評(píng)述了近年來(lái)熒光分光光度計(jì)的發(fā)展, 介紹了國(guó)內(nèi)熒光分光光度計(jì)的研制及生產(chǎn)情 況, 綜述了熒光分析技術(shù)的應(yīng)用。

近來(lái) , 我國(guó)在熒光分光光度分析技術(shù) 領(lǐng)域的研究取得了許多新的進(jìn)展。如熒光總 發(fā)光光譜技術(shù) 、熒光探針、光纖熒光傳感器、 激光誘導(dǎo)時(shí)間分辨發(fā)光技術(shù) 、熒光薄層掃描 技術(shù) 、動(dòng)力學(xué)熒光法等。因此 ,對(duì)熒光分光光 度計(jì)的要求不斷提高 。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)熒光分 光光度計(jì)的廠家較少, 國(guó)外廠商提供的都是 中的熒光分光光度計(jì) 。研制和生產(chǎn)性能 可靠的國(guó)產(chǎn)熒光分光光度計(jì)具有重要意義。 1 基本原理 當(dāng)激發(fā)光照射某些物質(zhì)時(shí) ,處在基態(tài)的 分子吸收激發(fā)光后躍遷為激發(fā)態(tài) ,這些激發(fā) 態(tài)分子在因轉(zhuǎn)動(dòng) 、振動(dòng)等損失一部分激發(fā)能 量后 ,以躍遷下降到低振動(dòng)能級(jí) ,再?gòu)?低振動(dòng)能級(jí)下降到基態(tài), 在此過(guò)程中激發(fā)態(tài) 分子將以光的形式釋放出它們所吸收的能 量,這種光稱(chēng)之為熒光,所得到的光譜稱(chēng)為熒 光光譜。熒光光譜能夠反映熒光物質(zhì)的特 性。熒光分光光度計(jì)是基于物質(zhì)的這種性質(zhì) 而對(duì)其進(jìn)行定性及定量分析的一種分析儀 器。 熒光定量分析的數(shù)學(xué)處理比分子吸收光 譜復(fù)雜。一般來(lái)講, 熒光強(qiáng)度 If 等于分子所 吸收輻射的光強(qiáng)度 I a與量子效率 的積[ 1] ,即 If = f·I a = f I0(1 -10 -εbc)。如果熒光 物質(zhì)的濃度足夠低 ,則 If =2 .3 f I 0εbc =kc 。 這就是熒光定量分析的理論公式, 式中 ε、 b 、c 分別是摩爾吸光系數(shù) 、液池厚度及被測(cè) 物質(zhì)的濃度。 2 熒光分光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu) 熒光輻射是從樣品發(fā)生的 ,其在所有方 向發(fā)射都相同 ,原則上可以從任何角度進(jìn)行 觀測(cè) 。但從儀器設(shè)計(jì)和應(yīng)用的觀點(diǎn)來(lái)看, 90° 角度是方便且是目前使用較為廣泛的方 式。 熒光分光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)是 : 光源 ※單色器或?yàn)V光片※樣品池※單色器或 濾光片※檢測(cè)器。 目前熒光分光光度計(jì)的常用光源為氙 燈,單色器多用光柵 ,檢測(cè)器主要用光電倍增 管,普通熒光分光光度計(jì)的激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng) 一般在 200 ～ 900 nm 。

3 熒光分光光度計(jì)的分類(lèi) 3.1 濾光片式熒光計(jì) 3.1.1 單光束濾光片熒光計(jì) 單光束濾光片熒光計(jì)的工作原理是第 1 濾光片允許紫外線(激發(fā)光)通過(guò), 第 2 濾光片可以透射熒光輻射, 但它吸收了任何能向 光電池散射的光 ,對(duì)于這類(lèi)儀器來(lái)講,光電管 及燈的穩(wěn)定性要求比較高, 否則會(huì)引起較大 測(cè)量誤差 。 3.1.2 雙光束濾光片熒光計(jì) 貝克曼比例熒光計(jì)屬于此種類(lèi)型儀器, 它是采用一種特殊設(shè)計(jì)的汞蒸氣燈, 具有斬 光器作用,使樣品和標(biāo)準(zhǔn)各接收 60 Hz 的相 同輻射脈沖并為短的暗間隔所分開(kāi), 從而保 持一個(gè)恒定的參比水平。