分子光譜分析Chapter05

1、2021/8/141Ch 5. INSTRUMENTs山西大學(xué) SHANXI UNIVERSITY 2021/8/142山西大學(xué) SHANXI UNIVERSITY2021/8/1432021/8/1442021/8/145Ch02 儀器儀器1.光源光源入射和出射狹縫入射和出射狹縫2.光柵光柵-1濾光片或起偏器濾光片或起偏器參比參比PMT3.樣品系統(tǒng)樣品系統(tǒng)濾光片或檢偏器濾光片或檢偏器入射和出射狹縫入射和出射狹縫2.光柵光柵-24.檢測器檢測器2.1 基本組件基本組件2021/8/1461 - light source, 2 - exciting filter, 3 - fiber optic

2、al bundle, 4 - barrier filter, 5 - photodetector. Apparatus consists of a halogen lamp (75 W), 2 fiber optical bundles for transfer both exciting light to an object and fluorescence light to photodetector; photometric device, image analyser. 2021/8/1472021/8/1482.1.1 光源光源 傳統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)光源傳統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)光源2021/8/149202

3、1/8/1410253.7296.5302.2312.6313.2365.0365.5404.7435.8546.1577.0579.0表表2.1 汞燈的線光譜汞燈的線光譜(nm)2021/8/1411 氙燈氙燈的光強(qiáng)度較汞燈相對(duì)較低，但是可以提供連續(xù)光譜，的光強(qiáng)度較汞燈相對(duì)較低，但是可以提供連續(xù)光譜，而且在較寬波段內(nèi)光強(qiáng)度的變化較小，而且在較寬波段內(nèi)光強(qiáng)度的變化較小， 只是在紫外區(qū)只是在紫外區(qū)200-300nm范圍的光強(qiáng)度較低。是目前最常用的光源。范圍的光強(qiáng)度較低。是目前最常用的光源。 氙燈長時(shí)間氙燈長時(shí)間工作時(shí)，光輸出強(qiáng)度會(huì)浮動(dòng)，需要進(jìn)行校正。氙燈的特征線可工作時(shí)，光輸出強(qiáng)度會(huì)浮動(dòng)，需要進(jìn)

4、行校正。氙燈的特征線可用于校正單色器。用于校正單色器。 氙汞燈氙汞燈作為光源作為光源,即可提供較強(qiáng)的光強(qiáng)度，又可以提供連續(xù)即可提供較強(qiáng)的光強(qiáng)度，又可以提供連續(xù)光譜，然而在汞線波長下的光強(qiáng)度更強(qiáng)。光譜，然而在汞線波長下的光強(qiáng)度更強(qiáng)。 氘燈氘燈雖然也用作紫外光源，但是發(fā)射強(qiáng)度低得多，因此常雖然也用作紫外光源，但是發(fā)射強(qiáng)度低得多，因此常用在紫外可見分光光度計(jì)上作為光源。用在紫外可見分光光度計(jì)上作為光源。Time 脈沖光源和穩(wěn)態(tài)光源輸出特性比較脈沖光源和穩(wěn)態(tài)光源輸出特性比較2021/8/1412 脈沖光源（脈沖光源（Flashing Sources） 進(jìn)行時(shí)間分辨分析或磷光測定時(shí)，需要脈沖光源。閃光燈

5、進(jìn)行時(shí)間分辨分析或磷光測定時(shí)，需要脈沖光源。閃光燈和激光都可以作為脈沖光源。其中激光是最好的脈沖光源，如和激光都可以作為脈沖光源。其中激光是最好的脈沖光源，如可鎖模的氬離子激光器發(fā)射的脈沖寬度為可鎖模的氬離子激光器發(fā)射的脈沖寬度為100ps，重復(fù)頻率可以，重復(fù)頻率可以達(dá)到達(dá)到76MHz。 脈沖氙燈也可作為脈沖光源用于常規(guī)的熒光儀器中。脈沖氙燈也可作為脈沖光源用于常規(guī)的熒光儀器中。Perkin-Elmer公司和公司和Varrian公司的熒光光度計(jì)就采用了這種光公司的熒光光度計(jì)就采用了這種光源，后者的使用壽命達(dá)源，后者的使用壽命達(dá)20000小時(shí)。小時(shí)。ns級(jí)脈沖氙燈提供的脈沖寬級(jí)脈沖氙燈提供的脈沖

