激光诱导荧光技术简介资料重点
激光诱导荧光技术
激光诱导荧光(LIF)检测作为目前灵敏度最高的 检测技术，在生物、化学、医学等领域应用广泛。 激光光束的高汇聚性使其非常适合于微区检测， LIF 成为微型化仪器和电泳芯片中应用最普遍的 检测手段。另外，许多能发自然荧光环境样品和 生物样品，通过衍生技术进行荧光检测，因而 LIF 成为检测的首选技术。
液体LIF
气体LIF 燃烧LIF 测量物质
平面激光诱导荧光技术
举例：示踪平面LIF技术
采用YAG激光器的倍频 532nm激光作为激发源。由 于自然界中只有某些特殊的高 分子有机染料分子可以被
532nm激光激发而发出荧光，
人们就用这种有机染料分子作 为示踪物质加入到所要研究的 流场中，观察并测量荧光信号 的性质。
平面激光诱导荧光技术
研究LIF主要课题组
研究课题组 主要研究领域及成就
Dovichi N. J.
Soper S. A. Issaq H. J.
发明了壳流检测池，随后的LIFD单分子检测都是在此基 础上完成的，对LIFD的应用作出了卓越贡献。
主要研究领域包括：荧光探针、分子生物学、微分析仪器 等，较多采用近红外激光诱导荧光监测器。 毛细管电泳协会的创始人之一。在激光诱导荧光检测方面 主要从事紫外激光诱导荧光检测。
平面激光诱导荧光技术
PLIF检测原理图
平面激光诱导荧光技术
PLIF优点
高空间分辨：可达到微米量级。 快速时间响应：时间分辨最高可达纳秒量级，可对自由基 等瞬态物质寿命进行检测。 高灵敏度：探测下限最高可达106个粒子/cm3。 干扰小：通过激光激发，而不涉及接触式的探针等器件， 对等离子体，燃烧等干扰相对较小。
平面激光诱导荧光技术
可见光波长的红绿蓝激光 (635nm,532nm,445nm)
激光诱导荧光光谱技术
应用
(3)燃烧系统中的应用
测量温度、粒子浓度等。LIF方法在火焰中粒子 浓度的测量包括： ① 瞬态自由基粒子的测量。瞬态自由基是燃烧中的 反应中间体，如OH等。 ② 污染粒子测量，用于对污染物的控制与排放，常 见的污染粒子有NO、CO、NO2、SO2等分子， LIF方法的空间与时间的分辨测量有助于深入理解 燃烧过程中这些粒子形成的机理。 ③ 金属粒子的测量，如Na、K、NaS等。
No. 11
应用
(2)水质监测
LIF 遥测系统以355 nm 激发波长的Nd-YAG晶体激 光器为激发光源, 脉冲宽度4 ns , 重复频率10Hz 。脉冲 激光通过卡塞格伦望远镜射入待测水体, 后向散射的荧光 进入望远镜, 使用光纤分为两路, 一路通过干涉滤光片, 光电倍增管测量作为水拉曼光强度, 另一路通过安装有中 心波长为355 、450 和685 nm 三块干涉滤光片的转轮, 以光电倍增管测量瑞利散射光、DOM 荧光和叶绿素a 荧光强度。测得的瑞利散射光、DOM 荧光和叶绿素a 荧光强度以水拉曼光强度进行归一化, 记为瑞利散射因子、 DOM 荧光因子和叶绿素a 荧光因子, 分别与水体浊度、 DOM 浓度和叶绿素a 浓度成线性正相关。
光学组件：光路调整，光路转换，过滤杂散光等作用。
样品池：气体密闭池、液体池。窗口与光路上不产生激发光的散射，
窗口与池壁不产生荧光、样品池的窗口通常作成布儒斯特角。
光电探测器：光电倍增管、光电二极管、电荷耦合器件CCD等。
信号处理模块：信号采集、分析、显示和处理, 根据信号控制激光
器、检测光路和光电探测器等模块, 实现在线分析、处理和信号优化。