這類(lèi)儀器消除了由 于線路電壓波動(dòng)所引起的變化 ,具有較高的 穩(wěn)定性。 3.2 熒光分光光度計(jì) 3.2.1 單光束熒光分光光度計(jì) 在熒光光譜定量分析中 ,濾光片式熒光 計(jì)由于有較高的輻射照到樣品上而具有較高 的靈敏度, 但因它易引起光譜干擾而逐漸被 熒光分光光度計(jì)所取代。 早, 單光束熒光分光光度計(jì)作為紫外 可見(jiàn)分光光度計(jì)的一個(gè)附件儀器 ,從光源到 探測(cè)器只有一束測(cè)量光。在測(cè)量時(shí), 參比和 樣品交替進(jìn)行, 因而較易引起測(cè)量誤差 。 3.2.2 雙單色器單光束熒光分光光度計(jì) 這類(lèi)熒光分光光度計(jì)是 90°角照射樣 品,結(jié)合兩個(gè)光柵單色器的單光束儀器。它 是由氙燈發(fā)出激發(fā)光, 經(jīng)過(guò)激發(fā)單色器分出 的單色光照射到樣品上, 然后使發(fā)射單色器 接收熒光到檢測(cè)器。 3.2.3 雙單色器雙光束熒光分光光度計(jì) 這類(lèi)儀器將從光源來(lái)的輻射在穿過(guò) 個(gè)單色器照射到液池之前分成兩路, 這可用 斬波器或光束分離器來(lái)完成。分光后一部分 輻射通過(guò)液池及第二個(gè)單色器照在檢測(cè)器 上,而另一束輻射從液池及第二單色器的側(cè) 旁經(jīng)過(guò)照在檢測(cè)器上。如果以斬波器來(lái)分 光,則可使用一個(gè)單獨(dú)檢測(cè)器輪流測(cè)定來(lái)自 兩光束的輻射;如果使用光束分離器,則需要 第二個(gè)檢測(cè)器來(lái)測(cè)量參比光束的強(qiáng)度。在這兩種情況下 , 熒光光譜都由測(cè)得的來(lái)自樣品 的發(fā)射強(qiáng)度與作為波長(zhǎng)函數(shù)的參比光束強(qiáng)度 的比值組成 。 FRS_100 型熒光分光光度計(jì)分別屬于上述兩 種情況。 還有一類(lèi)雙光束熒光分光光度計(jì)是將從 光源輻射的光分為兩束, 一束通過(guò)液池而另 一束用作參比 。第二束往往要通過(guò)一個(gè)參比 溶液或在測(cè)定前作強(qiáng)度衰減 , 在許多儀器中 采用了零點(diǎn)測(cè)定法, 即利用衰減器將參比光 束在檢測(cè)器上的響應(yīng)值調(diào)節(jié)到與樣品的發(fā)射 在檢測(cè)器上的響應(yīng)值相同, 然后讀得衰減器 上此時(shí)所調(diào)定的值, 可利用同一檢測(cè)器交替 測(cè)量這兩光束 ,或以不同的檢測(cè)器同時(shí)測(cè)定 。 第三類(lèi)雙光束熒光分光光度計(jì)是以美國(guó) Turner 公司生產(chǎn)的 210 型熒光分光光度計(jì) 為代表。它具有激發(fā)光光源和參比燈的兩道 光束 ,交替地照射于測(cè)量輻射器上 ,參比燈在 固定波長(zhǎng)的強(qiáng)度是可變的, 由光平衡系統(tǒng)調(diào) 節(jié)參比燈的能量使其與激發(fā)光的能量相同 , 從參比燈發(fā)出的另外一束光通過(guò)衰減器到達(dá) 光電倍增管檢測(cè)器 。衰減器是由一個(gè)與發(fā)射 單色器聯(lián)結(jié)的傳動(dòng)輪所驅(qū)動(dòng) , 這使得光電倍 增管的光譜感應(yīng)與發(fā)射單色器的光譜特性的 組合得到補(bǔ)償 ,因此交替照射于光電倍增管 上的是一束經(jīng)過(guò)校正的能量恒定的光束和一 束由試樣發(fā)射的熒光, 在整個(gè)掃描的波長(zhǎng)范 圍內(nèi)記錄兩道光束在每一波長(zhǎng)的比率所得到 的曲線就是熒光光譜 。 3.2.4 激發(fā)和發(fā)射均為雙單色器的熒光儀 Spex 公司的 Fluorolog_2 系列儀器的激 發(fā)和發(fā)射均為雙單色器, 這種儀器減少了雜 散光的干擾 , 對(duì)于生物樣品等光散射比較強(qiáng) 的樣品測(cè)定十分有利。這類(lèi)儀器靈敏度非常 高,穩(wěn)定性十分好。

