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螢光光譜儀原理分析與應用

2023/05/22

1.螢光光譜儀原理分析與應用之簡介

1_1.螢光光譜儀的背景與重要性

螢光光譜儀是一種重要的科學實驗室儀器,用於研究物質的螢光特性。它基於光的吸收和螢光發射現象,能夠激發樣本中的螢光物質,並測量其發射的特定波長的光。這些螢光數據提供了關於樣本組成、結構和環境的重要信息,廣泛應用於不同領域的科學研究。

1_2.螢光光譜儀在不同領域的廣泛應用

螢光光譜儀在生物科學領域有著廣泛的應用。在細胞生物學研究中,螢光標定技術成為可視化細胞結構和功能的關鍵工具。科學家們能夠標記特定蛋白質或分子並觀察其在活體細胞中的運動和交互作用,有助於深入了解細胞的生理過程。在分子生物學實驗中,螢光光譜儀也是不可或缺的。

螢光蛋白作為報告基因廣泛應用於基因表達研究,這使得科學家能夠追蹤特定基因在細胞中的表達情況,並研究基因的調節和功能。除了生物科學領域,螢光光譜儀在材料科學領域也有重要應用。它被用於研究半導體材料、量子點等材料的螢光特性。這些材料在電子器件和光電子學中具有廣泛的應用,螢光光譜儀的分析能力能夠幫助科學家評估和優化材料的性能。

此外,螢光光譜儀也在環境監測領域中扮演著關鍵角色。它被用於檢測水質和空氣中的微量污染物,提供關於環境污染狀況的重要數據。螢光分析技術快速準確地測量微量有機污染物,對於環境保護和監測至關重要。總結而言,螢光光譜儀是一項關鍵的科學研究工具,廣泛應用於生物科學、材料科學和環境監測等領域。藉由了解螢光光譜儀的工作原理和應用,科學家能夠更深入探索不同領域的重要問題,推動科學進步和創新。

2.螢光光譜儀基本原理

螢光光譜儀是一種科學實驗室常用的儀器,用於測量樣本中的螢光特性。了解螢光光譜儀的工作原理對於正確解讀實驗數據和應用於不同領域的科學研究至關重要。

螢光黃試劑在硼酸鹽緩衝液中之螢光激發及發射光譜圖

圖1. 螢光黃試劑在硼酸鹽緩衝液中之螢光激發及發射光譜

2_1.光的吸收與螢光發射

螢光光譜儀是一種重要的科學儀器,其工作原理基於物質對光的吸收和螢光發射現象。當物質受到特定波長的光線照射時,其分子或原子會吸收能量並進入激發態(excited state)。接著,在極短暫的時間內,激發態的分子或原子返回基態(ground state),並釋放出螢光光子。螢光光子具有較長的波長,與激發光線的波長不同,因而呈現顯著的螢光發射。

螢光光譜儀利用光的吸收和螢光發射原理,能夠激發樣本中的螢光物質,並測量其在特定波長下的螢光發射。這種儀器廣泛應用於生物科學、材料科學、環境監測等領域。在生物科學中,螢光光譜儀幫助研究細胞生物學和分子生物學實驗,揭示生物過程的奧秘。在材料科學領域,它用於研究材料的螢光特性,有助於開發新型材料和器件。在環境監測中,螢光光譜儀能快速測量微量污染物,提供環境保護所需的數據。

螢光光譜儀的應用範圍非常廣泛,包括細胞生物學研究、分子生物學實驗、材料特性分析以及環境中微量污染物檢測等。藉由螢光光譜儀,科學家能夠深入了解樣本的成分、結構和狀態,並在各個科學領域探索更多重要問題。这些原理的深入理解,将有助於科學家在生物科學、材料科學和環境監測等領域取得更多的科學突破。

2_2.激發與基態能級轉移

螢光光譜儀中的螢光發射過程涉及激發與基態能級的轉移。當物質受到激發光線的能量,其電子會從基態跳躍至較高能量的激發態能級。然而,這些激發態的電子是不穩定的,它們會快速地回到較低的基態能級。在這個過程中,能量差被釋放為螢光光子,這就是螢光發射的來源。