处于高能态的分子不稳定，在一定时间内它会从高能态返 回到基态。在此过程中，分子会通过自发辐射释放能量发光而 产生荧光，这就是激光诱导荧光。
激光诱导荧光技术(LIF)的研究
基于激光诱导荧光技术（LIF）的喷雾当量比特性研究 四、激光诱导荧光测试系统
基于激光诱导荧光技术（LIF）的喷雾当量比特性研究 四、激光诱导荧光测试系统
基于激光诱导荧光技术（LIF）的喷雾当量比特性研究
五、激光诱导荧光方法的应用
在燃烧系统中 L I F 法的应用，包括测量温度、 粒子浓度、燃料分布等方面。目前，LIF 法已成为 燃烧气流的化学与结构研究的重要手段。现对用激 光诱导荧光法测量发动机缸内混合气浓度进行说明。
在内燃机技术领域，激光诱导荧光试验研究燃烧，实现 了对燃烧过程的非侵入式观察。在 这 种 方 法 中利 用 单 色 性 好 、波 长 较 短 、能量较大的短脉冲激 光 使 某 种 分 子 或 原 子 激 发 ，测 量 由 激 发 态 返 回 基 态 时 发 出的荧光，便 可 以 计 算 该 成 分 的浓度 和温度分布。
基于激光诱导荧光技术（LIF）的喷雾当量比特性研究
参考文献：
多级旋流空气雾化喷嘴雾化特性及光学测试方法研究_刘存喜 复合激光诱导荧光定量标定技术及其_省略_应用_燃油喷雾当量比定量标 定方法_孙田 复合激光诱导荧光定量标定技术及其对柴油喷雾特性研究的应用_孙田 复合激光诱导荧光法在喷雾特性的研究进展_白原原 基于PLIEF技术两次喷射柴油喷雾结构和特性的定量研究_王卓卓 利用复合激光诱导荧光法对气相柴油喷雾温度场和浓度场的定量标定_ 郭红松 使用PLIEF技术对重型柴油机相_省略_柴油喷雾结构及其浓度场的定量研 究_郭红松 应用激光诱导荧光法研究直喷汽油机缸内混合气形成过程_马骁 用激光诱导荧光法测量GDI发动机缸内混合气分布_马骁 用激光诱导荧光法研究燃烧的最新进展_薛敏霞
基于激光诱导荧光技术（LIF）的喷雾当量比特性研究
五、激光诱导荧光方法的应用
基于激光诱导荧光的测量方法文献综述
基于激光诱导荧光的测量方法文献综述
LIEF发动机气液两相浓度测量
该技术是以激光诱导荧光技术为基础，通过选用2，6-二乙基-4-甲基苯胺(Diethyl-methyl-amine, DEMA) 和氟苯作为添加剂，在特定波长的激光的诱导下，产生激发态的单体(Monomer)，该激发态单体与另外一种添加剂反应形成激发态复合体(Excited complex)的产物。
由于气相分子密度低，产生复合体的化学反应的几率很小，所以复合产物主要存在于液相中，而单体主要存在于气相中。
与气相中的单体发出的荧光相比由液相中的复合体发出的荧光波长较长（红移），因此液相与气相里的两种激发态产物所产生的荧光就可以利用两块滤镜进行分离。
两种荧光强度分别与燃油蒸气和液滴浓度成正比，只要测出荧光强度，根据标定曲线就可以得出燃油浓度。
添加剂反应与发光
优点：
能够将气液两相分开，可以两相区域内能够提供燃油蒸汽的定量分析，同时，该方法也具有测量精度和分辨率都比较高的特点。
缺点：
由于氧的存在会使荧光信号淬熄。
荧光信号会受温度影响。
激光诱导荧光技术介绍
02
在荧光产生的过程中，激光与物质相互作用的方式决定了荧光
光谱的特征和强度。
通过控制激光的波长、功率密度和照射时间等参数，可以实现
03
对荧光光谱的调控。
03 激光诱导荧光技术的应用
生物医学研究
生物标记物检测
药物筛选
利用激光诱导荧光技术检测生物体内 的标记物，如蛋白质、核酸等，有助 于疾病的早期诊断和治疗监测。