4 熒光分光光度計(jì)的發(fā)展 由于熒光分光光度計(jì)靈敏度高 、特異性 強(qiáng),因此應(yīng)用范圍較為廣泛 。但由于它對(duì)樣 品有一定要求 ,所以目前還不屬于實(shí)驗(yàn)室的 常規(guī)儀器 ,一般用于科研工作 ,目前使用的熒 光分光光度計(jì)以國(guó)外中儀器為主。 4.1 國(guó)外熒光分光光度計(jì) 目前進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的外國(guó)廠商主要有日 立公司 、島津公司以及美國(guó)的 PE 公司等。 這些公司的儀器性能指標(biāo)如表 1 所示。 表 1 國(guó)外熒光分光光度計(jì)性能指標(biāo)比較 參數(shù)項(xiàng) 日立F_4500 PE LS_50B 島津 RF_5301PC 光源 150 W 氙燈 8 .3W/ 50Hz 氙燈 8 .9W/ 60Hz 氙燈 150W 氙燈 掃描范圍 λex 、λem 200 ～ 900 nm λe x 200 ～ 800 nm λem 200 ～ 900 nm λex 、λem 220～ 900 nm 分辨率 1.0 nm 2.5 nm 1 .5 nm 波長(zhǎng)精度 ±2 nm ±1 .0 nm ±1.5 nm 少取樣量 0 .6 mL 2 mL 2 mL 從表 1 可以看到使用脈沖作為光源是 PE 公司 LS_50B 的特點(diǎn) , 該光源的使用可降 低氙燈的功率, 節(jié)約能源 ,延長(zhǎng)使用壽命 。而 波長(zhǎng)掃描速度的改觀在日立公司儀器中具有 明顯的優(yōu)勢(shì)。另外日立公司推出的 F_4500 型熒光分光光度計(jì)采用水平光束測(cè)量, 樣品 量只需 0 .6 mL ,這對(duì)痕量分析大有益處 。雖 然熒光分光光度計(jì)近年來(lái)在光學(xué)系統(tǒng)和檢測(cè) 系統(tǒng)方面沒(méi)有明顯改觀, 但是隨著計(jì)算機(jī)軟 件的飛速發(fā)展 ,熒光分光光度計(jì)的應(yīng)用軟件 系統(tǒng)不斷完善 ,各大公司均提供了許多用戶(hù) 歡迎的應(yīng)用軟件 ,使儀器的操作及數(shù)據(jù)處理 自動(dòng)化程度提高 。 4.2 國(guó)內(nèi)熒光分光光度計(jì)的應(yīng)用與研制 70 年代末期以來(lái), 國(guó)內(nèi)高等院校及科研 單位逐漸引進(jìn)了中熒光分光光度計(jì) 。筆 者統(tǒng)計(jì)了 1996 年《分析化學(xué)》雜志刊載熒光分析方面的文章表明, 國(guó)外儀器使用率高達(dá) 85 %以上 。常用的儀器型號(hào)為日立 540 、日 立 RF_3010 、島津 RF_5000 ,的熒光分光光度計(jì)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中占有優(yōu) 勢(shì)。 系統(tǒng)研究單位在 70 年代引 進(jìn)國(guó)外熒光儀器 3 臺(tái), 80 年代引進(jìn) 13 臺(tái) , 1990 ～ 1995 年引進(jìn) 6 臺(tái)。由此情況可見(jiàn)國(guó) 內(nèi)引進(jìn)儀器形勢(shì) 。國(guó)外儀器的引進(jìn), 對(duì) 我國(guó)熒光分析技術(shù)的發(fā)展起到明顯的推動(dòng)作 用。 國(guó)內(nèi)熒光分光光度計(jì)的研制起步較晚 , 多為自行裝配 ,而商品化的儀器不多,已形成 商品化的儀器有 :天津光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的 WFD 系列產(chǎn)品 , 廈門(mén)分 析儀器廠生產(chǎn)的 GFY 系列以及與廈門(mén)大學(xué)合作研制的 YF 型系列產(chǎn)品。另外上海第三分析儀器廠先后 生產(chǎn)幾種型號(hào)熒光分光光度計(jì) ,如 970MC 型 熒光分光光度計(jì) ,目前國(guó)內(nèi)廈門(mén)大學(xué)化學(xué)系 對(duì)熒光儀的研制和開(kāi)發(fā)做了大量工作 ;國(guó)內(nèi) 有一些單位研究激光熒光光譜儀 ,如核工業(yè) 部化工冶金研究所研制的時(shí)間分辨激光熒光 光譜儀,靈敏度比普通熒光光度計(jì)高十幾倍 ;時(shí)間分辨熒光生化(免疫)分析儀, 采用鑭系 元素標(biāo)液生化分析, 其靈敏度、特異性 、穩(wěn)定 性均可與同位素標(biāo)液方法相媲美。