螢光光譜儀的光激發螢光(photoluminescence)光譜是通過將一束能量大於樣品能隙(Energy Gap)的激發光照射在樣品上。樣品分子經由吸收光子能量後,會使其電子躍遷至激發態(Excited State),而激發態之電子則可經由釋放出光子回到基態(Ground State)。若此光子之發射為允許的電子躍遷,即稱為螢光,這種狀態一般具有相當短的生命期(約1奈秒到10奈秒之間)。若光子之發射為不允許的電子躍遷,則稱為磷光,這種狀態一般具有較長的生命期(約1毫秒到1秒之間)。在同樣條件下進行時,磷光強度一般比螢光弱。

這些光激發與基態能級轉移的過程提供了深入研究樣品螢光特性的重要手段。藉由螢光光譜儀,科學家能夠探索物質在激發態和基態間轉移的行為,並藉此獲取有關樣品成分、結構和性質的寶貴信息。這對於生物科學、材料科學和環境監測等領域的研究和應用,都具有重要的意義。

螢光分子探針示意圖圖2. 螢光分子探針示意圖

2_3.螢光光譜的特性與波長解析度

螢光光譜是一項重要的分析技術,其特性取決於物質本身的性質。不同物質具有獨特的螢光光譜特徵,使螢光光譜儀成為識別和定量分析樣本成分的強大工具。通常,螢光光譜以光譜圖形式呈現,顯示在不同波長下的螢光強度變化。

在進行螢光光譜分析時,波長解析度是一項重要的性能指標。它指的是儀器能夠分辨和測量的最小波長差異。較高的波長解析度意味著儀器能夠準確地測量極為接近的螢光峰值,這在研究樣本中微量成分或微細變化時非常關鍵。

螢光光譜的應用十分廣泛,可根據物質產生的螢光吸收位置和吸收強度,對物質進行定性和定量分析,例如在生物科學中研究生物大分子的構形和性質。螢光光譜適用於固體粉末、晶體、薄膜、液體等樣品的分析,並且具有靈活的樣品處理方式,如使用四面光石英比色槽進行液體樣品分析,或使用固體樣品架進行片狀樣品分析,亦可選擇使用積分球進行粉狀樣品分析。

螢光分析的優點包括:(1)高靈敏度、(2).強選擇性、(3)樣本量少和(4)易於使用。然而,也需考慮其一些缺點,例如應用範圍有限以及對環境敏感,可能受到干擾因素影響。

總結而言,螢光光譜儀利用光的吸收與螢光發射原理,並涉及激發與基態能級的轉移過程。其螢光光譜特性和波長解析度為科學研究和應用中的關鍵優勢,透過對這些原理的深入理解,科學家們能夠更準確地研究物質的特性,在生物科學、材料科學和環境監測等領域取得更多的科學突破。

3.螢光光譜儀的組成

螢光光譜儀是一種重要的科學儀器,用於研究物質的螢光現象。了解螢光光譜儀的組成對於理解其工作原理和應用具有重要意義。

3_1.螢光光譜儀中的光源與激發系統

光源是螢光光譜儀的核心部分之一。常見的光源包括氘燈、氙燈和鈾燈等,這些光源能夠提供特定波長的光線。激發系統負責將光源發出的光線聚焦到樣品上,使樣品中的螢光物質得到激發。

3_2.螢光光譜儀中的光學元件與光路配置

螢光光譜儀中的光學元件和光路配置起到收集和分析螢光信號的作用。其中,激發濾光片用於選擇特定波長的激發光線,確保只有樣品中的目標物質被激發。樣品槽則是放置樣品的地方,確保光線與樣品充分交互作用,從而觀測到螢光發射。再通過發射濾光片和光譜儀等元件,將螢光信號轉換成光譜圖形式,以便後續分析。

3_3.螢光光譜儀中的探測器與信號放大器

探測器負責收集樣品發出的螢光信號。常用的探測器包括光電二極管(Photodiode)和光電倍增管(Photomultiplier Tube,PMT)。探測器收集到的微弱光信號需要進行放大,以提高信噪比和增強螢光訊號的檢測靈敏度。因此,信號放大器在螢光光譜儀中也扮演重要角色。

總結而言,螢光光譜儀的組成包括光源與激發系統、光學元件與光路配置,以及探測器與信號放大器。這些關鍵元件的運作協同作用,使螢光光譜儀成為一個強大且廣泛應用的工具,在生物科學、材料科學、環境監測等領域進行物質分析和研究。藉由螢光光譜儀,科學家能夠深入瞭解物質的特性,並在各個領域取得更多的科學突破。