物质吸收特定波长的激光 能量后，电子从基态跃迁 至激发态。
电子跃迁回到基态
激发态的电子通过释放能 量回到基态，以荧光的形 式释放能量。
荧光光谱分析
通过对荧光光谱进行分析， 可以了解物质的性质和组 成。
激光与物质的相互作用
01
激光与物质相互作用时，物质吸收激光能量后会产生热能、光 化学反应或电离等效应。
使用激光器产生的激光束照射样品，激发荧 光。
数据处理与分析
对收集到的荧光数据进行处理和分析，提取 相关信息。
数据处理与分析
01
数据预处理
对原始数据进行平滑、滤波等处理， 以消除噪声和异常值。
定量分析
根据荧光光谱数据，对样品中的目 标物进行定量分析。
03
02
荧光光谱分析
对荧光光谱进行分析，提取特征峰 和相关信息。
土壤污染监测
通过测量土壤中特定成分的荧光光谱，可以监测 土壤污染状况，为土壤修复和治理提供依据。
化学分析应用实例
有机化合物分析
激光诱导荧光技术可以对有机化合物进行高灵敏度和高选择性的 分析，有助于化合物的定性和定量分析。
无机离子分析
通过测量无机离子与荧光探针结合后的荧光光谱，可以实现无机 离子的高灵敏度分析。
利用激光诱导荧光技术对药物进行筛 选，可以快速、准确地评估药物的疗 效和安全性。
激光诱导击穿光谱法
激光诱导击穿光谱法
激光诱导击穿光谱法（Laser Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）是一种非破坏性分析技术，通常被用于材料分析、环境监测、医疗、冶金、地质学等领域。
LIBS原理是利用高能量激光束将样品表面蒸发并形成等离子体，等离子体中的原子或离子因为受到激光能量的刺激开始跃迁并发射出特定波长的光谱信号，这些信号可以被收集并用于对样品进行分析。
使用LIBS的优势在于能够对样品进行非接触式的分析，不需要预处理样品且无需样品加热或待分析物质具有特定形状或大小。
此外，它还可以添加其他手段，如成像、时间及空间分辨率控制等，广泛应用于很多领域。
第13讲 第五章 发射光谱技术+激光诱导荧光光谱技术+时间分辨荧光
Laser spectroscopy and its application 23
荧光强度：
N f A21 N 2 (t )dt
0
得弱入射光时得荧光光子数
N f A21 B12 N ΦB12 N A21 A23 k21 k23 k23
共振荧光
斯托克斯荧光
图5-4 LIF的三能级模型
Laser spectroscopy and its application 21
⑴ 共振荧光
假设能级2和3的布居比γ：
N3 A23 k 23 N 2 A31 k 31 k 32
在稳态情况下
B12 N2 N A21 A23 B12 (1 ) B21 k 21 k 23 k 23
级3布居情况直接与它的碰
撞消激发速率有关。
图5-5 铊原子荧光检测的三能级模型
Laser spectroscopy and its application 28
3 分子荧光光谱
分子荧光发射过程比较复杂：一个分子的激发态 包括它的电子态、振动态和转动态，假定电子激发态 的振动 - 转动能级 (vk´， Jk´) 被选择性激发，布居数密 度为 Nk 在平均寿命 τ 之内，分子要通过跃迁定则允许 的所有低能级 (vj″， Jj″)发射荧光。一条 k→j荧光线的 强度Ikj为
⑴ 线性情况
ρυB12<<(k21+A21)，激发光强很弱，这时荧光为：
Nf
量子效率或 量子产额