南開(kāi)大學(xué) 開(kāi)發(fā)一種便攜式熒光光譜儀采用光纖采樣輸 入,CCD 陣列接收 , 筆記本微機(jī)數(shù)據(jù)處理技 術(shù),特別適合于在線和野外工作 。光纖熒光 傳感器的應(yīng)用給熒光分析儀器注入活力, 而 電荷轉(zhuǎn)移檢測(cè)器的引入大大改善了熒光分析 儀器的性能。 5 熒光分光光度計(jì)的應(yīng)用 5.1 無(wú)機(jī)分析 熒光分析法由于靈敏度高 、動(dòng)態(tài)線性范 圍寬等優(yōu)點(diǎn), 在一些領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。在無(wú)機(jī)元素分析中 ,主要是通過(guò)待測(cè)元素與有機(jī) 試劑(或熒光試劑)生成配合物或發(fā)生熒光猝 滅效應(yīng)來(lái)測(cè)定元素的含量 。目前可以通過(guò)熒 光分析測(cè)定 70 多種金屬離子和陰離子 , 如 Ag 、Al 、As 、Au 、Be 、Bi 、 Ca 、Cu 、Ge 、Ga 、Hf 、 Hg 、In 、Ir 、Li 、Mg 、M n 、Nb 、Ni 、Os 、Pb 、Pt 、 Ru 、Sb 、Sc 、Si 、Sn 、Sr 、Ta 、Tl 、Th 、Ti 、V 、Y 、 W 、Zn 、Ce 、Dy 、Eu 、Gd 、La 、Lu 、Sm 、Cd 、Cr (Ⅵ )、Se 、Te 、Re 等。 增效試劑在無(wú)機(jī)物熒光分析中的應(yīng)用仍 是一個(gè)十分活躍的研究領(lǐng)域。稀土元素的熒 光體系、催化動(dòng)力學(xué)熒光分析 、新熒光試劑及 熒光探針試劑的合成均是目前研究的熱點(diǎn), 而將分離手段與熒光光度法相結(jié)合, 將有效 地提高分析方法的適應(yīng)性, 如氫化物與熒光 法、色層法與熒光法相結(jié)合,這將是微量技術(shù) 與痕量分析相結(jié)合提高分析方法的靈敏度、 改善選擇性和拓寬熒光分析法應(yīng)用領(lǐng)域的途徑。 5.2 有機(jī)物分析 近年來(lái)有機(jī)物熒光分析研究在我國(guó)發(fā)展 迅速, 年文獻(xiàn)量不斷增加 。主要應(yīng)用領(lǐng)域有 中西藥和臨床、食品營(yíng)養(yǎng)和添加劑等試樣。 激光誘導(dǎo)熒光法診斷惡性腫瘤 ,顯微熒光法 研究藥物與細(xì)胞的相互作用 ,DNA 編序及含 量的熒光法測(cè)定均是目前受到關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn) 題。 5.3 熒光分析技術(shù)研究 近年來(lái) ,熒光分析技術(shù)在我國(guó)有了長(zhǎng)足 的發(fā)展。激光誘導(dǎo)和時(shí)間分辨熒光法在提高 分析靈敏度和改善選擇性方面具有獨(dú)到之 處;三維熒光光譜可以同時(shí)利用不同發(fā)光物 質(zhì)間熒光波長(zhǎng)和熒光壽命的差別 ,增加分析 方法的信息量。林竹光等將 Apple Ⅱ微機(jī)與 日立 659_103 熒光光度計(jì)聯(lián)接, 設(shè)計(jì)了一套 多功能軟件,除了可以得到常規(guī)熒光光譜、導(dǎo)數(shù)熒光光譜以外 ,還可以得到三維熒光光譜 及等高圖 。還有人把阿達(dá)瑪變換多通道成像 技術(shù)與熒光顯微鏡結(jié)合起來(lái) , 可以得到阿達(dá) 瑪變換三維熒光圖象。 這些熒光技術(shù)的研 究,將對(duì)我國(guó)熒光分光光度計(jì)的研制和開(kāi)發(fā) 起引導(dǎo)作用。 