激光光谱测量液氮制冷型InSb检测器1、中红外发光硫卤玻璃陶瓷中红外发光研究[3]，通过引入Ga2S3纳米晶，极大增强了硫卤玻璃陶瓷位于2.3和3.8μm处的中红外发光强度。下图为440℃不同热处理时间下的硫卤玻璃陶瓷中红外发射光谱测试，浅蓝曲线为主体玻璃陶瓷的发光。硫卤玻璃陶瓷中红外发射光谱2、能量转移相关的Ho3+掺杂Yb3+敏化氟铝酸玻璃的中红外2.85μm发光研究[4]Ho3+/Yb3+ 掺杂氟铝酸玻璃的中红外荧光光谱TE制冷型InGaAs检测器Bi:CsI晶体的超宽近红外发光光谱[5]300K不同激发波长下Bi:CsI 晶体的近红外发光光谱参考文献：【1】Bin Yan etal, Optics Express, Vol. 29, No. 3【2】Bo Hu etal, Science China-Information Sciences , August 2023, Vol. 66【3】Shixun Dai etal, Journal of Non-Crystalline Solids 357 (2011) 2302–2305【4】Beier Zhou etal，Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 149(2014)41–50【5】Liangbi Su etal, OPTICS LETTERS , Vol. 36, No. 23, December 1, 2011

英国Edinburghinstruments，一个由科学家群体组成的研发团队，专注于生产和研发高性能研究级光谱仪的公司。产品线覆盖从紫外可见到近红外区域，从稳态光谱测量到瞬态光谱测量，以及激光闪光光解光谱仪等等。这是爱丁堡苏格兰工厂全新打造的新一代紧凑型一体化荧光光谱仪。这款仪器基于高标准进行设计，具有高灵敏度，快速数据获取，操作简单的特点，同时还有丰富的样品支架可以进行选择。拥有爱丁堡仪器在荧光光谱仪上超过35年的制造经验，FS5可以为您提供您所能想到的各种测试需求。FS5为中档价位的荧光光谱仪在全球分析和研究市场上设立了一个全新的标准，针对不同的应用方向，我们都有相应测量模式可以进行选择。? 单光子计数的超高灵敏度? 高动态范围和数据获取速度? 独特的软件——为荧光光谱仪量身定做? 升级的可选模式 PSP——纯光谱，极低的杂散光，无高级散射光干扰 NIR——可扩展光谱范围至1650nm POL——测量荧光各向异性和偏振度 MCS——完成微秒到秒级的寿命测试 TCSPC——完成皮秒到微秒的寿命测试? 极其丰富的样品支架选项 FS5 – TCSPC 荧光寿命升级除了拥有FS5标准荧光测试功能以外，这款升级还能实现皮秒、纳秒到微秒范围的寿命测量（10μs）。FS5-TCSPC型号需要皮秒脉冲二极管和LED作为激发光源，我们只需要简单地将光源连接到FS5-TCSPC特制的样品仓中，这个样品仓与所有样品支架相兼容。寿命测试的时候不需要单独的激光驱动和数据分析模块。软件完全兼容所有的测试功能，提供重卷积和曲线拟合。皮秒激光二极管（EPL）和皮秒脉冲发光二极管（EPLED）都是单一波长输出。我们至少需要一个或者一个以上的皮秒脉冲光源来激发样品，激发波长根据用户的具体应用方向进行选择。TCSPC寿命测试可以使用FS5标准的检测器，可以实现150ps-10us的测量。当我们使用快速响应检测器的时候可以优化仪器响应函数，可实现低至50ps的寿命测量。FS5 – NIR 近红外光谱区域扩展进行近红外波长测试的扩展，在目前的紧凑型荧光光谱仪中只有FS5能够实现。通过接入第二个近红外的检测器，FS5轻松地实现测试波长范围的扩展，而无需牺牲紫外可见区的灵敏度。有多种近红外检测器可以进行选择：FS5-NIR额外扩展一个制冷侧窗PMT和近红外光栅可以达到1100nm；FS5-NIR+可以升级电制冷的近红外PMT和近红外光栅实现远至1650nm的测试。这两种升级选项全部基于单光子计数技术以实现很高的灵敏度，并且能与任何寿命升级选项相兼容。FS5-POL 荧光偏振度和各向异性的测量偏振荧光升级选项包括位于激发和发射侧的由软件控制的自动偏振片。借助于偏振片可以完成偏振荧光和荧光各向异性的测量。测量可以自动计算得到各向异性曲线，包含原始数据和G因子校正的数据。如果和TCSPC联用，可以进行时间分辨的荧光各向异性分析。FS5-POL 标准配置紫外可见区，我们还可以选配近红外偏振片使发射侧的偏振测量范围扩展到1650nm。FS5-MCS 微秒级到秒级寿命测试FS5-MCS除了拥有FS5所有的标配功能以外，还可以实现10μs的长寿命测量，特别适用于强发光的荧光粉和稀土样品。标准的连续氙灯光源和脉冲闪烁氙灯光源之间的切换由软件自动控制完成。测量模式也同时会在标准的光子计数和时间分辨光子计数之间进行切换。如果需要长时间进行寿命测试的时候连续氙灯会通过软件自动关闭，这会节省氙灯的能量，增加使用的寿命。几乎针对所有应用，FS5都有相应的样品支架可供用户进行选择。这些附件的安装使用十分简单方便。绝大多数的附件安装只需要十几秒的时间就可以完成。专用的Fluoracle软件可以自动识别每一个样品支架，用户使用界面十分友好，操作十分便捷。