A21 B12 N Φ B12 N (k 21 A21 )
激光诱导荧光技术
平面激光诱导荧光技术
PLIF原理
激光诱导荧光光谱
利用一束脉冲激光将特定分子（或离子）由电子基态激 发至激发态，稍后测量分子由电子激发态驰豫放出的光 子，扫描激发激光的波长使它通过分子的吸收谱带，就 可以把荧光强度描绘成激发激光波长的函数，得到激发
光谱（Excited spectroscopy）。
人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准
的尺”、“最亮的光”。它的亮度约为太阳光的100 亿倍。
平面激光诱导荧光技术
PLIF介绍
荧光：当某种常温物质经某种波长的入射光（通常是
紫外线或X射线）照射，吸收光能后进入激发态，并 且立即退激发并发出出射光（通常波长比入射光的的 波长长，在可见光波段）；而且一旦停止入射光，发 光现象也随之立即消失。具有这种性质的出射光就被 称之为荧光。
大的作用。
平面激光诱导荧光技术
参考文献
[1]激光诱导荧光检测器的研制与性能评价[M].北京. [2]关小伟,刘晶儒.利用平面激光诱导荧光技术测量燃烧场内NO的 浓度分布[J]. 强激光与粒子束,1999,11 (5) : 560— 564. [3]梁锡辉,区伟能.激光诱导荧光检测技术[J].激光与光电子学进 展,2008,25(48). [4]臧竞存,邹玉林.激光诱导荧光光谱法检测高纯激光晶体中的痕量 稀土杂质[J].分析仪器,2010,3(25). [5]杨仁杰,尚丽平.激光诱导荧光快速直接检测土壤中多环芳烃污染 物的可行性研究[J].光谱学与光谱分析2011,8(31):2148-2150. [6]孙红梅.激光诱导荧光法检测 SO2的浓度[D].吉林:吉林大 学,2004:1-32. [7]王宁.定量测试OH基浓度的PLIF技术研究及应用[D].北京：国 防科技大学,2009:56-65. [8]李卿硕.荧光光谱检测设计与研究[D].长春:长春理工大 学,2008:1-15.
激光诱导荧光原理
激光诱导荧光原理
激光诱导荧光是一种利用激光光源来激发样品分子或原子能级跃迁，从而产生荧光信号的技术。
其原理基于分子或原子的能级结构和电磁波与物质相互作用的量子力学理论。
当激光束照射到样品上时，其能量会被吸收并转移到样品中的分子或原子。
这些分子或原子会因此从低能级跃迁到高能级，形成一个激发态。
在这个过程中，吸收激光的波长必须与样品中分子或原子的能级差相匹配。
在分子或原子处于激发态时，它们会逐渐回到基态，并释放出多余的能量。
其中一部分能量以荧光形式辐射出去，即发射出荧光信号。
这个过程称为自发辐射。
为了增强荧光信号强度和提高检测灵敏度，通常需要使用特定的荧光探针来标记样品中感兴趣的分子或细胞器等结构。
这些探针可以是天然存在于生物体内的染料（如叶绿素、荧光素等），也可以是人工合成的分子（如荧光蛋白、荧光染料等）。
在使用荧光探针标记样品后，激光束照射到样品上时，只有探针分子能够吸收激光的波长并发生能级跃迁。
因此，荧光信号只来自于标记
了探针的结构。
为了进一步提高检测灵敏度和空间分辨率，通常需要使用显微镜将样品放大到合适的倍数，并使用滤波器选择出发射出来的特定波长范围内的荧光信号。
这样可以避免来自其他非感兴趣结构或背景噪声的干扰信号。
总之，激光诱导荧光技术是一种基于量子力学原理和化学生物学知识相结合的高灵敏度、高空间分辨率的生物成像技术。
它在生命科学、医学研究以及材料科学等领域都有广泛应用。