6、寬度在度在100ps- s范圍，范圍， s級(jí)脈沖氙燈可以提供寬度為級(jí)脈沖氙燈可以提供寬度為 s-ms-s的激的激發(fā)脈沖，能夠滿足磷光的時(shí)間分辨測量。發(fā)脈沖，能夠滿足磷光的時(shí)間分辨測量。2021/8/1413Solid-state light sources1. Light-emitting diodes(LEDs) are available which provide output over a wide range of wavelengths. LEDs are rather inexpensive. LEDs are solid-state devices which require

7、little power and generate little heat. LEDs can be placed close to the samples.2. Laser diodes emit monochromatic radiation. Laser diodes are available with wavelengths ranging from 630 to 1500 nm, even shorter wavelengths. Laser diodes are convenient because the output is easily focused and manipul

8、ated. 2021/8/1414 熒光計(jì)上配備有兩個(gè)單色器，一個(gè)是激發(fā)單色器，一個(gè)熒光計(jì)上配備有兩個(gè)單色器，一個(gè)是激發(fā)單色器，一個(gè)是發(fā)射單色器。因此可以記錄激發(fā)和發(fā)射光譜。單色器由兩是發(fā)射單色器。因此可以記錄激發(fā)和發(fā)射光譜。單色器由兩個(gè)狹縫，即入射狹縫和出射狹縫個(gè)狹縫，即入射狹縫和出射狹縫,和色散裝置組成。色散裝置和色散裝置組成。色散裝置多使用光柵，很少采用棱鏡。多使用光柵，很少采用棱鏡。 單色器輸出的單色器輸出的光強(qiáng)度與狹縫的寬度的平方成正比。光強(qiáng)度與狹縫的寬度的平方成正比。采用采用較寬的狹縫，光的強(qiáng)度較高，但是波長的分辨率較差；采用較寬的狹縫，光的強(qiáng)度較高，但是波長的分辨率較差；采用較窄

9、的狹縫，可以提高分辨率，但是要犧牲部分光強(qiáng)度。較窄的狹縫，可以提高分辨率，但是要犧牲部分光強(qiáng)度。Plane or concave grating2.1.2 MONOCHROMATORS2021/8/1415 與棱鏡相比，使用光柵的優(yōu)點(diǎn)是光柵在所有波長范圍內(nèi)與棱鏡相比，使用光柵的優(yōu)點(diǎn)是光柵在所有波長范圍內(nèi)有一致的分辨率，但也有不足之處，采用光柵會(huì)產(chǎn)生二次甚有一致的分辨率，但也有不足之處，采用光柵會(huì)產(chǎn)生二次甚至三次散射，當(dāng)熒光比較弱時(shí)，這些高級(jí)次次的散射光就會(huì)至三次散射，當(dāng)熒光比較弱時(shí)，這些高級(jí)次次的散射光就會(huì)被檢測出來被檢測出來 。2021/8/1416Incidentradiation300n

10、m, 1st order 600nm, 1st order300nm, 2nd order1st order2nd orderFirst- and second-order diffraction off a diffracting grating.The region where there is no overlap of the first- and second-order diffraction is called the free spectral range2021/8/14172021/8/14182.1.3 樣品池樣品池456045樣品輻射方式樣品輻射方式反射直角反射直角 3

11、0/60度度 透射直角透射直角1010mm cuvette/cell (Quartz or Glass)Flow cell2021/8/1419固體樣品架固體樣品架a. F4500熒光光度計(jì)固體樣品架：熒光光度計(jì)固體樣品架： 1.樣品室，樣品室，2. 彈簧，彈簧， 3. 固定螺絲固定螺絲b. 自行設(shè)計(jì)的用于自行設(shè)計(jì)的用于MPF4熒光儀的固體樣品架，濾紙放置在熒光儀的固體樣品架，濾紙放置在銅片做成的樣品架上，樣品架的位置由旁邊套管上的銅柱固定銅片做成的樣品架上，樣品架的位置由旁邊套管上的銅柱固定，而旋轉(zhuǎn)筒磷光計(jì)的旋轉(zhuǎn)筒就在銅套內(nèi)。，而旋轉(zhuǎn)筒磷光計(jì)的旋轉(zhuǎn)筒就在銅套內(nèi)。 2021/8/1420圖圖2