4.螢光光譜儀的應用

螢光光譜儀作為一種強大的科學儀器,廣泛應用於各個領域,對於研究物質的螢光特性和進行定性、定量分析起到關鍵作用。

4_1.螢光光譜儀在生物科學領域的應用

可用於生物樣品中特定成分含量的測定,如去氧核糖(Deoxyribose)和去氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid)的測定,以及抗體、抗原等等的研究。各種螢光探針(Probe)用於分析和檢測。主要分為生物奈米螢光探針和生物非奈米螢光探針,奈米材料具有良好的激發寬帶與發射窄區的螢光光譜特性。

4_1_1.螢光標定技術在細胞生物學中的應用

螢光標定技術是生物科學中常用的技術之一,利用螢光光譜儀可以標定特定分子或結構,並觀察其在細胞中的分佈和變化。例如,利用螢光染料或螢光標記的抗體,可以將特定蛋白質或細胞器標記成不同的螢光顏色,從而實現對細胞進行多色成像和分析。

4_1_2.螢光蛋白作為報導基因的應用

螢光蛋白(Fluorescent Proteins)是生物科學中另一個重要的螢光標定工具,其中最著名的是綠色螢光蛋白(Green Fluorescent Protein,GFP)。經遺傳工程技術將螢光蛋白基因與目標基因連接,使得螢光蛋白在特定條件下表達,這可用於研究基因的表達和功能,並在生物學實驗中進行非侵入性的動態觀測。

4_2.螢光光譜儀在材料科學領域的應用

4_2_1.半導體材料的螢光特性研究

螢光光譜儀在材料科學中對於研究半導體材料的螢光特性具有重要意義。半導體材料在特定能隙下會產生螢光,這些螢光特性直接關聯到材料的結構和成分。透過螢光光譜儀,科學家可以了解半導體材料的能隙結構,並評估其在光電子學和光電器件方面的潛在應用。

4_2_2.螢光探針在材料分析中的應用

熒光探針是螢光光譜儀在材料分析中的另一項重要應用。熒光探針是一種特定的化學分子或材料,其在特定條件下能夠產生螢光。這些探針常用於材料表面特性和結構的研究,如表面改性、材料相互作用等。通過熒光探針的應用,科學家可以快速且非破壞性地獲得材料的詳細信息。

4_3.螢光光譜儀在環境監測領域的應用

4_3_1.螢光光譜儀在水質和空氣中污染物的檢測與分析

螢光光譜儀在環境監測領域扮演著重要角色,尤其在水質和空氣中污染物的檢測方面。許多有機和無機污染物在受到螢光激發後會產生獨特的螢光信號。利用螢光光譜儀可以對這些信號進行分析,從而準確且靈敏地檢測和定量分析水和空氣中的污染物,有助於環境保護和監測。

4_3_2.螢光光譜儀在生物標記在環境監測中的應用

生物標記是指利用特定生物分子或生物體來標記和檢測環境中的特定物質或生物體。螢光光譜儀在生物標記的應用中可以追蹤這些生物標記的螢光信號,從而實現對環境中生物體的追蹤和監測。這種應用對於生態研究和環境污染監測非常有價值。

4_4.螢光光譜儀在藥物分析中的應用

藥物分析中的螢光光譜儀應用十分重要且廣泛。它在藥物研發、鑑定和臨床應用中發揮關鍵作用,特別涉及藥物活性成分(API)的鑑定、藥代動力學研究和臨床藥理療效分析等方面。

藥物螢光分析根據不同的方法可分為直接螢光分析、間接螢光分析和奈米螢光分析。這些方法可以幫助科學家準確測量藥物樣品中的螢光特性,從而得到有關藥物的詳細信息。

起初,螢光光譜儀被用於分析抗瘧疾藥物奎寧,但現在隨著技術的進步,它已廣泛應用於其他藥物類別的分析。藥物分析中的螢光光譜儀可應用於抗生素、鎮痛藥、鎮靜劑等藥物的分析。這些分析結果對於確定藥物的純度、活性以及藥物動力學特性至關重要。

螢光光譜儀在藥物分析中的優點在於其高靈敏度和強選擇性。它能夠快速且準確地測量藥物樣品中微量的成分,並識別不同藥物的特徵螢光光譜。這些信息對於藥物的研發和質量控制至關重要,有助於確保藥物的安全性和有效性。

