激光诱导荧光技术

1、Planar Laser Induced Fluorescence平面激光诱导荧光技术平面激光诱导荧光技术平面激光诱导荧光技术目目 录录PLIF的介绍的介绍1PLIF的原理的原理2PLIF的检测系统的检测系统3PLIF的应用及展望的应用及展望4平面激光诱导荧光技术平面激光诱导荧光技术PLIF介绍介绍v 激光（激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，缩写为，缩写为laser）是指窄）是指窄幅频率的光辐射线，通过受激辐射放大和必要的反馈幅频率的光辐射线，通过受激辐射放大和必要的反馈共振，产生准直、单色、相干的光束的过程及

2、仪器。共振，产生准直、单色、相干的光束的过程及仪器。v 激光是激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体后，世纪以来，继原子能、计算机、半导体后，人类的又一重大发明，被称为人类的又一重大发明，被称为“最快的刀最快的刀”、“最准最准的尺的尺”、“最亮的光最亮的光”。它的亮度约为太阳光的。它的亮度约为太阳光的100亿倍。亿倍。 平面激光诱导荧光技术平面激光诱导荧光技术PLIF介绍介绍v 荧光：当某种常温物质经某种波长的入射光（通常是荧光：当某种常温物质经某种波长的入射光（通常是紫外线或紫外线或X射线）照射，吸收光能后进入激发态，并射线）照射，吸收光能后进入激发态，并且立即退激发并发出出射光（通常

3、波长比入射光的的且立即退激发并发出出射光（通常波长比入射光的的波长长，在可见光波段）；而且一旦停止入射光，发波长长，在可见光波段）；而且一旦停止入射光，发光现象也随之立即消失。具有这种性质的出射光就被光现象也随之立即消失。具有这种性质的出射光就被称之为荧光。称之为荧光。平面激光诱导荧光技术平面激光诱导荧光技术可见光波长的红绿蓝激光(635nm,532nm,445nm)长颈瓶中不同尺寸的硒化镉(CdSe)量子点在紫外线的照射下发出荧光平面激光诱导荧光技术平面激光诱导荧光技术PLIF介绍介绍v PLIF（Planar Laser Induced Fluorescence）即所谓的即所谓的“平面激光

4、诱导荧光平面激光诱导荧光”。所有应用片状光源。所有应用片状光源照明，对被测对象所发出的由这种片状光源所激发照明，对被测对象所发出的由这种片状光源所激发（诱导）的荧光信号进行探测的实验技术都可以称作（诱导）的荧光信号进行探测的实验技术都可以称作PLIF。平面激光诱导荧光技术平面激光诱导荧光技术PLIF原理原理v激光诱导荧光光谱激光诱导荧光光谱v 利用一束脉冲激光将特定分子（或离子）由电子基态激利用一束脉冲激光将特定分子（或离子）由电子基态激发至激发态，稍后测量分子由电子激发态驰豫放出的光发至激发态，稍后测量分子由电子激发态驰豫放出的光子，扫描激发激光的波长使它通过分子的吸收谱带，就子，扫描激发激

5、光的波长使它通过分子的吸收谱带，就可以把荧光强度描绘成激发激光波长的函数，得到激发可以把荧光强度描绘成激发激光波长的函数，得到激发光谱（光谱（Excited spectroscopy）。）。平面激光诱导荧光技术平面激光诱导荧光技术PLIF原理原理v荧光光谱的作用荧光光谱的作用v 从荧光的分布，可以探测样品粒子的种类；从荧光的强从荧光的分布，可以探测样品粒子的种类；从荧光的强弱，可得知粒子的浓度以及温度；利用其空间分辨性还弱，可得知粒子的浓度以及温度；利用其空间分辨性还可以测量粒子的空间浓度可以测量粒子的空间浓度/温度分布。温度分布。v 与普通的荧光光谱技术相比，具有更高的灵敏度、信噪与普通的荧

6、光光谱技术相比，具有更高的灵敏度、信噪比和光谱分辨率等优点，而且测量样品时无需进行复杂比和光谱分辨率等优点，而且测量样品时无需进行复杂的预处理，便于在线分析。的预处理，便于在线分析。平面激光诱导荧光技术平面激光诱导荧光技术PLIF检测原理图检测原理图平面激光诱导荧光技术平面激光诱导荧光技术PLIF优点优点v 高空间分辨：可达到微米量级。v 快速时间响应：时间分辨最高可达纳秒量级，可对自由基等瞬态物质寿命进行检测。v 高灵敏度：探测下限最高可达106个粒子/cm3。v 干扰小：通过激光激发，而不涉及接触式的探针等器件，对等离子体，燃烧等干扰相对较小。平面激光诱导荧光技术平面激光诱导荧光技术LIF

