荧光光谱仪原理

仪器简介 BSA-100A液相色谱-原子荧光光谱联用仪是北京宝德仪器有限公司自主研发生产的BSA液相色谱-原子荧光联用仪系列产品，可定性定量分析食品和环境等多种领域样品中痕量重金属元素的化学形态（砷形态、汞形态、硒形态、锑形态等十多种化合物）及其含量。仪器原理由于同种元素的不同形态具有各异的化学和毒理性质，元素总量的分析测定，已不能满足食品安全鉴定的需求。样品经过预处理和在线色谱分离后，再与BAF-2000型（双道同测）原子荧光光度计联用，定性、定量检测重金属化合物中的无机化合物、有机化合物。检测对象◆ 砷形态：砷酸盐 As(V)、亚砷酸盐 As(III)、一甲基砷酸 MMA(V)、二甲基砷酸 DMA(V)、 砷甜菜碱 AsB、砷胆碱 AsC、饲料中的有机砷制剂 (阿散酸p-ASA、洛克沙胂Roxarsone）◆ 汞形态：无机汞 Hg2+、甲基汞 MetHg、乙基汞 EtHg、苯机汞 PhHg ◆ 硒形态：亚硒酸盐 Se(IV)、硒酸盐 Se(VI)、硒代胱氨酸 SeCys、硒甲基硒代半胱氨酸 SeMeCys和硒代蛋氨酸 SeMet ◆ 锑形态：三价锑 Sb(III)、锑酸盐 Sb(V)应用领域主要用于环境样品检测，食品卫生检验，水样检验，农业及其产品检测，地质冶金样品检测，疾控防疫中心样品检测，中西药，生物材料，化妆品，纺织品临床实验及教育科学研究等领域。

前言作为物质存在的第四种状态的等离子体通常由电子、离子和处于基态以及各种激发态的原子、分子等中性粒子组成。等离子体中带电离子间库伦相互作用的长程特性，是带电粒子组分的运动状态对等离子体特性的影响起决定性作用，其中的电子是等离子体与电磁波作用过程中最重要的能量与动量传递粒子，因此，等离子体中最重要的基本物理参数是电子密度及其分布以及描述电子能量分布的函数以及相应的电子温度。而对于中高气压环境下产生的非热低温等离子体来说，等离子体中的主要组分是处于各种激发态的中性粒子，此时除了带电粒子外，中性粒子的分布和所处状态对等离子体电离过程和稳定性控制也起着非常重要的作用，尤其是各种长寿命亚稳态离子的激发。为了可以充分描述等离子体的状态，在实验上不仅要对带电粒子的分布和运动状态进行诊断，如电子温度、电子密度、电离温度等参数，还需要对等离子体中的中性粒子进行必要的实验测量，来获得有关物种的产生、能量分布以及各个激发态布居数分布等信息，如气体温度、转动温度、振动温度、激发温度等参数。基于这种要求，结合相关学科的各种技术形成了一个专门针对等离子体开展诊断研究的技术门类，如对等离子体中电子组分的诊断技术有朗缪尔探针法（Langmuir Probe），干涉度量法(Interferometer)，全息法(Holographic Method)，汤姆逊散射法(Thomason Scattering, TS)，发射光谱法(Optical Emmission Spectroscopy, OES)等，对离子组分的光谱诊断技术有光腔衰减震荡(Cavity Ring-Down Spectroscopy, CRDS)和发射光谱法(OES)，而对中性粒子的光谱诊断技术包括了吸收光谱法(Absorption Spectroscopy, AS)，发射光谱法(OES)，单光子或者双光子激光诱导荧光(Laser Induced Fluorescence, LIF)等。 二、激光诱导荧光（LIF or TALIF）LIF在等离子体上的应用诊断开始于1975年左右，首先是由R.Stern和J.Johnson提出的利用LIF装置可以测量中性基团和离子的相对速度、速度分布函数等。90年代后，LIF被陆续应用到了ECR、ICR、磁控管、螺旋波HELIX、ICP以及微波驱动CVD等等离子体源中。2.1、 等离子体 LIF诊断的基本模型处于基态或亚稳态的粒子吸收具有一定能量的光子后被激发，再从激发态衰变为自旋多重度相同的基态或低能态时，就会发出荧光辐射。而荧光光强与粒子数成正比，因此，通过测量荧光光强，可以确定处于基态或亚稳态的粒子密度。由于这种荧光发射的时间长度低于微妙量级，必须采用脉冲宽度在纳秒量级的激光来激发荧光，这种诊断方法因此被称作激光诱导荧光（LIF）。图1. LIF基本原理图图１[1]为LIF的基本原理图，在一个三能级系统中：离子处于亚稳态时，当照射激光能量等于跃迁激发的能量，离子被泵浦到激发态。由于激发态不稳定，离子又会迅速退激到基态并辐射出荧光。在激发态上停留时间很短暂（一般只有几纳秒宽度）。由于离子不是静止的，根据多普勒效应可知，在激光传输方向上存在一个速度选择，只有在激光传输方向上满足一定速度的离子才能被特定频率的激光诱导激发：窄带激光束（ωlaser，κlaser）入射，在入射方向上，只有离子速度 和激光频率满足关系式 时，才能通过相应的激光激发被泵浦到激发态。对入射激光频率进行扫描变换，测量相应的荧光光强变化，就能得到亚稳态离子速度分布函数在入射激光方向上的投影。如果假定亚稳态离子温度和主体基态离子温度一致，离子速度分布函数等动力学参数即可获得。2.2、 典型LIF实验架构与世界上的LIF架构参考如图2所示，为典型的等离子体装置LIF诊断实验架构图。图2 典型的等离子体LIF诊断架构图因为基团和粒子的激发波长不同，因此我们选择了波长可调谐的纳秒脉宽染料激光器，通过添加不同的染料，输出不同的波长对被测试的粒子和基团进行激发，从而得到激光诱导的荧光衰减与光谱信号，这些信号经由相关的搜集光路被捕获到光谱仪与ICCD探测器组成的光谱探测系统中，从而得到光谱、强度与时间尺度的三维荧光光谱，让研究人员进行相关的分析。图中所用的DG535/645作为整个实验系统的时序控制装置。图3到图4为世界上比较典型的不同等离子体装置的LIF诊断情况。图3. University of Greifswald LIF诊断系统（H原子）图4. IHP LIF诊断系统2.3、典型的LIF波长选择举例对Ar等离子体和He等离子体放电，常用的激光器波长可调谐范围不需要太宽要测H（氢）等离子体，激光波长需要205nm测CF等离子体 需要261nm同时测 Ar等离子体的LIF，因为观测另一条谱线，所用的激光波长又是611nm的所以LIF的波长范围应该根据要观测的等离子体放电的气体种类及观测那条谱线来决定2.4、硬件配置推荐 根据用户需求，一般推荐的配置如下：1、染料可调激光器：可选配置从200-4500nm 宽范围调谐2、 光谱仪：Ø Zolix 北京卓立汉光仪器有限公司的Omni-500I 或750I光谱仪搭配1200l/mm和1800l/mm的全息光栅Ø 207或者205高光通量光谱仪，搭配110*110mm 的大尺寸1200l/mm光栅和1800l/mm光栅2、 探测器： ICCD, 18mm 增强器，13*13mm 探测面；DG645：用于系统触发控制的时序单元其他光学平台及光路设计等 光电倍增管PMT/锁相放大器/ Boxcar 模块 等请咨询卓立汉光销售人员！参考文献[1] 赵岩, 柏洋, 金成刚, 等．激光诱导荧光在低温等离子体诊断中的应用[J]. 激光与红外, 2012, 4(42): 365-371.