總的來說,螢光光譜儀在藥物分析中扮演著不可或缺的角色。它提供了一個強大的工具,幫助科學家們研究和分析藥物樣品,並在藥物的研發、生產和臨床應用中取得更多的科學突破。

4_5.螢光光譜儀在食品中的應用

螢光光譜儀在食品分析中有廣泛的應用,它能夠有效地分析檢測食品中的各種物質,包括礦物質和金屬元素、胺基酸、維生素、真菌污染、添加劑、防腐劑、食品包裝中的有害物質以及農藥殘留等。

4_5_1.使用螢光光譜儀在礦物質和金屬元素分析

螢光光譜儀可以用於檢測食品中的礦物質如鈣、鎂、鋅等,以及金屬元素如鉛、汞等的含量。這對於確保食品中的微量元素含量符合安全標準至關重要。

4_5_2.使用螢光光譜儀在胺基酸和維生素分析

螢光光譜儀可用於測量食品中的胺基酸和維生素含量,這對於評估食品營養價值和品質至關重要。

4_5_3.使用螢光光譜儀在真菌污染檢測

螢光光譜儀可以幫助檢測食品中的真菌污染,特別是一些常見的霉菌毒素,以確保食品安全。

4_5_4.使用螢光光譜儀在添加劑和防腐劑分析

螢光光譜儀可用於檢測食品中的添加劑和防腐劑,確保食品符合相關法規和標準。

4_5_5.使用螢光光譜儀在食品包裝中有害物質分析

螢光光譜儀可以測量食品包裝材料中的有害物質,如BPA(雙酚A),以確保食品包裝的安全性。

4_5_6.使用螢光光譜儀在農藥殘留分析

螢光光譜儀能夠快速準確地檢測食品中的農藥殘留量,這在食品安全監測中至關重要。

此外,螢光光譜儀可以結合其他技術,如高效液相色譜(HPLC)、薄層色譜(TLC)、流動注射分析(FIA)等技術,以提高對食品中各種物質的檢測準確性和靈敏度。在食品工業中,螢光光譜儀為品質控制、食品安全監測和食品成分分析提供了一個強大的分析工具。

4_6.螢光光譜儀在地質環境分析中的應用

在地質環境分析中,螢光光譜儀有著重要的應用。隨著有機化工、石油化工、醫藥工業的發展,以及農藥的廣泛使用,有機化合物對環境的危害不斷增加,污染問題變得越來越嚴重。螢光分析是一種有效的方法,用於檢測地球環境中各種物質的含量,尤其在水和土壤樣品的分析中具有重要意義。此外,螢光光譜儀也被廣泛應用於寶石和礦物的分析檢測。

在環境監測方面,螢光光譜儀可以用來檢測水體中有機污染物、重金屬等污染物質的含量。這些污染物質可能來自工業排放、農藥使用、或其他人為活動,它們對環境和生態系統造成嚴重影響。螢光光譜儀能夠快速準確地檢測這些污染物的存在和濃度,有助於確定環境污染的程度並采取相應的治理措施。

在地質探測和礦產資源開發中,螢光光譜儀可以用於分析礦石和寶石中的成分,幫助識別礦物種類和含量。這對於礦產資源勘探和評估具有重要意義,有助於確定礦石的品質和潛在價值。

總的來說,螢光光譜儀在地質環境分析中是一個非常有用的工具。它可以幫助監測和評估環境污染程度,了解自然資源的分佈和含量,並為環境保護和礦產資源開發提供科學依據。

總結而言,螢光光譜儀在生物科學、材料科學、藥物分析、食品和環境監測、地質環境等領域具有廣泛的應用價值。透過這些應用,我們能夠更深入地研究不同領域的問題,從而瞭解物質的特性、結構和狀態。

寶石翡翠螢光檢測圖

圖3. 寶石翡翠螢光檢測

5.如何選擇適合的螢光光譜儀

螢光光譜儀在各個領域的應用需求各有不同,因此選擇適合的螢光光譜儀至關重要。在選購儀器時,以下幾個因素值得考慮:

5_1.考慮螢光光譜儀應用需求與目標

首先,要明確應用需求和研究目標。不同的領域可能需要不同波長範圍的光譜測量或不同的波長解析度。例如,在生物科學中,可能需要高靈敏度且能測量微量成分的螢光光譜儀,而在材料科學中可能需要具有較高波長解析度的儀器來研究複雜材料的螢光特性。