7、检测系统检测系统v LIF 检测系统主要包括激光器、检测光路、光电探测器、检测系统主要包括激光器、检测光路、光电探测器、信号处理模块。信号处理模块。v 目前常用的激光器是气体激光器，该类激光器结构简单、目前常用的激光器是气体激光器，该类激光器结构简单、价格低廉，对应于这些激光器的发射波长，有很多商品化价格低廉，对应于这些激光器的发射波长，有很多商品化的荧光探针。的荧光探针。v 激光诱导荧光检测器为正交型，即入射光、流动池和荧光激光诱导荧光检测器为正交型，即入射光、流动池和荧光检测三者相互垂直。检测三者相互垂直。平面激光诱导荧光技术平面激光诱导荧光技术Optical configuration

8、of Zetalif 2000 LIFD (Picometrics, France)平面激光诱导荧光技术平面激光诱导荧光技术LIF分类分类TextTextTextTextTextText测量目的测量物质液体LIF气体LIF燃烧LIF测量手段示踪LIF产物分析LIF浓度测量温度测量LIF分类分类平面激光诱导荧光技术平面激光诱导荧光技术举例：示踪平面举例：示踪平面LIF技术技术v 采用采用YAG激光器的倍频激光器的倍频532nm激光作为激发源。由激光作为激发源。由于自然界中只有某些特殊的高于自然界中只有某些特殊的高分子有机染料分子可以被分子有机染料分子可以被532nm激光激发而发出荧光，激光激发而

9、发出荧光，人们就用这种有机染料分子作人们就用这种有机染料分子作为示踪物质加入到所要研究的为示踪物质加入到所要研究的流场中，观察并测量荧光信号流场中，观察并测量荧光信号的性质。的性质。液体混合中的高分辨激光诱导荧光成像测量平面激光诱导荧光技术平面激光诱导荧光技术v激光光源来照明流场，流场中的荧光示踪剂会吸激光光源来照明流场，流场中的荧光示踪剂会吸收激光能量并辐射出更长波长的光。在图像采集收激光能量并辐射出更长波长的光。在图像采集系统（如系统（如PIV相机）的镜头前放置截止滤光片，相机）的镜头前放置截止滤光片，就可以得到荧光的强度信息。而荧光的强度是与就可以得到荧光的强度信息。而荧光的强度是与激光

10、能量及示踪剂浓度激光能量及示踪剂浓度/温度相关的函数，因此温度相关的函数，因此我们可以由该函数计算得到定量浓度我们可以由该函数计算得到定量浓度/温度信息。温度信息。平面激光诱导荧光技术平面激光诱导荧光技术研究课题组主要研究领域及成就Dovichi N. J.发明了壳流检测池，随后的LIFD单分子检测都是在此基础上完成的，对LIFD的应用作出了卓越贡献。Soper S. A.主要研究领域包括：荧光探针、分子生物学、微分析仪器等，较多采用近红外激光诱导荧光监测器。Issaq H. J.毛细管电泳协会的创始人之一。在激光诱导荧光检测方面主要从事紫外激光诱导荧光检测。Sweedler J. V.领导B

11、iotechnology Center，同时是Beckman Institute客座教授。主要研究波长分辨激光诱导荧光检测技术。Mathies R. A.毛细管电泳装置的先驱，发明了“fluorescent energy-transfer labels used to sequence the human genome”。关亚风主要研究以固体激光器为激发光源的LIFD。研究研究LIF主要课题组主要课题组平面激光诱导荧光技术平面激光诱导荧光技术LIFD主要生产厂家主要生产厂家PicometricsBeckmanABIUnimicro用于高效液相用于高效液相色谱、毛细管色谱、毛细管电泳、微流动电泳

12、、微流动分析系统等领分析系统等领域域；光源为固态二光源为固态二极管激光器极管激光器用于用于毛细管毛细管电泳电泳；光源为气体光源为气体激光器激光器用于毛细管用于毛细管电泳、微流电泳、微流控系统控系统；光源为气体光源为气体激光器激光器光源为固体光源为固体激光器激光器；具有极佳的具有极佳的灵敏度和超灵敏度和超强的稳定性强的稳定性能能平面激光诱导荧光技术平面激光诱导荧光技术ZETALIF of Picometrics以固态二极管激光器为激发光源，其光路系统采用共线型设计，以固态二极管激光器为激发光源，其光路系统采用共线型设计，所生产所生产LIFD的激发波长范围的激发波长范围300900nm，可用于高效

13、液相色谱、，可用于高效液相色谱、毛细管电泳、微流动分析系统等毛细管电泳、微流动分析系统等分离领域分离领域。平面激光诱导荧光技术平面激光诱导荧光技术v激光诱导荧光激光诱导荧光(LIF)检测作为目前灵敏度最高的检测作为目前灵敏度最高的检测技术，在生物、化学、医学等领域应用广泛。检测技术，在生物、化学、医学等领域应用广泛。激光光束的高汇聚性使其非常适合于微区检测，激光光束的高汇聚性使其非常适合于微区检测，LIF 成为微型化仪器和电泳芯片中应用最普遍的成为微型化仪器和电泳芯片中应用最普遍的检测手段。另外，许多能发自然荧光环境样品和检测手段。另外，许多能发自然荧光环境样品和生物样品，通过衍生技术进行荧光