激光诱导荧光光谱
激光诱导荧光光谱激光诱导荧光光谱（Laser-Induced Fluorescence Spectroscopy，简称LIF）是一种常见的光谱分析技术，广泛应用于生物医学、环境、材料等领域。
本文将介绍激光诱导荧光光谱的基本原理、应用和发展趋势。
激光诱导荧光光谱是一种通过激光进样样品，通过光的诱导机制产生荧光，并通过光谱分析荧光特性来判定样品的成分和性质的技术。
在LIF中，激光光源通过光学透镜成一个点，照射到样品表面或样品内部。
样品中的分子吸收入射光能量，并通过电荷转移或激发态跃迁的方式将能量转化为荧光。
荧光光子经过处理后，通过光谱仪进行检测和分析，得到荧光光谱信息。
通过分析荧光光谱特征，可以了解样品的化学成分、结构和性质。
激光诱导荧光光谱在生物医学领域有广泛应用。
例如，通过荧光标记蛋白质、细胞或分子，可以实现对生物分子和细胞的检测和定位。
通过针对特定蛋白质或染料的荧光探针，可以实现对细胞内生化分子的成像和分析。
光谱分析可以提供准确的信息，用于诊断和研究各种疾病，如肿瘤、心血管疾病等。
此外，激光诱导荧光光谱还在环境监测和材料科学等方面得到广泛应用。
LIF技术的优点之一是其高灵敏度和选择性。
由于荧光往往是一个特定基团或物质的属性，因此可以通过荧光信号来识别不同的化学物质。
同时，激光诱导荧光光谱也具有高灵敏度，可以检测到非常低浓度的物质。
这使得LIF在追踪和分析环境中微量物质、检测生物分子以及荧光探针的研发等方面具有潜力。
此外，LIF技术还具有快速性和非破坏性。
相对于传统的化学分析方法，激光诱导荧光光谱可以快速获取样品的荧光光谱信息，避免了长时间的化学反应和分析步骤。
同时，LIF对于样品的破坏非常小，可以进行无损检测，保留样品的完整性和结构。
然而，激光诱导荧光光谱在应用中也面临一些挑战。
首先是荧光信号的强度。
由于背景荧光或其他干扰信号的存在，荧光信号常常被掩盖或稀释。
因此，需要采取一系列信号增强和背景抑制的手段来提高信噪比。
激光诱导荧光产生的原理讲解
激光诱导荧光产生的原理由荧光的发光原理可知，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。
一般由激光诱导荧光测量物质的特性比由一般光源诱导荧光所测的灵敏度提高2-10倍。
当紫外光或波长较短的可见光照射到某些物质时，这些物质会发射出各种颜色和不同强度的可见光，而当光源停止照射由荧光的发光原理可知，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。
一般由激光诱导荧光测量物质的特性比由一般光源诱导荧光所测的灵敏度提高2-10倍。
当紫外光或波长较短的可见光照射到某些物质时，这些物质会发射出各种颜色和不同强度的可见光，而当光源停止照射时，这种光线随之消失。
这种在激发光诱导下产生的光称为荧光，能发出荧光的物质称为荧光物质。
荧光分光光度计基本结构1. 样品室：通常由石英池(液体样品用)或固体样品架(粉末或片状样品)组成。
测量液体时，光源与检测器成直角安排；测量固体时，光源与检测器成锐角安排。
2．激发单色器：置于光源和样品室之间的为激发单色器或第一单色器，筛选出特定的激发光谱。
3．发射单色器：置于样品室和检测器之间的为发射单色器或第二单色器，常采用光栅为单色器。
筛选出特定的发射光谱。
4．光源：为高压汞蒸气灯或氙弧灯，后者能发射出强度较大的连续光谱，且在300nm～400nm 范围内强度几乎相等，故较常用。
