激光诱导荧光技术
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Planar Laser Induced Fluorescence
平面激光诱导荧光技术
.
目录
1
PLIF的介绍
2
PLIF的原理
3
PLIF的检测系统
4
PLIF的应用及展望
.
PLIF介绍
❖ 激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，缩写为laser）是指窄 幅频率的光辐射线，通过受激辐射放大和必要的反馈 共振，产生准直、单色、相干的光束的过程及仪器。
液体混合中的高分辨激 光诱导荧光成像测量
wk.baidu.com
.
❖ 激光光源来照明流场，流场中的荧光示踪剂会吸 收激光能量并辐射出更长波长的光。在图像采集 系统（如PIV相机）的镜头前放置截止滤光片， 就可以得到荧光的强度信息。而荧光的强度是与 激光能量及示踪剂浓度/温度相关的函数，因此 我们可以由该函数计算得到定量浓度/温度信息。
❖ 目前常用的激光器是气体激光器，该类激光器结构简单、 价格低廉，对应于这些激光器的发射波长，有很多商品化 的荧光探针。
❖ 激光诱导荧光检测器为正交型，即入射光、流动池和荧光 检测三者相互垂直。
.
Optical configuration of Zetalif 2000 LIFD (Picometrics, France)
❖ 荧光光谱的作用
❖ 从荧光的分布，可以探测样品粒子的种类；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 可以测量粒子的空间浓度/温度分布。
❖ 与普通的荧光光谱技术相比，具有更高的灵敏度、信噪 比和光谱分辨率等优点，而且测量样品时无需进行复杂 的预处理，便于在线分析。
.
PLIF检测原理图
.
LIF应用及展望
LIF应用
生物
医学
环境
其他
毛细血管 电泳检测
诊断病变 （肺癌、 皮肤癌等）
检测大气、 水体污染
检测火焰、 流场等
.
人常暴露于可造成DNA损 伤的环境中，如紫外光、多 环芳烃、重金属元素。如果 损伤未能得到适当的修复， 可引起基因突变，有可能进 一步引发癌症或造成细胞死 亡。DNA有自我修复功能， 保护我们的细胞防止突变。 利用荧光偏振特性，揭示 DNA修复机器可识别多种不 同化学结构DNA损伤的机制 。
.
研究LIF主要课题组
.
LIFD主要生产厂家
Picometrics Beckman
ABI
Unimicro
用于高效液相 色谱、毛细管 用于毛细管 电泳、微流动 电泳；
分析系统等领
域；
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、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
❖ 激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体后， 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。
.
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。
.
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）。
.
PLIF原理
毛细管电泳-激光诱导荧光偏 振分析装置与DNA缠绕检测
.
在紫外光的激发下，污染 水体中的溶解有机物 (DOM)会产生特定的荧光 光谱，因此利用激光诱导 荧光(LIF)可对水体中的溶 解有机物的含量进行定量 分析，从而可估计出水体 富营养化的程度。
水体污染的激光诱导荧光 非接触监测技术与系统
.
提供信息 - 燃料激光诱导荧光(LIF)成 像, 空气-燃料混合 - 火焰前锋可视化成像 - 火焰自由基分布(OH, NO,
.
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。
.
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。
.
可见光波长的红绿蓝激光 (635nm,532nm,445nm)
长颈瓶中不同尺寸的硒化镉(CdSe) 量子点在紫外线的照射下发出荧光
.
PLIF介绍
❖ PLIF（Planar Laser Induced Fluorescence） 即所谓的“平面激光诱导荧光”。所有应用片状光源 照明，对被测对象所发出的由这种片状光源所激发 （诱导）的荧光信号进行探测的实验技术都可以称作 PLIF。
CH ...) - 火焰结构和稳定性 - 火焰和碳烟的温度 - 碳烟浓度和初级粒径
.
LIF分类
浓度测量 温Te度xt测量 测Te量xt目的
Text
LIF分类
液体LIF 气体LIF 燃烧LIF 测量物质
示踪LIF 产物T分ex析t LIF
Text
测量手段
Text
.
