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激光诱导荧光法

/laser induced fluorescence/
条目作者苏岩

苏岩

最后更新 2023-01-13
浏览 137
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采用激光对被测样品共振激发而产生荧光,然后在与激光束垂直的方向上对样品的辐射荧光进行探测的一种荧光分析方法。

英文名称
laser induced fluorescence
所属学科
工程热物理及动力工程

如果采用片状光源进行流场测量,就称为平面诱导荧光技术。

将一定波长的光照射到某些物质时,这些物质会发射出不同波长、强度的光。一旦停止入射光后,发光现象也随之消失。这种在激发光诱导下产生的光称为荧光。荧光是光致发光的结果。任何元素的原子都是由原子核和绕核运动的电子组成的,原子核外电子按其能级的高低分布于不同的能级上。在室温下,分子大都处于基态能级,当受到光的照射时,吸收与它的特征频率一致的光能,其中某些分子由原来的基态能级跃迁到第一激发态或者更高的激发态能级。这就产生了分子的吸收光谱(紫外、可见和红外光谱)。而处于激发态的分子是不稳定的,并且寿命很短,会逐渐弛豫回到基态。如果因碰撞而以热的形式损失部分能量,由所处的激发态返回基态能级,这种能量转移形式称为无辐射跃迁;如在合适条件下,以光的形式释放出它们所吸收的能量,这种能量转移形式称为辐射跃迁,这就是光致发光。

分子荧光光谱与激发光源的波长无关,只与荧光物质本身的能级结构有关,所以,可以根据荧光谱线对荧光物质进行定性分析鉴别。照射光越强,被激发到激发态的分子数越多,因而产生的荧光强度越强,测量时灵敏度越高。

荧光现象是在1575年由西班牙的内科医生N.莫纳德斯第一次记录的。后来许多科学家也观察并描述了荧光现象,但在其原理方面没有较大突破。直到1852年,G.G.斯托克斯在研究奎宁和叶绿素的荧光时,用分光计观察到其荧光的波长比入射光的波长稍长,这才知道这种现象不是由漫反射而来的,而是物质吸收光能后重新发射出的不同波长的光。1867年,研究者在历史上首次采用铝-桑色素配合物的荧光将荧光分析应用在铝的测定。截止到19世纪末,已经发现了包括荧光素、曙红、多环芳烃等600种以上的荧光化合物。在这期间,荧光分析法主要应用于化学分析的领域。随着激光、计算机、电子学、光导纤维和纳米材料技术的迅速发展,荧光分析方法在理论和应用方面有了很大的跨越。

产生荧光的方法有很多,如电子轰击、化学反应、加热或者光子吸收。

激光诱导荧光法特别适合检测燃烧过程中产生的一些重要的中间产物和过渡成分,如OH、NO、CH、CN、CF、O2、SO2、CH2O、NH等。此外,激光诱导荧光法还可以检测金属原子(Li、Zr、Ti、In、Pb、Ga、Cu、Mg、Cr等)及其化合物、硼化物和多原子烃等。可以对燃气的一维或二维的组分浓度、温度、压力和速度实时测量,并有空间分辨能力,是燃烧流场诊断中重要的工具。但是激光诱导荧光法不适合测量波长位于真空紫外的闭壳层分子,许多燃料、氧化剂和燃烧产物的分子都属于这一类,如CH4、H2、N2O、CO2、H2O和N2

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