5．检测器：一般用光电管或光电倍增管作检测器。
可将光信号放大并转为电信号。
分子的吸收光谱和产生荧光的机制：当物质分子吸收某些特征频率的光子以后，可由基态跃迁至第一或第二电子激发态中各个不同振动能级和各个不同转动能级。
激光诱导荧光技术
15
研究LIF主要课题组
A
16
LIFD主要生产厂家
Picometrics Beckman
ABI
Unimicro
用于高效液相 色谱、毛细管 电泳、微流动 分析系统等领 域；
用于毛细管 电泳；
光源为气体 激光器
光源为固态二 极管激光器
用于毛细管 电泳ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ微流 控系统；
光源为气体 激光器
光源为固体 激光器；
具有极佳的 灵敏度和超 强的稳定性 能
A
17
ZETALIF of Picometrics
以固态二极管激光器为激发光源，其光路系统采用共线型设计， 所生产LIFD的激发波长范围300～900nm，可用于高效液相色谱、 毛细管电泳、微流动分析系统等分离领域。
A
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❖ 激光诱导荧光(LIF)检测作为目前灵敏度最高的 检测技术，在生物、化学、医学等领域应用广泛。 激光光束的高汇聚性使其非常适合于微区检测， LIF 成为微型化仪器和电泳芯片中应用最普遍的 检测手段。另外，许多能发自然荧光环境样品和 生物样品，通过衍生技术进行荧光检测，因而 LIF 成为检测的首选技术。
A
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PLIF优点
❖ 高空间分辨：可达到微米量级。 ❖ 快速时间响应：时间分辨最高可达纳秒量级，可对自由基
等瞬态物质寿命进行检测。 ❖ 高灵敏度：探测下限最高可达106个粒子/cm3。 ❖ 干扰小：通过激光激发，而不涉及接触式的探针等器件，
对等离子体，燃烧等干扰相对较小。
A
10
LIF检测系统
❖ LIF 检测系统主要包括激光器、检测光路、光电探测器、 信号处理模块。
液体混合中的高分辨激 光诱导荧光成像测量
激光诱导荧光光谱
激光诱导荧光光谱激光诱导荧光光谱（Laser-induced fluorescence spectroscopy）是一种分析样品中含有的荧光材料的方法。
它利用激光的高能量激发样品中的部分荧光材料，进而通过检测产生的荧光信号来分析样品的组成和性质。
本文将从原理、应用以及未来发展方向三个方面来探讨激光诱导荧光光谱。
一、原理激光诱导荧光光谱的原理基于激光激发样品中的荧光物质，通过光谱仪测量产生的荧光信号。
激光通过样品时，样品中的荧光物质会处于基态。
当激光的能量与荧光物质的能级差相匹配时，荧光物质会被激发到激发态，进而发射荧光。
因为每种荧光物质都有独特的能级结构，所以它们在被激发后会发射出特定波长的荧光光谱。
通过测量荧光光谱，我们可以得到关于样品中荧光物质的信息，如浓度、结构等。
二、应用激光诱导荧光光谱在许多领域都有广泛的应用。
首先，在环境监测方面，它被用于检测水中的污染物，如重金属离子和有机化合物。
通过激光诱导荧光光谱，我们可以快速准确地确定水样中的有害物质浓度，从而提供有关水质安全和环境监测的重要信息。
其次，在生物医学研究中，激光诱导荧光光谱被广泛应用于细胞和组织的荧光成像。
这种成像技术可以帮助了解人体组织的分子结构和功能，有助于疾病的早期诊断和治疗。
