荧光分光光度计增加波长扫描功能研究*

黄利强

(1 集美大学水产学院，福建 厦门 361021；2 集美大学水域环境与渔业资源监测中心，福建 厦门 361021)

手动调节波长的普通紫外-可见分光光度计、荧光分光光度计目前在国内市场占有量大，但这类仪器不具有自动波长扫描功能，若欲得到化合物的波长扫描光谱，必须手动调节逐个波长进行检测，汇总多个波长的数据后汇总数据作图，由于只能手动操作，工作量大，操作繁琐，而且谱图数据也不易齐全。而具备自动波长扫描功能的分光光度计价格目前相对昂贵，因此将普通光度计改装，使其具备简易波长扫描功能是一种简易可行的方法[1-2]。目前研究者已研究出多种在普通手动式光度计上实施波长扫描的方法，但这些方法或者需要拆机改动内部电路，或者需要设计专门应用软件，实施难度较大[3-5]。本文研究了一种基于光纤传感器的波长扫描方法，无需拆机，并且可直接使用原机配套软件，改装较为简便。

1 实 验

1.1 仪 器

Cary Eclipse荧光光度计，美国瓦里安公司；F93荧光分光光度计(激发波长365 nm)，上海棱光技术有限公司；M3超细芯反射型光纤传感器；NA11型光纤放大器。

1.2 试 剂

甲基紫(AR)，天津致远化学试剂有限公司；亚甲基蓝(AR)，天津致远化学试剂有限公司。

2 结果与讨论

2.1 改装方法

F93荧光分光光度计的波长刻度盘上波长范围为330～820 nm，在刻度盘上均匀地每隔2 nm绘有1条黑色细线。F93荧光分光光度计配套有棱光通用数据处理软件，每点击鼠标1次，就可使与电脑联机的F93机器自动测量1次荧光值，并自动按顺序输入到软件表格中(图1)。因此只要实现鼠标随波长的改变自动点击，即可将不同波长的荧光值自动输入软件。

图1 F93荧光分光光度计通用数据处理软件界面Fig.1 Universal data processing software interface of F93 fluorescence spectrophotometer

波长检测和输入功能由M3超细芯反射型光纤传感器、NA11型光纤放大器实现(图2)。M3光纤传感器的探头为长度40 mm、直径0.8 mm的不锈钢空心针，内装有2条内径0.25 mm的超细光纤，2条光纤中的1条作为发射头，另一条作为接收头；其光电检测原理是光纤传感器的发射头发射一束红色激光，检测物反射的光线被接收头接收后送到光纤放大器进行放大，即可产生开关电流控制负载的开关，可检测最小直径0.1 mm的物体。本实验将NA11型光纤放大器的2条负载输出线与电脑鼠标的左键微动开关并联，做成光电检测开关，并将光纤放大器的状态开关置“遮光时ON”档位。当发射光照射在波长刻度表的白色底盘时，反射光较强，此时光纤放大器没有输出，鼠标不动作；当发射光照射在波长刻度表的黑色刻度线上时，反射光减弱，相当于遮光状态，此时光纤放大器产生输出信号，鼠标随即闭合一次，即鼠标左键自动单击一次。细心调节光纤传感器的探头位置，以及光纤放大器的灵敏度档位，使波长刻度盘的黑色刻度线每次经过发射光束时，光纤放大器就开关一次，鼠标也随之自动单击一次，即可实现每隔2 nm，鼠标自动单击1次。

图2 实验原理图Fig.2 Experimental schematic diagram

打开F93荧光分光光度计的通用数据处理软件，将鼠标移到“#001”的输入栏；转动波长刻度盘，使起始波长(本文以340 nm为例)刻度线恰好位于光纤传感器发射红色光束的下方；慢慢转动波长刻度盘，使340 nm刻度线经过光束，鼠标即自动单击一次，自动测量荧光值并通过软件自动在#001栏输入荧光值。继续转动波长刻度盘，342 nm刻度线也经过光束，系统自动将342 nm测得的荧光值输入#002栏；此后继续慢慢匀速转动波长刻度盘直至终点波长(本文以800 nm为例)处，即可依次在340～800 nm范围内，每隔2 nm测量1次荧光值，并自动输入到软件的输入栏。测量完成后，将软件输入栏的数值导入EXCEL表格，以340～800 nm范围的波长为横坐标，测得的各处荧光值为纵坐标，即可绘制成波长-荧光值扫描图谱。

2.2 光谱扫描结果

使用改装的F93荧光光度计扫描甲基紫水溶液(6 mg/L)的荧光发射光谱，所得荧光光谱如图3所示。对比使用Cary Eclipse荧光光谱仪进行的扫描结果(图4)，可以看出二者的荧光光谱基本一致。二台仪器均使用365 nm的激发光源，因此荧光光谱图上均出现365 nm、730 nm的一级、二级光源散射峰(Cary Eclipse使用Ex=5 nm、Em=20 nm的激发和发射狭缝，因此峰强度更大)；418 nm处二者均出现一较弱光谱峰。比较二者的谱峰形状及位置，可以看出改装的F93荧光光度计所得的荧光扫描光谱图基本和Cary Eclipse一致，可以满足普通定性分析及教学实验的要求。

图3 甲基紫(6 mg/L)简易荧光发射光谱Fig.3 Simple fluorescence emission spectroscopy of methyl violet(6 mg/L)

图4 Cary Eclipse上的甲基紫(6 mg/L)荧光发射光谱Fig.4 Fluorescence emission spectroscopy of methyl violet(6 mg/L)on cary eclipse

使用改装的F93荧光光度计对亚甲基蓝水溶液(2 mg/L)进行多次扫描(激发波长365 nm)，所得荧光光谱峰形和峰位置基本一致(图5)，表明改装后系统重复性和稳定性尚可。但由于F93使用光电倍增管检测微弱的荧光信号，本身机器检测时的荧光强度波动幅度较大、稳定性较差，因此改装后不同时间扫描的谱峰强度变化幅度也较大。若使用紫外可见分光光度计，由于紫外可见分光光度计检测的是吸光度，稳定性较高，扫描结果的重复性和准确度应会更高。目前很多手动式荧光光度计、紫外-可见分光光度计均配有厂家数据处理软件，与电脑联机后，每次单击鼠标就可输入一次单个检测值，使用本文方法，可以方便地改装这类分光光度计，使其实现简单的波长扫描功能。本方法的缺点是扫描时波长间隔较大且不可调(只能固定为2 nm)，但对于简单的定性分析或实验教学已可满足需要。

图5 亚甲基蓝(2 mg/L)不同时间的简易荧光发射光谱Fig.5 Simple fluorescence emission spectroscopy of methylene blue (2 mg/L)at different times

3 结 论

本文设计了一款基于光纤传感器的简易波长扫描系统，通过对系统的测试，验证了系统可以实现简单的波长扫描功能，且成本低廉，改装方便，可用于对配有波长刻度盘及数据输入软件的荧光分光光度计、紫外-可见分光光度计进行改装，适用于化合物的快速定性分析，以及分光光度法的实验教学工作。