12、.17 磷光鏡磷光鏡a 圓筒式切光器圓筒式切光器 b 片式切光器片式切光器 1. 樣品管樣品管 2. 杜瓦瓶杜瓦瓶2021/8/1421磷光的低溫測量磷光測量磷光測量-1hv石英管杜瓦瓶液氮hv固體表面室溫磷光測量 準(zhǔn)備基質(zhì)材料微升或亞微升級(jí)點(diǎn)樣，并干燥 磷光測量hvhv2021/8/1422 光電倍增管光電倍增管(photomultiplier Tube, PMT): RTP red-sensitive PMT, R928(mammadzu); Photon-count PMT 二極管陣列二極管陣列(diode-array detector, DAD) 電荷耦合器件電荷耦合器件(CCD,co

13、uple-charged device)2.1.4 Detectors 模擬型模擬型PMT: 模擬信號(hào)是光子流量的大小，取各個(gè)脈沖所貢獻(xiàn)的平模擬信號(hào)是光子流量的大小，取各個(gè)脈沖所貢獻(xiàn)的平均值，檢測靈敏度或增益隨著加到打拿極上的高壓的大小而變化，電壓均值，檢測靈敏度或增益隨著加到打拿極上的高壓的大小而變化，電壓增大增大100V，信號(hào)強(qiáng)度增強(qiáng)，信號(hào)強(qiáng)度增強(qiáng)3倍。因此要求高壓電源非常穩(wěn)定。在較強(qiáng)的發(fā)倍。因此要求高壓電源非常穩(wěn)定。在較強(qiáng)的發(fā)光信號(hào)測量中采用這種模式。光信號(hào)測量中采用這種模式。 光子計(jì)數(shù)光子計(jì)數(shù)PMT：對(duì)于很弱的發(fā)光，可以采用光子計(jì)數(shù)法測定。光子：對(duì)于很弱的發(fā)光，可以采用光子計(jì)數(shù)法測定。

14、光子計(jì)數(shù)是在理論極限靈敏度下計(jì)數(shù)是在理論極限靈敏度下檢測和計(jì)數(shù)檢測和計(jì)數(shù)每個(gè)光子引起的陽極脈沖，靈敏每個(gè)光子引起的陽極脈沖，靈敏度不受電壓的影響。由于信號(hào)較弱，需要進(jìn)行多次掃描取平均值。度不受電壓的影響。由于信號(hào)較弱，需要進(jìn)行多次掃描取平均值。2021/8/14232.1.5 常見的商品儀器常見的商品儀器 F-4500熒光磷光化熒光磷光化學(xué)發(fā)光分光光度計(jì)學(xué)發(fā)光分光光度計(jì) Varrian Cary Eclipse 熒光光度計(jì)熒光光度計(jì) P-E LS-55熒光熒光光度計(jì)光度計(jì) 相同檔次的還有：相同檔次的還有：美國美國Jobin-Yvon-Fluoromax-3 一體化熒光光度計(jì)一體化熒光光度計(jì) 2

15、021/8/1424Dual-channel ConfocalLifetime Imaging & FluorescenceCorrelation SpectroscopyImaging individual molecules to quantify their interactions. 樣品樣品 物鏡物鏡 激光激光 分光鏡分光鏡狹縫狹縫檢測器檢測器2021/8/1425Edinburgh Instrument 公司公司 FLS900系列熒光光度計(jì)系列熒光光度計(jì)具有很強(qiáng)的時(shí)間分辨測量的功能和極高的靈敏度，圖具有很強(qiáng)的時(shí)間分辨測量的功能和極高的靈敏度，圖2.17是該公司是該公司FLS920P熒光光度計(jì)。儀器的光源采用熒光光度計(jì)。儀器的光源采用ns閃光燈（閃光燈（450W氙弧光燈）氙弧光燈），能夠提供，能夠提供ns級(jí)級(jí)的脈沖，因此可以進(jìn)行的脈沖，因此可以進(jìn)行100ps-50s壽命熒光或磷光的時(shí)間分辨分析。儀器的壽命熒光或磷光的時(shí)間分辨分析。儀器的光譜分辨率為光譜分辨率為0.05nm，能夠有效地消除散射光的干擾。檢測器采用了單光，能夠有效地消除散射光的干擾。檢測器采用了單