QFA三维荧光光谱仪及其数据采集系统

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温度对于溶液的荧光强度有着显著的影响。通 常 ,随 着 温 度 的 降 低 ,荧 光 物 质 溶 液 的 荧 光 强 度 将 增 大 ,有 些 荧 光 物 质 在 溶 液 的 温 度 上 升 时 ,荧 光 光 谱 也 发生显著变化,表明 荧 光 物 质 的 分 子 结 构 发 生 了 改 变 ;特 殊 情 况 下 ,温 度 上 升 而 溶 液 的 荧 光 强 度 下 降 的 一个主要原因是分子内部能量转化的作用。
第24卷 第2期 王雷:QFA 三维荧光光谱仪及其数据采集系统
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3.2 仪 器 标 定 进入 仪 器 标 定 界 面,选 择 数 据 处 理 标 定 曲 线 进
入仪器标定。标定 完 成 后,软 件 自 动 生 成 一 条 相 应 工作曲线(图3),相关系数大于或等 于 0.97 说 明 仪 器标定合格。然后,可 使 用 这 条 工 作 曲 线 进 行 样 品 数据采集。
1 QFA 三维荧光光谱仪
1.1 原 理 由光源氙灯 发 射 出 的 光 束 照 射 EX(激 发)分 光
器,EX 分光器每转动一个角度允许一种波 长 的 光 通 过,连续转动使不同 波 长 的 光 连 续 通 过 并 照 射 到 样 品池,样 品 池 中 的 荧 光 物 质 吸 收 激 发 光 后 发 射 荧 光[2-6],荧光光谱通过光纤传至列阵光谱数据 处 理 模 块,最后物质的荧光 以 数 字 显 示 或 图 谱 打 印 的 方 式 提 供 给 用 户 (图 1)。 1.2 结 构 组 成 1.2.1 氙 灯
3 数 据 采 集 系 统
数据 采 集 系 统 主 要 包 括 数 据 传 输 程 序 启 动、仪 器 标 定 、数 据 采 集 和 数 据 管 理 4 个 模 块 。 3.1 数 据 传 输 程 序 启 动
启动 QFA 三 维 光 谱 仪 运 行 程 序,自 动 显 示 程 序 启 动 界 面 ,选 择 “是 ”,仪 器 自 动 进 行 初 始 化 。
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录 井 工 程 2013年6月
胶膜滤光片和干涉滤光片3种。 采用 荧 光 分 光 光 度 计 测 量 荧 光 强 度 时,若 在 激
发光路和发射光路中分别插入合适的第一和第二滤 光片,则可以进一步 减 少 因 激 发 单 色 器 和 发 射 单 色 器不完整所引起的误差。
在荧 光 偏 振 或 荧 光 各 向 异 性 的 测 量 中,也 常 用 滤光 片 代 替 激 发 和 发 射 单 色 器。由 于 散 射 光 为 100% 偏 振 光 ,少 量 的 散 射 光 就 可 能 引 起 严 重 的 测 量 误差。
(2)光 栅 光栅是一种折射率呈周期性变化的光学元件, 利用光的衍射和干涉作用研制而成(图 2)。 最 常 用 的 光 栅 由 大 量 等 宽 、等 间 距 的 平 行 狭 缝 组 成 ,当 平 行 的 复 合 光 垂 直 投 射 到 光 栅 上 时 ,在 每 个 狭 缝 ,光 都 要 产生衍射。不同波 长 的 入 射 光 衍 射 角 不 同,若 在 光 栅后面放置一个聚 焦 元 件,则 多 个 狭 缝 产 生 的 同 一 偏转角的衍射光会 聚 焦 并 相 互 干 涉,因 此 光 栅 的 衍 射条纹是单缝衍射和多缝干涉的总效果。光栅主要 有透射光栅和反射 光 栅,透 射 光 栅 是 在 透 明 的 材 料 上 刻 画 出 一 系 列 平 行 、等 距 且 密 集 的 凹 槽 ,如 用 金 刚 石刻刀在平面玻璃 上 刻 出 等 间 距 的 平 行 细 线,进 而 构 成 透 射 光 栅 ,刻 痕 处 由 于 散 射 不 易 透 光 ,光 线 只 能 从刻痕间的狭缝中 通 过;反 射 光 栅 则 是 在 打 磨 成 镜 面的玻璃或石英表 面 镀 铝,并 在 铝 表 面 上 刻 画 一 系 列平行、等距且 密 集 的 凹 槽。 光 栅 在 坚 固 度 上 不 如 棱镜,会产生多级 光 谱,干 扰 分 析,但 光 栅 是 线 性 色 散,在全波段具有 良 好、均 一 的 分 辨 能 力,而 且 光 栅 可 以 复 制 ,成 本 较 低 ,易 于 保 存 和 制 备 。