此外，激光诱导荧光光谱还被用于材料科学、食品安全和工业生产等领域。
三、未来发展方向尽管激光诱导荧光光谱已经在许多领域取得了重要的应用，但仍然存在一些挑战和发展方向。
首先，当前大部分激光诱导荧光光谱的分析仪器仍需使用复杂的实验装置，对操作人员的要求较高。
未来的发展应该着重于简化和便携化仪器设备，以满足不同领域的实际应用需求。
其次，提高荧光材料的效率和选择性也是一个重要的研究方向。
通过改进荧光材料的结构和性质，可以提高激光激发后的荧光强度和光谱特征，进一步提高分析的准确性和灵敏度。
此外，结合其他分析技术，如光谱成像和机器学习等方法，也是未来发展的趋势。
这将提高激光诱导荧光光谱在复杂样品分析和多组分分析中的应用能力。
激光诱导荧光光谱
激光诱导荧光光谱
激光诱导荧光光谱（Laser-Induced Fluorescence，简称LIF）是一种用于测量物质分子吸收和发射光的光谱技术。
它通过使用高能激光器产生的脉冲光束照射样品，使样品中的分子被激发到高能级状态，然后通过自发辐射或外部光激励的方式返回到低能级状态，释放出荧光光子。
这些荧光光子可以被探测器捕捉并转换成电信号，进而得到样品的光谱信息。
LIF技术具有高灵敏度、高时间分辨率和空间分辨率等优点，因此在化学、生物、材料科学等领域得到了广泛应用。
例如，在环境监测中，LIF可以用于检测水中的重金属离子、有机污染物等；在生物医学研究中，LIF可以用于研究细胞内的蛋白质结构、代谢过程等；在材料科学中，LIF可以用于研究材料的光学性质、表面反应动力学等。
激光诱导荧光光谱作为一种强大的光谱分析工具，为我们提供了一种非侵入性、实时、高灵敏度的研究手段，有助于揭示物质的微观结构和动态过程。
随着激光技术和荧光探测技术的不断发展，LIF在未来的应用前景将更加广阔。
激光诱导荧光光谱技术
应用
(2)水质监测
LIF 遥测系统以355 nm 激发波长旳Nd-YAG晶体激 光器为激发光源, 脉冲宽度4 ns , 反复频率10Hz 。脉冲 激光经过卡塞格伦望远镜射入待测水体, 后向散射旳荧光 进入望远镜, 使用光纤分为两路, 一路经过干涉滤光片, 光电倍增管测量作为水拉曼光强度, 另一路经过安装有中 心波长为355 、450 和685 nm 三块干涉滤光片旳转轮, 以光电倍增管测量瑞利散射光、DOM 荧光和叶绿素a 荧光强度。测得旳瑞利散射光、DOM 荧光和叶绿素a 荧光强度以水拉曼光强度进行归一化, 记为瑞利散射因子、 DOM 荧光因子和叶绿素a 荧光因子, 分别与水体浊度、 DOM 浓度和叶绿素a 浓度成线性正有关。
应用
目前LIF技术已应用于气体、液体、固体旳测量中及燃烧、 等离子体、喷射和流动现象中。
生物 医学
环境 其他
毛细血管电泳检测 病变诊疗 叶绿素荧光分析 基因突变 DNA分析
检测大气、 水体污染、
检测火焰、 流场等
应用
(1)叶绿素荧光寿命旳测量
采用波长355 nm旳激光作为光源激发叶绿素荧 光,由光电倍增管接受其荧光信号,因为被测叶绿素 荧光衰减函数与激光脉冲、仪器响应函数卷积在一 起,根据它们旳特征,利用时间辨别测量法分别测得 叶绿素荧光及其背景信号,并结合解卷积算法可分离 出真实旳叶绿素荧光衰减函数,从而获取叶绿素旳荧 光寿命. 该措施能够实现叶绿素荧光寿命旳高精度 实时监测,经过对不同叶绿素含量旳溶液荧光寿命测 试,证明叶绿素含量与其荧光寿命具有有关性, 拟定 了叶绿素含量与荧光寿命旳标定曲线.
