激光诱导植物叶绿素荧光寿命及光谱特性分析

传统荧光光谱分析法虽能用于评估植物生理状况,但在植物遥感探测中该方法具有抗干扰性弱、待测数据量大的缺陷.针对此问题,提出一种荧光寿命成像技术,将植物荧光寿命及光谱信息结合,分析植物内在生理信息,实现了远距离、大范围精确测量植物生理状况.采用时间分辨测量法,用连续激光脉冲照射植物产生大量相同的荧光信号,同时不断改变探测器的启动延迟时间,得到完整的荧光信号,用解卷积法反演植物荧光寿命.对活体法国冬青植株的光谱信息与荧光寿命特性进行了研究,结果显示植物荧光寿命与叶绿素含量成线性关系,并且植物叶绿素含量在0.03~0.06 mg/cm~2这一特定范围,线性相关系数高达0.9051,比荧光光谱能更精确地反映植物叶绿素含量.     

基于激光诱导叶绿素荧光寿命成像技术的植物荧光特性研究

针对植物荧光遥感探测中信号易受干扰的问题, 提出了一种用于评估植物生长状况及环境监测的荧光寿命成像技术. 采用凹透镜对355 nm波长的激光扩束, 再照射植物激发叶绿素荧光, 由增强型电荷耦合器件接收荧光信号. 采用时间分辨测量法, 连续用相同激光脉冲照射植物以激发相同的荧光信号, 同时不断改变激光脉冲触发探测器启动的延时时间, 从而能够得到完整的离散荧光信号分布图像. 对植物特定位置点产生的离散荧光信号进行拟合, 再运用一种改进型的迭代解卷积法可反演高精度的荧光寿命; 进而反演图像各点的荧光寿命以生成植物的荧光寿命分布图. 该方法所绘制的荧光寿命图比荧光强度图能更准确地反映植物内部的叶绿素含量, 并对活体植物叶绿素荧光寿命的物理特性进行了初步研究, 证明叶绿素荧光寿命与植物生理状态存在一定关联; 并且叶绿素荧光寿命与活体植物所处环境存在着复杂的关系. 未来将与生物物理学家们合作, 继续探寻叶绿素荧光寿命与植物生存环境的关系.     

激光诱导叶绿素荧光寿命的测量及其特性分析

提出了一种用于评估植物生长状况及环境监测的激光诱导叶绿素荧光寿命测量方法. 采用波长355 nm的激光作为光源激发叶绿素荧光, 由光电倍增管接收其荧光信号, 由于被测叶绿素荧光衰减函数与激光脉冲、仪器响应函数卷积在一起, 根据它们的特性, 运用时间分辨测量法分别测得叶绿素荧光及其背景信号, 并结合一种新型解卷积算法可分离出真实的叶绿素荧光衰减函数, 从而获取叶绿素的荧光寿命. 测试结果表明: 该方法能够实现叶绿素荧光寿命的高精度实时监测, 对不同叶绿素含量的溶液荧光寿命进行了测试, 证明叶绿素含量与其荧光寿命具有相关性, 并且拟合了叶绿素含量与荧光寿命的标定曲线. 关键词： 荧光寿命 激光诱导荧光 时间分辨测量法 叶绿素含量     

激光诱导荧光寿命及其测量

激光诱导荧光特性的研究可用于包括心血管病在内的多种疾病的诊断。荧光发射包括光谱（频域）和时间（时域）两方面的信息，后者表现为荧光寿命。在很多情况下，测量荧光寿命是比测量光谱更为有效的诊断方法。本文从理论上讨论了荧光寿命问题，并介绍两种测量方法，可用于测量人体正常组织和病变组织的激光诱导荧光寿命     

激光诱导荧光能级寿命检测中磁场的干扰

在孔阴极放电激光诱导荧光氩原子Ａｒ１５ｐ［３／２］２能级寿命检测中，当加强外碰场于其观察方向，被测能级寿命随磁场强度的增加而缩短。其自然能级寿命被确定为１２０ｎｓ。     

机油产品激光诱导荧光特性的研究

利用紫外脉冲激光和光电倍增管相结合测量机油产品激光诱导荧光的光谱特性和时间特性.分析了荧光光谱的产生,给出了时间分辨荧光光谱的测量.实际测量了一种应用广泛的燕山机油的时间分辨荧光的光谱分布和荧光寿命,测得的荧光谱分布结果和文献中报道的相同.     