超高分辨活细胞荧光红外显微成像系统 【 产品简介 】荧光作为生物学特异性识别的主要手段，一直以来在生命科学中发挥着重要作用。但是这需要被分析的物质具有荧光或者可以被荧光所标记。振动光谱(IR & Raman)是成熟无标记的技术，能够直接提供物质本身的结构信息，能够为生命科学提供广泛的大分子、药物、材料、脂质体等无标记物质的表征能力，在生命科学研究中具备重大潜力。具有亚微米和同步拉曼能力的O-PTIR克服了传统红外显微镜分辨率不足和在不平整表面米氏散射严重的问题，使得这种广泛的大分子表征现在可以在500 nm的生物相关空间尺度上进行，实现红外与拉曼和荧光成像分辨率相匹配，具备真正意义上的共定位能力。 现在，mIRage-LS将这些技术完全集成到一个系统上，仅需一台设备即可实现样品的全面红外、拉曼、荧光信号分析，获得任意一种单一技术本身都无法获得的额外信息和见解。【产品特点】　　☆ 荧光红外共定位成像分析　　☆ 亚微米尺度红外拉曼分辨率　　☆ 红外拉曼同步测量　　☆ 非接触式测量，同时支持透射、反射模式并且无米氏散射问题　　☆ 可测试活细胞(液体环境)【优势领域】单细胞分析：　　☆ 正常/患病细胞分化　　☆ 药物-细胞相互作用　　☆ 细胞内(脂滴) 成像研究组织分析：　　☆ 细胞分型　　☆ 钙化、疾病状态区分　　☆ 胶原蛋白取向细菌观测：　　☆ 单细菌鉴定　　☆ 细菌代谢研究光学光热红外O-PTIR在生命科学领域应用的显著优势　　☆ 亚微米级的空间分辨率；　　☆ 可直接获取液体中活细胞的红外成像；　　☆ 灵敏度高，可直接观测单细胞 (如细菌、哺乳动物细胞等)；　　☆ 无米氏散射干扰，即使在细胞边缘也不受影响；　　☆ 超高光谱分辨率；　　☆ 无需直接接触即可测量软组织的红外光谱；　　☆ 可实现红外和拉曼同步测量；　　☆ 可实现超过10 μm厚的样品测试，直接置于载玻片上观察分析；　　☆ 可配置极化的红外光源超分辨红外技术O-PTIR理想空间分辨率横向对比 (FTIR, QCL and O-PTIR microscopes)专为生物样本设计的新型“双区(C-H/FP)”QCL新型“双区(C-H/FP)”QCL能够在在一台设备中同时涵盖了C-H拉伸和指纹区 (3000-2700、1800-950cm-1) 反射模式下收集的O-PTIR光谱在数据库(Wiley KnowItAll)搜索结果，匹配率超过95%。【应用案例】1. 荧光成像与O-PTIR联合表征　　荧光成像对于分子生物学机制的研究具有十分重要的意义，而传统红外很难原位测量细胞的红外图谱，因此无法将蛋白定位与原位细胞的红外图谱进行原位叠合，这对于红外在生物学的机制研究中的应用十分不利。而O-PTIR能够直接在不损伤细胞的情况下测量不同区域的红外图谱，与荧光图像相结合探究蛋白结构与分布上的变化。图1. 阿尔兹海默症脑组织切片样品，左侧白光图，中间荧光图，右侧O-PTIR在中图中的红色与蓝色区域的采集的红外图谱2. 感染疟原虫的红细胞表征　　疟原虫属寄生虫引起的疟疾是威胁生命的主要疾病之一，而疟原虫引发的感染周期十分复杂，因此在细胞和分子水平观察疟原虫的变化对于研究疟原虫的致病有着重要意义。Agnieszka M. Banas等人通过使用O-PTIR对疟原虫感染的红细胞在亚微米尺度的分子特征变化进行了表征，结果显示正常红细胞的蛋白呈现环状分布，而感染后的红细胞蛋白质则呈现无规则分布。通过对比传统FTIR与基于O-PTIR技术能够发现，O-PTIR能够提供更为详细的图像分辨率并且能够测量红细胞不同位置的光谱信息。而传统FTIR受制于米氏散射限制，效果较差。图2. 对比FTIR与O-PTIR对红细胞成像的结果：(a)红细胞的白光图；(b)图a中红色方块放大的区域；(c,e)FTIR的蛋白/脂质空间分布的红外成像；(d,f)O-PTIR的蛋白/脂质空间分布的红外成像；(g)红细胞的FTIR红外光谱；(h)红细胞的O-PTIR红外光谱 (g,i)疟原虫感染红细胞和正常红细胞的PCA（PC1&PC2，PC1&PC3）得分；(h,j)疟原虫感染红细胞和正常红细胞的PCA（PC1&PC2，PC1&PC3）得分　　参考文献：B. [Malaria] “Comparing infrared spectroscopic methods for the characterization of Plasmodium falciparum-infected human erythrocytes” (Nature Communication Chemistry). Advantages: 1, 3, 4, 5, 63. 