從表 2 統(tǒng)計(jì)的 369 篇有關(guān)熒光分析應(yīng)用 文獻(xiàn)[ 2] 可見(jiàn), 我國(guó)在熒光分析領(lǐng)域中目前仍 以無(wú)機(jī)分析為主 ,而熒光分析技術(shù)的研究也 占有相當(dāng)高的比例, 這說(shuō)明我國(guó)分析工作者 對(duì)熒光分光光度計(jì)的開(kāi)發(fā)、改造以及研制極 為關(guān)注,這將大大推動(dòng)我國(guó)熒光分光光度計(jì) 的發(fā)展。 表 2 熒光分析技術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域論文統(tǒng)計(jì) 項(xiàng) 目 無(wú)機(jī)分析 有機(jī)分析 熒光分析技術(shù) 文章篇數(shù) 162 38 169 占比例(%) 44 10 46 6 熒光分光光度計(jì)與其它儀器聯(lián)用 熒光分析法因具有靈敏度高 ,線性動(dòng)態(tài) 范圍寬等優(yōu)點(diǎn) ,愈來(lái)愈引起人們的重視 ,尤其 是近年來(lái)激光 、計(jì)算機(jī)、電子學(xué)等新技術(shù)的飛 速發(fā)展,加速了熒光分光光度計(jì)與其它技術(shù) 的結(jié)合而形成多種多樣的新型熒光分析儀。 熒光分光光度計(jì)的聯(lián)用技術(shù)與紫外可見(jiàn) 分光光度計(jì)的聯(lián)用技術(shù)有許多相似之處 。首 先它可以作為一種儀器的檢測(cè)器 ,其次可以 作為一個(gè)獨(dú)立的主體與其它附件相連接, 形 成一種新的測(cè)試系統(tǒng), 后它還可以與其它 分析技術(shù)相結(jié)合構(gòu)成一種新型的分析儀器。 6.1 熒光檢測(cè)與 HPLC 聯(lián)用 液相色譜檢測(cè)器種類(lèi)很多 ,靈敏度較高 、 選擇性較好的熒光檢測(cè)器在進(jìn)行微量分析中 經(jīng)常使用 。如許多芳香族化合物如蒽、菲、芴 等在特定條件下發(fā)出特征熒光 , 利用 HPLC的熒光檢測(cè) 器可以同 時(shí)測(cè)定上 述物質(zhì)。 Tanabe 等[ 3] 設(shè)計(jì)一種供 HPLC 用的多波長(zhǎng) 熒光檢測(cè)系統(tǒng) ,有 4 個(gè)干涉濾光片和光電倍 增管通道 ;Gluckman 等 [ 4] 研制的熒光檢測(cè) 器,流通池為 150 μL , 可用于毛細(xì)管 HPLC 和超臨界色譜, 其小檢測(cè)量為 0 .2 pg 。 6.2 熒光檢測(cè)與離子色譜聯(lián)用 M ho 等人[ 5] 研制一套供離子色譜用的 雙光束激光激發(fā)間接熒光檢測(cè)器 ,它用具有 熒光的淋洗離子維持恒定背景信號(hào), 當(dāng)待測(cè) 離子淋出時(shí), 信息觀測(cè)信號(hào)減少。這種熒光 檢測(cè)器可以檢測(cè)納克級(jí)陰離子 ,方法靈敏度 非常高。 6.3 光導(dǎo)纖維與熒光分光光度計(jì)的聯(lián)用 光導(dǎo)纖維目前已被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng) 域,章竹君等人已成功地將光導(dǎo)纖維制成熒 光光纖化學(xué)傳感器。有些廠家已有商品儀器 形成 ,如江蘇分析儀器廠生產(chǎn)的 8510 型多功 能光纖光度計(jì)。這類(lèi)儀器由熒光分光光度計(jì) 引入兩支光纖導(dǎo)管, 一支光纖則將熒光信號(hào) 傳輸?shù)綗晒夥止夤舛扔?jì)中進(jìn)行測(cè)量, 從而形 成了一種高靈敏度 、遙測(cè)痕量分析技術(shù)。光 纖便攜式熒光光譜儀的制成 , 特別適合在線 和野外工作。光纖多頻率相調(diào)制熒光計(jì)以及 液芯光纖熒光計(jì)是目前開(kāi)發(fā)的新型光纖熒光 儀。 6.4 激光光源引入熒光分光光度計(jì) 激光光源引入熒光計(jì)在我國(guó)開(kāi)發(fā)較早, 也是目前應(yīng)用比較成熟的儀器之一, 如測(cè)鈾 儀就是其中的代表[ 6] 。時(shí)間分辨激光熒光 分光光度計(jì)的研制成功, 大大改善了熒光儀 器的性能 ,這類(lèi)儀器已廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、 稀土分析 、冶金、化工 以及生 化等 領(lǐng)域