组合式荧光光谱测量系统-OmniFluo系列荧光光谱测量系统介绍系统组成：在许多应用领域如材料学、生物学（叶绿素和类胡萝卜素）、生物医学（恶性病的荧光诊断）和环境应用中都需要用到荧光检测技术。荧光检测通常需要高灵敏度光谱仪，在大多数应用中荧光能量仅为激发光能量的0.1%，波长要长于激发光，而且是散射光。在荧光测量系统中，一定要避免激发光进入到光谱仪中。荧光实验光学布局中的一个重点是如何避免激发光进入光谱仪, 以下几种方法提供给各位参考:1. 选择TLS或TLSE系列可调单色光源作为荧光激发源，因其具有良好的单色性，杂散光低，能够较少的影响荧光的检测；2. 在光路上使用垂直90°配置，避免激发光直射或镜面反射至荧光光谱仪，可大幅降低激发光对荧光的干扰。可调单色光源+样品室＋荧光光谱仪＋数据采集及处理系统＋软件＋计算机系统优点：可同时做激发谱及发射谱,对于未知激发谱之材料可提供更有效分析工具。OmniFluo系列组合式荧光光谱测量系统OmniFluo 系列荧光光谱测量系统采用模块化的组合方式集成而成，通过不同配件的选择，不仅可以实现荧光光谱测量，还能够实现功能的多样化，如PL、拉曼、透射反射吸收、探测器定标等光谱测量；系统采用一体化的光学调校，可以完全固定在一块精密光学平板上，只需要在初次安装时进行调校，实际应用过程中只需要对样品进行简单调整，确保在仪器使用中始终保持高效率的操作。OmniFluo-113型光子计数级稳态荧光光谱系统主要技术参数:● 激发光源：TLSE1805i-X150可调单色光源，采用150W氙灯● 激发光功率：0.3mW（@500nm，单色）● 激发光谱范围：250-1500nm（可选200-1500nm）● 激发光谱带宽：0.15-10nm（连续可调@1200g/mm光栅）● 荧光光谱仪光谱范围：200-2500nm● 荧光光谱带宽：0.1-8nm（连续可调@1200g/mm光栅）● 波长准确度：±0.25nm（Ex），±0.2nm（Em）● 波长重复性：±0.1nm（Ex，Em）● 光探测器：光子计数级光电倍增管，200-850nm● 数据采集器：DCS200PC单光子计数器，计数率：100Mcps● 系统灵敏度：纯水拉曼峰信噪比：1,000:1（RMS@带宽5nm，积分时间1s）● 超大样品室设计，便于操作，并可选配多种滤光片附件及偏振附件● 提供荧光量子产率测量附件● 可选配闭循环超低温制冷机，最低温度可达2K● 系统扩展性：采用模块化设计，可扩展至近红外波段光谱测量● 可选配锁相放大器，特别适合红外波段测量时提升系统信噪比● 软件提供灵活的实验运行步骤自定义功能，可随时储存和提取图谱，并能够进行复杂的光谱处理及光谱数据间的四则运算