激光诱导水体中DOM的荧光猝灭特性分析

以355 nm激光为激发光源,在实验室中用激光诱导荧光(LIF)方法以不同浓度的腐殖酸为测量样品研究了水体中溶解有机物(DOM)的荧光猝灭特性。研究表明,随着腐殖酸浓度的增加,水拉曼散射强度逐渐减弱,当浓度为40 mg·L-1时,水拉曼散射信号几乎完全被DOM的荧光基态分子所吸收,而DOM的荧光强度随着浓度的增加,先是线性增加,当浓度为16 mg·L-1时,荧光强度达到最大,再继续增加腐殖酸浓度,荧光强度则缓慢降低。因此,通过对不同浓度下腐殖酸荧光猝灭特性的分析,可以更加有效的实现水体中DOM浓度的探测。     

机油类产品激光诱导荧光时间特性的研究

介绍了一种由三倍频Nd∶YAG激光器、单色仪、光电倍增管以及信号采集处理系统构成的激光荧光谱寿命测量系统及其测量原理和方法,讨论了如何去除激发光脉冲宽度和探测系统响应速度对测量结果的影响,并实际测量了一种应用广泛的燕山机油的荧光谱寿命.本系统具有简便、快捷、准确以及成本低等优点,适合用于未来实用化机载水面监测激光荧光雷达遥感系统中 关键词： 激光诱导荧光 荧光寿命 Nd∶YAG激光器 光电倍增管     

激光诱导荧光光谱燃烧测温技术研究

基于分子激发态振动能级粒子碰撞能量弛豫过程的理论,本文提出了一种可望实现瞬态燃烧温度测量的新技术——激光诱导分子热助振动荧光光谱技术。建立了分于激发态振动能级粒子碰撞能量弛豫过程的四能级系统模型,以BaCl分子为对象实验研究了激光诱导热助振动荧光光谱的特性,通过以5170波长选择激发BaCl的C~2Ⅱ_(1/2)(v=1)←→)X~2∑(v=0)能级跃迁,对液化石油气/空气预混火焰温度进行了实验测量。     

微秒级激光荧光寿命测量

本文描述了由氮分子激光器，小型光栅单色器，光电倍增管，记忆示波器等组装成的微光荧光寿命测量装置，讨论了该装置的测量原理和方法，并测定了ＹＡＧ晶体，钒磷酸盐等样品的荧光寿命，测定的结果与标准样品值相符。     

原油样品激光诱导荧光的时间分辨光谱特性研究

为探索激光诱导时间分辨荧光光谱技术应用于海洋悬浮溢油原位探测的可行性,对来自胜利油田六个不同井区不同密度的原油样品的时间分辨荧光光谱进行了探测分析。结果发现,各原油样品荧光发射的持续时间基本相同,从ICCD中数字延时发生器(DDG)的输入延时52 ns开始,到输入延时82 ns左右结束,各原油样品的荧光峰强度随时间变化曲线的半高宽约10 ns;不同原油样品的最强荧光峰位及其衰减寿命不尽相同,并且与样品密度有一定相关性,密度相近的原油具有相近的最强荧光峰位和相似的荧光寿命。对比六种原油样品的时间分辨荧光光谱发现,在荧光增强时,原油荧光光谱峰位不变,当荧光从最大强度开始衰减时,六种原油样品的荧光光谱峰位均出现了不同程度(17~30 nm)的红移现象,这一定程度上反映出原油中各荧光组分的荧光衰减速率存在差异,或者存在荧光组分之间的能量传递。所观测到的原油密度相关的时间分辨光谱信息和荧光峰红移现象可望成为水下悬浮溢油识别的有效特征之一。     

多元线性回归提高激光诱导荧光辅助激光诱导击穿光谱技术的准确度

冶金、核工业、污染检测和环境监测等领域对元素分析的需求是必不可少.激光诱导击穿光谱技术作为一种新型的原子光谱分析技术,具有实时快速、对样品几乎无损、可多元素同时分析等特点,因此一直受到广泛的关注.但其分析灵敏度较差的缺点一直限制着该技术的发展.激光诱导荧光辅助激光诱导激光光谱技术能够通过激光共振激发提高分析灵敏度并高效...     