单个病毒的红外成像　　受制于红外极限分辨率的限制，单个病毒的红外光谱成像一直以来都是十分困难的，对于只有100 nm左右的病毒进行红外光谱成像显得十分无力。Yi Zhang等人使用O-PTIR技术成功实现对单个痘病毒进行了检测，并成功观测到了病毒的外形，同时对病毒表面的蛋白的光谱进行了表征。图3. 单个痘病毒的光谱和成像表征。(a)痘病毒的干涉散射图像；(b)痘病毒1550cm-1波数下的MIP图像；(c)痘病毒1650cm-1波数下的MIP图像；(d)随机选取病毒上4个点的光谱　　参考文献：“Vibrational Spectroscopic Detection of a Single Virus by Mid-Infrared Photothermal Microscopy” (Analytical Chemistry). Advantages: 1, 3, 4, 5, 64. 光学光热红外O-PTIR与Raman光谱协同分析固定或活的单细胞　　英国曼彻斯特大学的Peter Gardner教授近期发表了他们关于活(和固定)细胞振动光谱分析的研究结果。作者使用光学光热红外O-PTIR与Raman光谱，并借助于两个激发源（QCL和OPO激光器），对细胞进行了宽光谱范围的覆盖，从而使所有与生物学相关的分子振动都能被检测到，且保持一致的亚微米的空间分辨率。此外，红外光谱采集与拉曼光谱有效的结合起来，在相同的激发位置，形成振动互补，得到一套完整的振动光谱信息。如下图所示，该红外和拉曼的组合方式可以用来分析液体环境中固定或活细胞的亚细胞结构，其中的蛋白质二次结构及富脂体均可以在亚微米尺度上被有效地识别出来。图4. O-PTIR观测固定未染色MIA PaCa-2细胞成像。(a)固定的未染色的MIA PaCa-2细胞的光学图像；(b)红色方块区域的放大图像；(c)OPO波束段的O-PTIR红外光谱；(d)QCL波束段O-PTIR的红外光谱；(e)黑色区域的拉曼和红外光谱　　参考文献：D. [Mammalian cancer cell] “Analysis of Fixed and Live Single Cells Using Optical Photothermal Infrared with Concomitant Raman Spectroscopy” (Analytical Chemistry). Advantages: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 75. O-PTIR与S-XRF联用探究阿尔兹海默症　　阿尔兹海默症（AD）是老年痴呆症常见的病症之一，而淀粉样β蛋白沉淀是引发AD的重要病因之一，因此对于淀粉样β蛋白分布的研究就显得十分重要。Nadja Gustavsson等人通过O-PTIR成功观测到了神经中的淀粉样β蛋白分布，并且结合S-XRF分析发现铁簇与淀粉样β-折叠结构和氧化的脂质存在共定位关系。这项研究充分预示了O-PTIR/S-XRF联合技术可在AD疾病的研究中发挥重要作用。图5. 单个神经元的O-PTIR与X光荧光成像。（a）单个神经元的光学（左）与O-PTIR图像（中和右）；（b）神经元上铜、铁的分布；（c）铁与蛋白叠合图；（d）铁与脂质的叠合图【测试数据】单细胞分析　　☆ 正常/患病细胞分化　　☆ 药物-细胞相互作用　　☆ 细胞内(脂滴) 成像研究细胞内的荧光+红外共定位分析　　利用荧光同时观测细胞结构和细胞中的脂滴分布，研究脂滴在细胞中的共定位分析，提供潜在活体无标记相互作用分析数据。磷脂成像 (2856cm-1(CH2) / 2874cm-1(CH3) 100 nm pixel size. ~5 mins. 荧光染色细胞核（蓝色），蛋白（红色））活体细胞的组分分布分析磷脂成像，可观测活细胞内的脂滴的分布并且基本不会受到水的干扰，这是传统红外所难以达到的。 (2856cm-1(CH2)/ 2874cm-1(CH3) 100 nm pixel size. ~5 mins.）固定细胞的组分分布分析磷脂成像没可观测到细胞内的脂滴分布情况。 (2856cm-1(CH2)/ 2874cm-1(CH3) 100 nm pixel size. ~5 mins.）组织分析　　☆ 细胞分型　　☆ 钙化、疾病状态区分　　☆ 胶原蛋白取向组织切片分析观测肿瘤组织钙化分析1050cm-1，传统的FTIR只有大约12微米的空间分辨率，这往往比实际特征大得多，这就是为什么以前没有看到如此小的局部钙化。细菌观测　　☆ 单细菌鉴定　　☆ 细菌代谢研究红外拉曼联合细菌表征，可以同时观测到细菌的红外和拉曼图谱