激光诱导荧光光谱技术.ppt

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1、激光诱导荧光光谱技术1☞目录:简介1系统组成3突出优点4应用6主要问题5原理21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-InducedFluorescence，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简介激光特性激光参数可以精确控制1激光的方向性、单色性好2激光的相干性好、强度大3产生荧光信号信噪比高42原理让一束

2、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系统组成激光器：气体激光器、固体激光器、液体激光器、半导体激光器等。样品池：气体密闭池、液体池。窗口与光路上不产生激发光的散射，窗口与池壁不产生荧

3、光、样品池的窗口通常作成布儒斯特角。光电探测器：光电倍增管、光电二极管、电荷耦合器件CCD等。信号处理模块：信号采集、分析、显示和处理,根据信号控制激光器、检测光路和光电探测器等模块,实现在线分析、处理和信号优化。光学组件：光路调整，光路转换，过滤杂散光等作用。3系统组成图1激光诱导荧光光谱系统结构图4突出优点高分辨率可达到微米量级。相应时间快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。灵敏度高探测下限可达106个粒子/cm3，浓度检测最低可达10-13mol/L。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。测温范围宽

4、已有在1600℃的实验条件和1100℃的燃气轮机条件下进行荧光测温的报道，测温精度可达±1℃。5主要问题1目前不常检测的物种，其荧光分离需要一定的光谱基础；2对于浓度在ppm级以下的物质荧光可能较弱；3对自由基的绝对浓度测量，需要仔细的标定；4对激光器的要求较高，维护昂贵；5测量系统较复杂。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、流场等生物其他环境医学5应用(1)叶绿素荧光寿命的测量采用波长355nm的激光作为光源激发叶绿素荧光,由光电倍

5、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355nm激发波长的Nd-YAG晶体激光器为激发光源,脉冲宽度4ns,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,

6、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685nm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方法在火焰中粒子浓度的测量包括：①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。②污染粒子测量，用于对污染物的控制与排放，

7、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。③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