NO2分子在440～495 nm范围内的激光诱导荧光激发谱

以 NdYAG脉冲激光器泵浦的光学参量发生器/放大器作激发光源, 获得了室温、低气压条件下, NO2分子在440～495 nm波长范围内的激光诱导荧光激发谱, 将所得谱线峰归属为NO2由基电子态X2A1态向第二电子激发态B2B1态的跃迁, 利用实验所得峰值波长计算了NO2分子B2B1态的角振动频率ωe. 通过对NO2分子B2B1→X2A1跃迁的荧光时间分辨光谱进行实验研究, 得到15 Pa气压下B2B1(0, 9, 0)振动态的能级寿命τ=49 μs. 测量了荧光寿命随气压的变化关系, 利用曲线拟合得到NO2 B2B1(0, 9, 0)振动态的自发辐射寿命τ0≈55 μs和无辐射跃迁弛豫速率常数. kq=1.2×10-9 cm3 molecule-1s-1.     

基于激光诱导荧光的溢油厚度定量检测实验研究

海上溢油油膜厚度的定量检测是实现溢油量准确估计的重要依据和手段,为制定石油污染应急响应提供了基础数据。本文基于激光诱导荧光（LIF）的方法以柴油（0# diesel）、机油（Mobil motor oil 20w-40）、润滑油（Shell Helix 15w-40,Shell Helix 10w-40,Shell Helix 5w-40）为研究对象,重点分析了油膜厚度-荧光发射强度关系,检出限以及油膜厚度在不同水体中定量检测的准确性。结果表明：0#柴油和美孚机油20w-60的荧光光谱特征与润滑油的光谱特征有明显不同,柴油的荧光峰位于326 nm其FWHM为60 nm,美孚机油20w-60则具有三个荧光峰分别位于360 nm/375 nm/390 nm其FWHM为100nm。三种润滑油（壳牌润滑油15w-40、壳牌润滑油10w-40、壳牌润滑油5w-40）的荧光光谱重叠明显,荧光峰分别位于334,344和343 nm且FWHM分别为75,45和50 nm。5种油膜的荧光强度均随油膜厚度的增加而增加,校正曲线的相关性分别为0.997 8,0.997 9,0.996 4,0.997 8和0.996 0,均具有较好的相关性,5种油膜检出限分别为0.03,0.02,0.02,0.03和0.05 μm,0#柴油在合成海水A和B中的平均相对误差为5.04%和8.73%,平均相对标准偏差分别为4.37%和8.36%,美孚机油20w-40在合成海水A和B中的平均相对误差为7.99%和9.97%,平均相对标准偏差为4.78%和6.23%。壳牌润滑油15w-40在合成海水A和B中的平均相对误差为8.54%和13.69%,相对标准偏差为5.05%和9.08%。壳牌润滑油10w-40在合成海水A和B中的平均相对误差为6.33%和12.38%,平均相对标准偏差为2.85%和7.92%。壳牌润滑油5w-40在合成海水A和B中的平均相对误差为4.28%和11.57%,平均相对标准偏差为3.56%和7.73%。可见5种油膜在不同水体中定量检测的平均相对误差均小于14%,平均相对标准偏差均小于10%,研究结果可以实现对薄油膜的测量,为海上油膜厚度的在线监测提供了技术手段。     

Effect of Polystyrene Microsphere Surface to Fluorescence Lifetime Under Two-Photon Excitation