处于高能态旳分子不稳定，在一定时间内它会从高能态返 回到基态。在此过程中，分子会经过自发辐射释放能量发光而 产生荧光，这就是激光诱导荧光。
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快速的时间响应：时间分辨最高可达纳秒量级，可对自由基等瞬态物 质寿命进行检测。
对被测区域无干扰：通过激光激发，而不涉及接触式的探针等器件， 对等离子体，燃烧等几乎不产生干扰。
激光诱导荧光技术（LIF）
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特点
主要问题： 对激光器的要求较高，维护昂贵； 测量系统较复杂。
采集软件：采集数据，并对数据进 行处理；
激光诱导荧光技术（LIF）
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激光诱导荧光技术（LIF）
8
技术要求
该技术的关键是选择合适的物质与特定波长的激光光 源相匹配，以产生足够强度的荧光信号为探测器所接收。 目前作为示踪粒子的有氢氧根（OH）、碳氢根（HC）、 一氧化碳（CO）、氧分子（O2）、氧原子（O）、丁二 酮分子等。
LIF应用
生物
毛细血管 电泳检测
医学
环境
病变诊断
检测大气、 水体污染
激光诱导荧光技术（LIF）
其他
检测火焰、 流场等
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特点
优点：
高灵敏度：探测下限可达106个粒子/cm3，浓度检测最低可达1013mol/L。
测温范围宽，测量精度高：已有在1600℃的实验条件和1100℃的燃气 轮机条件下进行荧光测温的报道，测温精度可达±1℃。
用于液体的流场显示时需要加入荧光染料。 不同物质需和不同波长的激光器相配合。
激光诱导荧光技术（LIF）
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分类
浓度测量 温度测量
LIF分类
示踪LIF 产物分析LIF
测量手段
液体LIF 气体LIF 燃烧LIF
测量物质
激光诱导荧光技术（LIF）
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应用
目前LIF技术已应用于气体、液体、固体的测量中及燃烧、等离 子体、喷射和流动现象中。
激光诱导荧光技术（LIF）
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发展趋势
未来LIF技术的应用将更为广泛地结合PIV、激光诱 导炽光（LII）等技术，在获得更多信息的基础上，进一 步提高测试精度。
激光诱导荧光技术（LIF）
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谢谢！
激光诱导荧光技术（LIF）
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激光束聚焦到被测流体，产生 的荧光通过色散器件（单色、 多色光谱仪），然后荧光被检 测器接收转换为电信号。
激光诱导荧光技术（LIF）
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系统组成
LIF的硬件系统有：
（1）激励源：由激光器和光 屏（通常为一组球面或柱 面透镜）组成；
（2）检测系统：包括像差修 正成像透镜和数码成像微 光摄影机；
（3）高速分析系统：即图像 分析处理机，可事后、实 时处理图像。
*****课程专题报告
激光诱导荧光技术（LIF）
学 生： 学 号： 指导教师：
2014年5月23日
简介
LIF: Laser Induced Fluorescence 激光诱导荧光：
是一种可视化的、非接触式的激光测量方法。由于激 光本身良好的选择性，利用某些物质分子或原子在激光照 射下能激发荧光的特性，可将LIF广泛应用到力学上的流 动显示及颗粒浓度、压力、温度等物理参数的测量。
激光诱导荧光技术（LIF）
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激光的四大特点
单色性好 频率、波长单一
方向性好 发散小，可远距离传输
亮度高 能量密度高
相干性好 相位固定，相干长度长
激光诱导荧光技术（LIF）
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原理
让一束激光通过检测区域，调节激光波长，当激光光 子的能量（与激光的波长相关）等于检测区域某种组分分 子的某两个特定能级之间的能量之差时，该分子会吸收光 子能量跃迁至高能态。
激光诱导荧光技术（LIF）
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系统组成
光源：提供窄线宽稳定的脉冲激光， 激光器（1,2）；
光学组件：光路调整，光路转换， 过滤杂散光等作用（3,4,5,6）；
荧光探测器：检测激光诱导荧光的 强度及分布，并转换为电信号 （8,9,11,12）；
同步控制器：控制激光与探测器时 序，以捕捉目标物种的荧光；
处于高能态的分子不稳定，在一定时间内它会从高能 态返回到基态。在此过程中，分子会通过自发辐射释放能 量发光而产生荧光，这就是激光诱导荧光。用CCD相机 等图像采集工具记录下随流体一起流动的荧光物质的荧光， 从而可实现对复杂流场的可视化。
激光诱导荧光技术（LIF）
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原理
实际应用中，从荧光的分布，可以探测粒子的种类； 从荧光的强弱，可得知粒子的浓度以及温度；利用其空间 分辨性还可以测量粒子的浓度场、温度场。