井综合解释评价提供了充分依据。
步判断储集层流体性质和结合其他录井手段进行录
Hale Waihona Puke Baidu图 3 数 据 工 作 曲 线 界 面
3.3 数 据 采 集 在 数 据 采 集 界 面 输 入 相 关 的 样 品 信 息 ,点 击 “采
集 ”,仪 器 自 动 进 入 样 品 的 数 据 检 测 界 面 (图 4)。
图 4 数 据 检 测 界 面
分光系统的作用是将光源发出的复合光分开, 得到需要的单色光。 一般由入射狭缝、准光器(透镜 或凹面反射镜使入射光成为平行光)、色散元件、聚焦 元件和出射狭缝构成。其中色散元件是核心部分,起 分光作用,主要包括滤光片和光栅。
(1)滤 光 片 荧光 测 量 的 主 要 误 差 来 自 杂 散 光 和 散 射 光,消 除这些误差源除用单色器外还可用滤光片。由于滤 光片成本低且结构 简 单,在 荧 光 光 谱 仪 和 荧 光 分 光 光度计中均广泛应用。滤光片可分为玻璃滤光片、
4 结 束 语
随着勘探技术的迅速发展,QFA 三维荧光光谱
仪在油气层定量荧光录井过程中发挥着重要作用。
该 仪 器 性 能 、结 构 以 及 检 测 精 度 得 到 了 充 分 的 证 明 ,
其良好的数据采集 系 统 满 足 了 现 场 录 井 要 求,达 到
了现场快速发现和 识 别 油 气 显 示 的 目 的,为 现 场 初
第24卷 第2期 录 井 工 程 ·装 备·
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QFA 三维荧光光谱仪及其数据采集系统
王 雷
(中 海 石 油 有 限 公 司 湛 江 分 公 司 勘 探 开 发 部 )
王雷.QFA 三维荧光光谱仪及其数据采集系统.录井工程,2013,24(2):81-83 摘 要 定 量 荧 光 录 井 技 术 由 二 维 荧 光 分 析 逐 渐 发 展 成 为 三 维 荧 光 分 析 ,更 好 地 满 足 了 录 井 油 气 显 示 快 速 发 现 及 解 释评价方面的要求。为推动该技术的快速普及及应用,分别阐述了 QFA 三维荧光光谱仪的分析原理、结构组成以及 数 据 采 集 系 统 的 模 块 组 成 ,并 针 对 影 响 定 量 荧 光 分 析 结 果 的 荧 光 物 质 溶 剂 和 温 度 因 素 进 行 了 分 析 。 近 几 年 在 石 油 勘 探 开 发 中 的 应 用 表 明 ,该 仪 器 性 能 稳 定 、可 靠 性 好 、精 度 高 ,可 满 足 石 油 勘 探 开 发 条 件 下 对 油 气 显 示 快 速 发 现 的 需 要 。
高压 氙 灯 是 一 种 短 弧 气 体 放 电 灯,它 是 目 前 荧
图1 QFA 三维荧光光谱仪工作原理示意
光 光 谱 仪 中 应 用 最 广 泛 的 一 种 光 源 ,外 套 为 石 英 ,内 充氙气。室温条件 下 压 力 为 5atm(约5kPa),工 作 时压力为20atm(约20kPa),250~800nm 波 段 呈 连续 光 谱。 工 作 时,相 距 8nm 的 钨 电 极 间 形 成 强 电 子 流 ,氙 原 子 与 电 子 流 相 撞 形 成 氙 正 离 子 ,氙 正 离 子与电子复合而发光。 1.2.2 分 光 系 统
3.4 数 据 管 理 在数 据 管 理 界 面 左 下 方 选 择 资 料 所 在 位 置,点
击右键导出资料,软 件 提 示 保 存 路 径。 利 用 该 界 面 同时还可进行数据 分 析,根 据 个 人 需 要 通 过 软 件 可 以 灵 活 选 择 要 分 析 的 波 长 曲 线 ,在 界 面 上 方 点 击 “添 加 ”,界 面 下 方 自 动 提 取 波 长 曲 线 。