Molecular assays such as immunoassays are often performed using solid carriers and fluorescent labels. In such an assay format a question can be raised on how much the fluorescence of the label is influenced by the bio-affinity binding events and the solid carrier surface. Since changes in fluorescence intensity as labels bind to surfaces are notoriously difficult to quantify other approaches are preferred. A good indicator, independent of the fluorescence intensity of the label, is the fluorescence lifetime of the marker fluorophore. Changes in fluorescence lifetime reliably indicate the presence of dynamic quenching, energy transfer or other de-excitation processes. A microsphere based assay system is studied under two-photon excitation. Changes in fluorescence lifetime are studied as labeled protein conjugates bind on microsphere surfaces – both direct on the surface and with a few nanometer distance from the surface. Fluorescence signal is measured from individual polystyrene microspheres and the fluorescence lifetime histogram is simultaneously recorded. The results indicate that self-quenching and quenching by the polystyrene surface are both present in such a system. However, the effect of the surface can be avoided by increasing the distance between the surface and the label. Typical distances achieved by a standard sandwich type of assay, are already sufficient to overcome the surface induced quenching in fluorescence detection.     

激光等离子体光谱分析技术的发展现状

综述了近几年来应用激光等离子体光谱分析技术在不同领域所取得的研究成果,包括利用激光诱导击穿光谱学(LIBS)和激光诱导等离子体光谱学(LIPS)方法对固体样品(如金属合金、土壤、混凝土、矿物、化石、药品等)、液体样品(溶液、纯净水、液体喷射流等)和气体样品(大气、纯净气体、水蒸气和气溶胶等)中物质成分和相关特性的分析研究,以及在其他方面的研究应用;讨论了影响检测性能的因素,如激光波长、脉冲能量、功率密度、环境气氛、外加电场、样品表面涂层以及样品材料性能等对分析精确度和检出限的影响;对一些改进的实验装置及方法也进行了简单介绍。激光等离子体光谱分析技术的发展,为许多科学和应用研究创造了方便和快捷的有利条件,对科技进步有深远影响。     

Improved Routine Bio-Medical and Bio-Analytical Online Fluorescence Measurements Using Fluorescence Lifetime Resolution

Fluorescence techniques are widely used as sensitive detection methods in bio-analytics. The use of the bio-physical parameter fluorescence lifetime additional to the spectral characteristics of fluorescence has the potential to improve fluorescence-related detection methods in terms of selectivity in signal recognition, robustness against disturbing influences, and the accessibility of novel bio-chemical process parameters. This article describes the technical set up of a time-resolving instrument with either a fixed time-gated detection principle for improved evaluation of tissue metabolism by an online monitoring of the tissue autofluorescence or a direct fluorescence lifetime detection principle for lifetime-based fluorescent assays.     

农田土壤水分含量的激光诱导荧光光谱表征

通过实验探讨了植物的激光诱导叶绿素荧光光谱与土壤水分间的关系。实验利用Y-形光纤探头获取了植物在450 nm LED光源照射下所发出的叶绿素荧光光谱,同时利用TDR传感器测量土壤湿度。实验以水稻为研究对象,研究了在持续水分胁迫和间歇水分胁迫下,叶绿素荧光光谱743 nm附近波峰的变化,结果发现,波峰强度与土壤水分含量具有相关性。最后,利用Lorentzian方程,将持续水分胁迫下的土壤含水量与叶绿素荧光强度进行建模,发现所建的模型具有较高的决定系数,说明该方法可以应用于农业生产中对土壤水分的测量。     

A Compact Violet Diode Laser-Based Fluorescence Lifetime Microscope

We have constructed a time-correlated single-photon counting (TCSPC) microscope system using a pulsed violet-laser diode for measuring fluorescence lifetimes below 1 ns. These compact; cool, and fast-pulsed laser diodes are much more suitable for lifetime measurements than the traditional mode-locked lasers used in the past. The laser source (LDH-400, PicoQuant GmbH) is mounted on an optical table above the microscope, and the laser beam is directed into an Olympus BX-60 microscope by means of a dichroic beamsplitter set at 45 degrees. The system operates in backscattering mode with the fluorescence emission passing back through the dichroic beamsplitter and focused into a 100 mm focal length monochromator with a PMT detector. This prototype instrument is compact (80 × 70 × 70 cm) and is nearly fully computer controlled by means of a SPC-730 (Becker & Hickl) PC card. We include preliminary results showing the instrument response function (IRF) of the system, and some of the factors have been adjusted to minimize the temporal width of the IRF. The instrument has been validated using a series of standard fluorophores at different emission wavelengths.