激光诱导荧光光谱技术

1、,激光诱导荧光光谱技术,1, 目录:,1,以激光做为光源激发荧光物质产生的荧光称为激光诱导荧光(Laser-Induced Fluorescence，LIF)，是荧光分析方法的一种。 与瑞利散射和拉曼散射不同，LIF过程不是一个散射过程，是一个波长的吸收和转化过程。照射激光激发分子发出更长波长的光，发射荧光强度比散射强度强。与普通荧光分析方法不同， LIF的激发光源采用激光，灵敏度较高、检测效果好。,简介,激光诱导荧光光谱技术,1,简介,激光特性,2,原理,让一束激光通过检测区域，调节激光波长，当激光光子的能量（与激光的波长相关）等于检测区域某种组分分子的某两个特定能级之间的能量之差时，该分子

2、会吸收光子能量跃迁至高能态。 处于高能态的分子不稳定，在一定时间内它会从高能态返回到基态。在此过程中，分子会通过自发辐射释放能量发光而产生荧光，这就是激光诱导荧光。 实际应用中，从荧光的分布，可以探测粒子的种类；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可以测量粒子的浓度场、温度场。,3,系统组成,3,系统组成,图1 激光诱导荧光光谱系统结构图,4,突出优点,5,主要问题,6,应用,目前LIF技术已应用于气体、液体、固体的测量中及燃烧、等离子体、喷射和流动现象中。,毛细血管电泳检测 叶绿素荧光分析 DNA分析,病变诊断 基因突变,检测大气、水体污染、,检测火焰、流场等,生物,其

3、他,环境,医学,5,应用,(1)叶绿素荧光寿命的测量,采用波长355 nm的激光作为光源激发叶绿素荧光,由光电倍增管接收其荧光信号,由于被测叶绿素荧光衰减函数与激光脉冲、仪器响应函数卷积在一起,根据它们的特性,运用时间分辨测量法分别测得叶绿素荧光及其背景信号,并结合解卷积算法可分离出真实的叶绿素荧光衰减函数,从而获取叶绿素的荧光寿命. 该方法能够实现叶绿素荧光寿命的高精度实时监测,通过对不同叶绿素含量的溶液荧光寿命测试,证明叶绿素含量与其荧光寿命具有相关性, 确定了叶绿素含量与荧光寿命的标定曲线.,5,应用,(2)水质监测,LIF 遥测系统以355 nm 激发波长的Nd-YAG晶体激光器为激发

4、光源, 脉冲宽度4 ns , 重复频率10Hz 。脉冲激光通过卡塞格伦望远镜射入待测水体, 后向散射的荧光进入望远镜, 使用光纤分为两路, 一路通过干涉滤光片, 光电倍增管测量作为水拉曼光强度, 另一路通过安装有中心波长为355 、450 和685 nm 三块干涉滤光片的转轮, 以光电倍增管测量瑞利散射光、DOM 荧光和叶绿素a 荧光强度。测得的瑞利散射光、DOM 荧光和叶绿素a 荧光强度以水拉曼光强度进行归一化, 记为瑞利散射因子、DOM 荧光因子和叶绿素a 荧光因子, 分别与水体浊度、DOM 浓度和叶绿素a 浓度成线性正相关。,5,应用,(3)燃烧系统中的应用,测量温度、粒子浓度等。LIF

5、方法在火焰中粒子浓度的测量包括： 瞬态自由基粒子的测量。瞬态自由基是燃烧中的反应中间体，如OH等。 污染粒子测量，用于对污染物的控制与排放，常见的污染粒子有NO、CO、NO2、SO2等分子，LIF方法的空间与时间的分辨测量有助于深入理解燃烧过程中这些粒子形成的机理。 金属粒子的测量，如Na、K、NaS等。,5,应用,(4)痕量分析,LIF是一种高灵敏度的检测方法，广泛应用于原子与分子的痕量检测,在激光激发下，原子所发出的荧光强度IF与入射光强度I0和单位体积中处于基态的原子数目N成正比： 在检测中如保持入射光强度I0和单位体积中原子数目N不变，则可以通过荧光强度来确定样品中被测元素的含量。,荧光量子产额,有效照射面积,吸收长度,摩尔消光系数,5,应用,(4)痕量分析,凡是能发射荧光的物质都可以采用分子荧光法进行分析，例如许多无机物、有机物、生物和生化样品(如维生素、氨基酸、蛋白质、酶、药物、荷尔蒙、农药、