关键词 三维荧光 光谱仪 分析原理 结构组成 数据采集 中 图 分 类 号 :TE 132.1 文 献 标 识 码 :A DOI:10.3969/j.issn.1672-9803.2013.02.0019
0 引 言
二维荧光光谱仪在我国用于石油勘探开发录井 始 于 20 世 纪 90 年 代 初 ,该 项 技 术 经 过 多 年 的 使 用 , 发 现 存 在 两 方 面 的 不 足 :一 是 仪 器 单 点 激 发 ,不 能 满 足 样 品 对 光 多 样 性 吸 收 的 特 点 ;二 是 数 据 采 集 量 小 , 反映含油性特征参 数 不 足,在 一 定 程 度 上 限 制 了 油 气层评价的准确 性。 因 此,为 了 充 分 满 足 现 场 应 用 及解 释 评 价 需 要,国 内 研 制 出 QFA 三 维 荧 光 光 谱 仪,并针对其在石油 勘 探 开 发 中 的 应 用 特 点 开 发 了 相应的数据采集系统 。 [1]
度的 比 色 皿 之 间,透 光 率 的 误 差 应 该 小 于0.5%,使 用 时 应 注 意 保 持 透 光 面 洁 净 、不 受 磨 损 。 1.2.4 检 测 器
目前,几 乎 所 有 普 通 荧 光 光 谱 仪 都 采 用 光 电 倍 增管(PMT)作为检测器。PMT 是 一 种 很 好 的 电 流 源,在一定 的 条 件 下,其 电 流 量 与 入 射 光 强 度 成 正 比,由于 PMT 对各个光子均 能 响 应,其 测 量 值 为 众 多光子脉冲响应的平均值。
2 定 量 荧 光 分 析 的 影 响 因 素
测定 物 质 产 生 荧 光 与 物 质 本 身 的 分 子 组 成、结 构以及光谱仪的分 析 能 力 有 关,但 也 不 能 忽 略 溶 剂 和温度的影响。 2.1 溶 剂
同一 种 荧 光 物 质 在 不 同 的 溶 剂 中,其 荧 光 光 谱 的位置和强度都可能会有显著的差别。由于溶液中 溶质与溶剂分子之 间 存 在 着 静 电 相 互 作 用,而 溶 质 分子的基态与激发 态 又 具 有 不 同 的 电 子 分 布,导 致 基态和激 发 态 与 溶 剂 分 子 之 间 的 相 互 作 用 程 度 不 同 ,这 对 荧 光 的 光 谱 位 置 和 强 度 会 产 生 很 大 的 影 响 。 2.2 温 度
王 雷 工程师,1976年生,2002年毕业于石油大学(华东)地质专业,2005年毕业于中科院研究生院沉积储层专业 ,现在中海石油(中 国)有 限 公 司 湛 江分公司勘探开发部从事现场地质作业工作。通信地址:524057 广东省湛江市坡头区22信箱。电话:(0759)3910325。E-mail:wanglei98_2@163.com
溶液 中 如 有 猝 灭 剂 时,温 度 对 于 荧 光 强 度 的 影 响将更为复杂,这是 由 于 温 度 对 于 荧 光 物 质 分 子 的 扩 散 、活 化 、分 子 内 部 能 量 转 化 以 及 对 溶 液 中 的 各 种 平衡均有一定的影响。
在进 行 定 量 荧 光 测 定 时,由 于 荧 光 光 谱 仪 光 源 的 温 度 相 当 高 ,容 易 引 起 测 定 溶 液 的 温 度 上 升 ,加 上 分析过程中室温可 能 发 生 变 化,会 导 致 荧 光 强 度 的 变化,因而在测定过 程 中 样 品 室 周 围 温 度 应 尽 可 能 保持恒定。
图 2 光 栅 单 色 器 平 面 图
1.2.3 样 品 室 实际检测样品一般是配制成溶液盛放在吸收池
(样品室)中,光 路 从 吸 收 池 中 穿 透,为 减 少 光 的 损 失,吸收池的光 学 平 面 应 该 与 光 路 方 向 垂 直。 吸 收 池也称比色皿,要 求 比 色 皿 透 光 性 能 好,无 折 射、反 射现象。石油荧光分析仪用的比色皿一般为石英比 色皿。常规比色皿的液层厚度一般为 1cm,同 一 厚
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