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。
.
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。
.
❖ 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。
平面激光诱导荧光技术
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目录
1
PLIF的介绍
2
PLIF的原理
3
PLIF的检测系统
4
PLIF的应用及展望
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PLIF介绍
❖ 激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，缩写为laser）是指窄 幅频率的光辐射线，通过受激辐射放大和必要的反馈 共振，产生准直、单色、相干的光束的过程及仪器。
液体混合中的高分辨激 光诱导荧光成像测量
wk.baidu.com
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❖ 激光光源来照明流场，流场中的荧光示踪剂会吸 收激光能量并辐射出更长波长的光。在图像采集 系统（如PIV相机）的镜头前放置截止滤光片， 就可以得到荧光的强度信息。而荧光的强度是与 激光能量及示踪剂浓度/温度相关的函数，因此 我们可以由该函数计算得到定量浓度/温度信息。
❖ 目前常用的激光器是气体激光器，该类激光器结构简单、 价格低廉，对应于这些激光器的发射波长，有很多商品化 的荧光探针。
❖ 激光诱导荧光检测器为正交型，即入射光、流动池和荧光 检测三者相互垂直。
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Optical configuration of Zetalif 2000 LIFD (Picometrics, France)
❖ 荧光光谱的作用
❖ 从荧光的分布，可以探测样品粒子的种类；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 可以测量粒子的空间浓度/温度分布。
❖ 与普通的荧光光谱技术相比，具有更高的灵敏度、信噪 比和光谱分辨率等优点，而且测量样品时无需进行复杂 的预处理，便于在线分析。
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PLIF检测原理图
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LIF应用及展望
LIF应用
生物
医学
环境
其他
毛细血管 电泳检测
诊断病变 （肺癌、 皮肤癌等）
检测大气、 水体污染
检测火焰、 流场等
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人常暴露于可造成DNA损 伤的环境中，如紫外光、多 环芳烃、重金属元素。如果 损伤未能得到适当的修复， 可引起基因突变，有可能进 一步引发癌症或造成细胞死 亡。DNA有自我修复功能， 保护我们的细胞防止突变。 利用荧光偏振特性，揭示 DNA修复机器可识别多种不 同化学结构DNA损伤的机制 。
.
研究LIF主要课题组
.
LIFD主要生产厂家
Picometrics Beckman
ABI
Unimicro
用于高效液相 色谱、毛细管 用于毛细管 电泳、微流动 电泳；
分析系统等领
域；
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、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
❖ 激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体后， 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。
.
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。
.
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）。
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PLIF原理
毛细管电泳-激光诱导荧光偏 振分析装置与DNA缠绕检测
.
在紫外光的激发下，污染 水体中的溶解有机物 (DOM)会产生特定的荧光 光谱，因此利用激光诱导 荧光(LIF)可对水体中的溶 解有机物的含量进行定量 分析，从而可估计出水体 富营养化的程度。
水体污染的激光诱导荧光 非接触监测技术与系统
.
提供信息 - 燃料激光诱导荧光(LIF)成 像, 空气-燃料混合 - 火焰前锋可视化成像 - 火焰自由基分布(OH, NO,
.
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。
.
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。
.
可见光波长的红绿蓝激光 (635nm,532nm,445nm)
长颈瓶中不同尺寸的硒化镉(CdSe) 量子点在紫外线的照射下发出荧光
.
PLIF介绍
❖ PLIF（Planar Laser Induced Fluorescence） 即所谓的“平面激光诱导荧光”。所有应用片状光源 照明，对被测对象所发出的由这种片状光源所激发 （诱导）的荧光信号进行探测的实验技术都可以称作 PLIF。
CH ...) - 火焰结构和稳定性 - 火焰和碳烟的温度 - 碳烟浓度和初级粒径
.
LIF分类
浓度测量 温Te度xt测量 测Te量xt目的
Text
LIF分类
液体LIF 气体LIF 燃烧LIF 测量物质
示踪LIF 产物T分ex析t LIF
Text
测量手段
Text
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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。
.
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。
.
❖ 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。