Что такое флуоресцентная спектроскопия?

Пол Хини | 3 мая 2023 г.

Флуоресцентная спектроскопия — это метод определения состава образца. Он возбуждает образец электромагнитным излучением, заставляя его излучать характерное излучение. Это неразрушающий метод анализа состава пробы. Приборы, используемые для проведения флуоресцентной спектроскопии, известны как флуорометры. Чаще всего образец возбуждается ультрафиолетовым светом, а излучаемый свет находится в видимом спектре. Рентгеновские флуориметры также используются для элементного анализа. Флуоресцентная спектроскопия используется во многих областях, включая биохимическую, медицинскую и контроль качества воды.

Флуоресценция – это процесс, при котором вещества поглощают и переизлучают излучение. Молекулы имеют разные энергетические уровни, определяемые положением электронов внутри оболочек и колебательными состояниями. Когда молекула возбуждается путем поглощения фотона электромагнитного излучения, она на мгновение сохраняет эту энергию, переходя в более высокое энергетическое состояние, при этом электрон перемещается на оболочку, расположенную дальше от ядра. Из-за электрического притяжения между электроном и ядром электрон быстро возвращается в более низкое энергетическое состояние, и энергия высвобождается в виде фотона. Эти высвободившиеся фотоны представляют собой переизлучение — и они имеют частоту, характерную для уникального колебательного состояния молекулы.

Флуоресцентную спектроскопию можно проводить с помощью фильтрующих флуорометров или спектрофлуориметров. Фильтрующие флуориметры используют фильтры для отделения возбуждающего излучения от испускаемого флуоресцентного света. Спектрофлуориметры используют монохроматор с дифракционной решеткой для разделения возбуждающего и флуоресцентного света. В обоих случаях источник возбуждения излучает излучение широкого спектра, а полоса частот затем сужается фильтром или монохроматором, прежде чем достичь образца. Затем частота флуоресцентного света определяется путем пропускания его через другой фильтр или монохроматор и фотодетектор. Образец будет флуоресцировать во всех направлениях независимо от угла падения возбуждающего излучения. Поэтому детектор обычно располагается перпендикулярно лучу возбуждения, чтобы свести к минимуму попадание проходящего или отраженного света на детектор.

Источником возбуждающего света может быть ртутная лампа, ксеноновая дуга, светодиод или лазер. Преимущество использования лазера заключается в том, что очень узкая полоса частот устраняет необходимость в монохроматоре или фильтре возбуждения. Однако это значительно усложняет регулировку частоты и несколько ограничивает ее. Монохроматор с механически сканируемой дифракционной решеткой и поляризационными фильтрами можно настроить для сканирования в широком диапазоне длин волн.