5_2.螢光光譜儀技術規格與性能比較

在選擇螢光光譜儀時,應仔細比較不同儀器的技術規格和性能。這些技術規格包括波長範圍、波長解析度、靈敏度、信噪比等。選擇合適的儀器取決於您的研究要求以及需要測量的樣品性質。

5_3.購買螢光光譜儀的成本效益評估

除了技術性能,成本效益也是選擇儀器的一個關鍵因素。不同品牌和型號的螢光光譜儀價格可能有所不同,且擁有不同的功能和配置。在選購前,應評估儀器的價格和功能是否符合您的預算和需求。

總的來說,選擇適合的螢光光譜儀需要仔細考慮應用需求、技術性能和成本效益。詳細了解儀器的原理和特點,並與不同供應商進行詢價和比較,將有助於選擇最適合您研究和應用的螢光光譜儀,從而取得更加準確和可靠的實驗結果。

6.結論

6_1.螢光光譜儀的優勢與應用價值

螢光光譜儀是一項重要且多功能的科學儀器,在不同領域具有廣泛的應用價值。它基於光的吸收與螢光發射原理,能夠研究物質的螢光特性和結構。藉由螢光光譜儀,科學家們可以深入研究生物分子、材料特性,並且應用於藥物分析、食品檢測、環境監測以及地質環境分析等領域。其高靈敏度、強選擇性、容易使用等優勢使其成為當代科學研究不可或缺的工具。

6_2.總結

對於希望選購螢光光譜儀的客戶,建議您在購買前充分了解自己的研究需求和目標。根據不同領域的應用,可以選擇具有適當波長範圍、波長解析度和靈敏度的儀器。同時,也應評估儀器的成本效益,選擇符合預算的合適儀器。與新國進行詢價和比較,尋找最適合您研究需求的螢光光譜儀,將有助於您的科學研究取得更加準確和有效的結果。

螢光光譜儀的發展和應用將繼續推動科學研究的進步和技術創新。我們期待著客戶在不同領域的努力和貢獻,藉由螢光光譜儀的應用,為解決現實問題和挑戰做出更多突破。

7.SCINCO螢光光譜儀商品介紹

7_1.Lumilux 5100螢光光譜儀產品敘述

SCINCO Lumilux 5100 螢光光譜儀是一款高性能儀器,具有卓越的測量靈敏度和準確性。它的激發和發射光譜帶寬為 0.5 nm,使其適用於從生命科學到材料分析等多個領域。此外,該儀器的掃描速度高達 60,000 nm/min,能夠快速提供研究數據。

Lumilux 5100 螢光光譜儀不僅具有高效能,而且是一個完整的系統,內含多功能的軟體和多種可擴充的附件,因此在RD研究應用及QA/QC等領域廣泛應用。該儀器不僅能夠滿足研究需求,還能夠提供高品質的資料,幫助用戶更深入了解所研究物質的特性和行為。

Lumilux5100螢光光譜儀

Lumilux5100螢光光譜儀

7_2.Lumilux 5100螢光光譜儀產品規格

光源 150W 氙弧燈
偵測器 用於激發和發射光譜的參考 PMT 的光電二極管
波長範圍 190-900 nm 激發和發射
光譜帶寬 0.5、1.0、2.5、5.0、10、20 nm
波長掃描速度 最大 60,000 nm/min

7_3.Lumilux 5100螢光光譜儀產品特點

7_3_1.高解析度

7_3_2.快速掃描能力

7_3_3.可變光譜帶寬

7_3_4.卓越的光學系統

7_3_5.大樣品室

7_3_6.靈敏的偵測器

7_4.Lumilux 5100螢光光譜儀產品應用

Lumilux 5100螢光光譜儀廣泛應用於各個領域,包括化學化工、藥物、食品、生物醫學、環境分析、農藥殘留以及毒品檢測。

7_5.Lumilux 5100螢光光譜儀產品的相關產品或附件

  1. 單槽液體樣品架
  2. 水浴控溫樣品槽
  3. 4槽進樣附件
  4. 8槽進樣附件
  5. 反射式附件
  6. 電子溫控附件
  7. 微量樣品槽
  8. 動力學快速混合附件
  9. 積分球
  10. 吸收量測模組
  11. 固體樣品架
  12. 偏光鏡
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