Лазерлік индукцияланған люминесценция: қағидалары және қолданылуы
Laser-induced fluorescence
Лазерлік индукцияланған флуоресценция (LIF) – молекулалар құрылымын, түрларды анықтауды және ағынды зерттеуге арналған спектроскопиялық әдіс. Жоғары энергия деңгейін анықтайды.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Лазерлік индукцияланған флуоресценция (ЛИФ) немесе лазерлік стимуляцияланған флуоресценция (ЛСФ) – лазер сәулесін сіңіру арқылы атом немесе молекуланың жоғары энергия деңгейіне өтуін қамтамасыз ететін спектроскопиялық әдіс, одан кейін спонтанды түрде жарық шығарылады. Алғаш рет 1968 жылы Заре және оның әріптестері бұл құбылысты сипаттаған. ЛИФ молекулалардың құрылымын зерттеуге, нақты түрлерді анықтауға, ағынның визуализациясына және өлшемдерге қолданылады. Толқын ұзындығы көбінесе түрдің ең үлкен қимасымен сәйкес келетіндей етіп таңдалады. Қозған түрлер белгілі бір уақыттан кейін, әдетте бірнеше наносекундтан микросекундқа дейін, энергиясын жояды және қоздыру толқын ұзындығынан ұзын толқын ұзындығында жарық шығарады. Бұл флуоресцентті жарық әдетте фотомультипликатор түтігі (ФМТ) немесе сүзгіленген фотодиодтар арқылы тіркеледі.
Laser induced fluorescence (LIF) or laser stimulated fluorescence (LSF) is a spectroscopic method in which an atom or molecule is excited to a higher energy level by the absorption of laser light followed by spontaneous emission of light. It was first reported by Zare and coworkers in 1968. LIF is used for studying structure of molecules, detection of selective species and flow visualization and measurements. The wavelength is often selected to be the one at which the species has its largest cross section. The excited species will after some time, usually in the order of few nanoseconds to microseconds, de excite and emit light at a wavelength longer than the excitation wavelength. This fluorescent light is typically recorded with a photomultiplier tube (PMT) or filtered photodiodes.
Түрлері
Спектрлердің екі түрі бар: дисперсиялық және қозу спектрлері. Дисперсиялық спектрлер жоғарыда көрсетілгендей, белгілі бір лазерлік толқын ұзындығында жүргізіледі және флуоресценция спектрі талданады. Ал қозу сканилері керісінше, белгілі бір шығарылым толқын ұзындығында немесе толқын ұзындығының диапазонында флуоресценттік сәулені жинайды. Оның орнына лазерлік толқын ұзындығы өзгертіледі. Бұл әдіс сіңіру спектроскопиясынан артықшылықты, себебі флуоресценция барлық бағытта болатындықтан (яғни флуоресценция сигналы әдетте изотропты), екі және үш өлшемді суреттер алуға мүмкіндік береді. Флуоресценттік сигналдың сигнал-шу қатынасы өте жоғары, бұл процеске жақсы сезімталдық қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, лазерлік толқын ұзындығын басқа түрлерге тән емес, белгілі бір түрдің ерекше қозуына қадастауға болады, осылайша түрлерді ажырату мүмкіндігі туады. LIF молекулалардың электрондық құрылымын және олардың өзара әрекеттесуін зерттеуде пайдалы. Бұл әдіс жану, плазма, шашырау және ағын құбылыстары (мысалы, молекулалық таңбалау жылдамдық өлшеуіші) сияқты салаларда концентрацияны сандық өлшеу үшін де сәтті қолданылды, кейбір жағдайларда концентрацияларды наномолярлық деңгейге дейін визуализациялауға болады. Жарықдиодты (LED) индукцияланған флуоресценция конуспенетрометрдің қосымша модулі ретінде, сондай-ақ соққыға төтеп бере алатын құрал ретінде ароматты көмірсутектердің ластануын анықтау үшін қолданылды.
Two different kinds of spectra exist, disperse spectra and excitation spectra. The disperse spectra are performed with a fixed lasing wavelength, as above and the fluorescence spectrum is analyzed. Excitation scans on the other hand collect fluorescent light at a fixed emission wavelength or range of wavelengths. Instead the lasing wavelength is changed. An advantage over absorption spectroscopy is that it is possible to get two and three dimensional images since fluorescence takes place in all directions (i. e. the fluorescence signal is usually isotropic). The signal to noise ratio of the fluorescence signal is very high, providing a good sensitivity to the process. It is also possible to distinguish between more species, since the lasing wavelength can be tuned to a particular excitation of a given species which is not shared by other species. LIF is useful in the study of the electronic structure of molecules and their interactions. It has also been successfully applied for quantitative measurement of concentrations in fields like combustion, plasma, spray and flow phenomena (such as molecular tagging velocimetry), in some cases visualizing concentrations down to nanomolar levels. LED induced fluorescence has been used in situ to delineate aromatic hydrocarbon contamination as a cone penetrometer add on module and also as a percussive capable asset.