14、检测，因而生物样品，通过衍生技术进行荧光检测，因而LIF 成为检测的首选技术。成为检测的首选技术。平面激光诱导荧光技术平面激光诱导荧光技术LIF应用及展望应用及展望毛细血管电泳检测诊断病变（肺癌、皮肤癌等）检测大气、水体污染检测火焰、流场等平面激光诱导荧光技术平面激光诱导荧光技术毛细管电泳-激光诱导荧光偏振分析装置与DNA缠绕检测人常暴露于可造成人常暴露于可造成DNA损损伤的伤的环境中环境中，如紫外光、多，如紫外光、多环芳烃、重金属元素。如果环芳烃、重金属元素。如果损伤未能得到适当的修复，损伤未能得到适当的修复，可引起基因突变，有可能进可引起基因突变，有可能进一步引发癌症或造成细胞死一步引发癌

15、症或造成细胞死亡。亡。DNA有自我有自我修复功能，修复功能，保护我们的细胞防止突变。保护我们的细胞防止突变。利用荧光偏振特性，揭示利用荧光偏振特性，揭示DNA修复机器可识别多种不修复机器可识别多种不同化学结构同化学结构DNA损伤的机制。损伤的机制。 平面激光诱导荧光技术平面激光诱导荧光技术水体污染的激光诱导荧光非接触监测技术与系统在紫外光的激发下，污染在紫外光的激发下，污染水体中的溶解有机物水体中的溶解有机物(DOM)会产生特定的荧光会产生特定的荧光光谱，因此利用激光诱导光谱，因此利用激光诱导荧光荧光(LIF)可对水体中的溶可对水体中的溶解有机物的含量进行定量解有机物的含量进行定量分析，从而可

16、估计出水体分析，从而可估计出水体富营养化的程度。富营养化的程度。平面激光诱导荧光技术平面激光诱导荧光技术PLIF平面激光诱导荧光火焰燃烧检测系统（Planar Laser Induced Fluorescence Flame Analyzer）提供信息提供信息- 燃料激光诱导荧光燃料激光诱导荧光(LIF)成成像像, 空气空气-燃料混合燃料混合- 火焰前锋可视化成像火焰前锋可视化成像- 火焰自由基分布火焰自由基分布(OH, NO, CH .)- 火焰结构和稳定性火焰结构和稳定性- 火焰和碳烟的温度火焰和碳烟的温度- 碳烟浓度和初级粒径碳烟浓度和初级粒径平面激光诱导荧光技术平面激光诱导荧光技术LI

17、F应用及展望应用及展望v 1.气体激光器发射波长单一、价格昂贵、维护费高和寿命气体激光器发射波长单一、价格昂贵、维护费高和寿命短等缺点限制了短等缺点限制了LIF系统的推广普及。系统的推广普及。v 2.固态二极管激光器用于固态二极管激光器用于LIF，可以提高检测生物基质中，可以提高检测生物基质中超低量溶质的能力，同时可以保证源于生物基质的背景干超低量溶质的能力，同时可以保证源于生物基质的背景干涉最小。涉最小。v 3.LIF在生物工程中的应用已经取得了丰硕成果，并有一在生物工程中的应用已经取得了丰硕成果，并有一部分成果转化为商品，随着激光、探测及电子等关键技术部分成果转化为商品，随着激光、探测及电

18、子等关键技术水平的不断提高，水平的不断提高，LIF将在生物分析的各个领域中发挥更将在生物分析的各个领域中发挥更大的作用。大的作用。平面激光诱导荧光技术平面激光诱导荧光技术参考文献参考文献v 1激光诱导荧光检测器的研制与性能评价激光诱导荧光检测器的研制与性能评价M.北京北京.v 2关小伟关小伟,刘晶儒刘晶儒.利用平面激光诱导荧光技术测量燃烧场内利用平面激光诱导荧光技术测量燃烧场内NO的的浓度分布浓度分布J. 强激光与粒子束强激光与粒子束,1999,11 (5) : 560 564.v 3梁锡辉梁锡辉,区伟能区伟能.激光诱导荧光检测技术激光诱导荧光检测技术J.激光与光电子学进激光与光电子学进展展,2008,25(48).v 4臧竞存臧竞存,邹玉林邹玉林.激光诱导荧光光谱法检测高纯激光晶体中的痕量激光诱导荧光光谱法检测高纯激光晶体中的痕量稀土杂质稀土杂质J.分析仪器分析仪器,2010,3(25).v 5杨仁杰杨仁杰,尚丽平尚丽平.激光诱导荧光快