Лазерная индукция флуоресценции: принципы и применение.
Laser-induced fluorescence
Лазерная флуоресценция (LIF): спектроскопический метод для изучения структуры молекул, обнаружения веществ и визуализации потоков. Принцип и применение.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Лазерная индуцированная флуоресценция (ЛИФ) или лазерная стимулированная флуоресценция (ЛСФ) — это спектроскопический метод, в котором атом или молекула возбуждаются до более высокого энергетического уровня путем поглощения лазерного света, за которым следует спонтанное излучение света. Впервые о ней сообщили Заре и его коллеги в 1968 году. ЛИФ используется для изучения структуры молекул, обнаружения определенных видов, визуализации и измерения потоков. Длина волны часто выбирается такой, при которой у вида наибольшее сечение поглощения. Возбужденный вид через некоторое время, обычно в диапазоне от нескольких наносекунд до микросекунд, возвращается в основное состояние и излучает свет с длиной волны, большей, чем длина волны возбуждения. Этот флуоресцентный свет обычно регистрируется с помощью фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) или фильтрованных фотодиодов.
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.
Типы
Существуют два различных типа спектров: дисперсионные и спектры возбуждения. Дисперсионные спектры получаются при фиксированной длине волны лазера, как описано выше, и анализируется спектр флуоресценции. Сканирование возбуждения, напротив, собирает флуоресцентный свет при фиксированной длине волны излучения или в определенном диапазоне длин волн, при этом изменяется длина волны лазера. Преимущество перед абсорбционной спектроскопией заключается в возможности получения двух- и трехмерных изображений, поскольку флуоресценция происходит во всех направлениях (то есть флуоресцентный сигнал обычно изотропен). Высокое отношение сигнал/шум флуоресцентного сигнала обеспечивает высокую чувствительность к процессу. Кроме того, можно различить большее количество веществ, поскольку длину волны лазера можно настроить на конкретное возбуждение данного вещества, которое не характерно для других веществ. LIF (лазерная индукция флуоресценции) полезна для изучения электронной структуры молекул и их взаимодействий. Она также успешно применяется для количественного измерения концентраций в таких областях, как горение, плазма, распыление и явления течения (например, молекулярная маркировочная ведометрия), в некоторых случаях позволяя визуализировать концентрации до наномолярных уровней. Флуоресценция, индуцированная светодиодами, использовалась in situ для определения загрязнения ароматическими углеводородами в качестве дополнительного модуля к конусным пенетрометрам, а также в качестве ударно-устойчивого инструмента.
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.