A-TEEM熒光光譜儀與傳統(tǒng)PMT掃描光譜儀

傳統(tǒng)的掃描式熒光分光光度計(jì)以采集熒光激發(fā)發(fā)射三維矩陣(EEM)的形式來獲得分子指紋圖譜，也被稱為3D熒光光譜。EEM是熒光強(qiáng)度隨熒光激發(fā)波長、熒光發(fā)射波長變化而變化的三維數(shù)據(jù)集。傳統(tǒng)掃描式熒光光譜儀是通過在不同激發(fā)波長下順序掃描一系列發(fā)射光譜來獲得的，然后將數(shù)據(jù)集進(jìn)行三維重建。該三維數(shù)據(jù)集可利用第三方多元分析軟件進(jìn)行成分分析，也可與其他分析技術(shù)如FTIR、HPLC和MS一起使用。許多已發(fā)表的科學(xué)論文引用了傳統(tǒng)掃描式熒光分光光度計(jì)獲得的EEM數(shù)據(jù)進(jìn)行成分分析的結(jié)果，包括食品科學(xué)、水環(huán)境和制藥等眾多科學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域。

然而，使用傳統(tǒng)掃描式PMT熒光光譜儀進(jìn)行EEM成分研究時(shí)有兩個(gè)局限性。首先，用掃描式熒光光譜儀采集單個(gè)EEM需要很長時(shí)間。根據(jù)信號(hào)強(qiáng)弱，以及所需的波長范圍和分辨率不同而有所區(qū)別。有時(shí)單個(gè)EEM實(shí)驗(yàn)需要掃描式熒光光譜儀長達(dá)一小時(shí)的時(shí)間的采集時(shí)間!

掃描式熒光光譜儀的另一個(gè)重要限制是，所獲得的EEM指紋圖譜的形狀會(huì)隨著樣品濃度的細(xì)微變化而變化。若儀器測(cè)量同一分子不同濃度下的EEM指紋圖譜時(shí)獲得不同結(jié)果，那么它就不能用于成分分析。EEM若作為一種分析技術(shù)，其譜圖的形狀必須與濃度無關(guān)。

掃描式熒光光譜儀的局限性限制了熒光EEM技術(shù)的可用性，從而促使HORIBA開發(fā)了A-TEEM技術(shù)。

HORIBA獨(dú)特的A-TEEM技術(shù)克服了這兩個(gè)局限性。通過CCD檢測(cè)技術(shù)，HORIBA解決了掃描式熒光光譜儀的速度限制，通過HORIBA的CCD采集技術(shù)，單個(gè)熒光EEM可以在幾秒到幾分鐘內(nèi)獲得。

Figure 1. Three dimensional contour plot viewed at an angle of a fluorescence EEM, with three dimensional axis for fluorescence excitation, emission and intensity.

Figure 2. Contour plot (top down view) of fluorescence EEM of fluorescein acquired in one second with Duetta.

其次，HORIBA利用A-TEEM技術(shù)在采集熒光的同時(shí)也采集同一樣品的吸光度這一事實(shí)，解決了熒光內(nèi)濾效應(yīng)相關(guān)的問題，并獲得利用吸光度來校正內(nèi)濾效應(yīng)(IFE)的EEMs。

HORIBA將這種技術(shù)稱為A-TEEMTM，即吸收-透射激發(fā)發(fā)射三維矩陣。通過校正內(nèi)濾效應(yīng)，A-TEEM分子指紋圖譜更準(zhǔn)確的代表了真實(shí)的分子指紋圖譜。因此，當(dāng)使用第三方多元化學(xué)計(jì)量學(xué)分析軟件分析時(shí)，A-TEEM數(shù)據(jù)提供的成分分析比掃描式熒光光譜儀的簡單EEM數(shù)據(jù)更可靠。

下面是一個(gè)很好的例子，說明單個(gè)分子中即使是很小的濃度差異，也會(huì)對(duì)EEM指紋圖譜的形狀產(chǎn)生顯著影響，但通過適當(dāng)?shù)腎FE校正，A-TEEM指紋圖譜則不隨濃度的改變而改變。

Figure 3. Fluorescence Excitation Emission Matrices of two concentrations of quinine sulfate in tonic water diluted in 0.1 M perchloric acid (aq.) with and without inner-filter effect corrections applied. Acquired with HORIBA Duetta.

本文介紹的Aqualog A-TEEM數(shù)據(jù)的化學(xué)計(jì)量學(xué)分析方法使用Eigenvector Research Incorporated公司的Solo軟件。

Additional Resources

USGS Procedures for using the Horiba Scientific Aqualog® fluorometer to measure absorbance and fluorescence from dissolved organic matter https://pubs.er.usgs.gov/publication/ofr20181096

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