Actuellement, l'analyse par fluorescence est devenue une méthode spectrochimique importante et efficace, et les spectromètres de fluorescence, tels que les spectrophotomètres de fluorescence, sont largement utilisés. La fluorescence est un type de transition radiative, c'est-à-dire le rayonnement émis lorsqu'une substance passe d'un état excité à un état de plus basse énergie avec la même multiplicité.
Caractéristiques de l'analyse par fluorescence
Vous devez connaître la caractéristique de l’analyse de fluorescence avant d’apprendre le principe et l’application du spectromètre de fluorescence.
1. Les principales caractéristiques de l'analyse par fluorescence sont une sensibilité élevée et une bonne sélectivité. La sensibilité de l'analyse par fluorescence est de 2 à 3 ordres de grandeur supérieure à celle de la mesure du spectre d'absorption. La spectrophotométrie est généralement de l'ordre de 10-7, tandis que la fluorescence a une sensibilité de 10-9.
2. Forte sélectivité. Les substances fluorescentes ont deux spectres caractéristiques : le spectre d'excitation et le spectre d'absorption. Comparé au spectre d'absorption unique de la spectrophotométrie, le spectre de fluorescence permet d'identifier les substances sur la base du spectre d'excitation et du spectre d'émission.
3. La quantité d’informations est riche et divers paramètres de substances fluorescentes peuvent être fournis.
4. Cependant, la méthode d'analyse par fluorescence présente également des inconvénients : ① de nombreuses substances ne sont pas fluorescentes. ② la relation entre la génération de fluorescence et la structure du composé n'est pas claire. ③ il existe de nombreux facteurs d'interférence, tels que la photolyse, l'extinction de l'oxygène et la pollution facile.
Principe et composants d'un spectromètre de fluorescence
Le spectromètre de fluorescence enregistre la relation entre l'intensité lumineuse émise et les caractéristiques de la source d'excitation, les caractéristiques de l'échantillon, la température, le temps, l'espace, l'énergie et d'autres caractéristiques connexes en sélectionnant un détecteur et un mode de fonctionnement appropriés lorsque l'échantillon expérimental est excité. De cette façon, le processus de luminescence peut être mieux étudié ou utilisé.
Composants d'un spectromètre à fluorescence : source lumineuse, monochromateur de longueur d'onde d'excitation, chambre d'échantillon, monochromateur de longueur d'onde d'émission, détecteur et unité de contrôle.
4 principaux domaines d'application d'un spectromètre de fluorescence
1. Application dans le domaine de la biologie
Ce domaine est principalement utilisé pour la détermination clinique du contenu de certains composants dans les échantillons biologiques, l'analyse de la biotechnologie et de la technologie immunitaire, comme la détermination du désoxyribose et de l'acide désoxyribonucléique, de l'ADN, des anticorps, des antigènes et d'autres aspects de la recherche. Dans ce domaine, diverses sondes fluorescentes sont principalement utilisées pour l'analyse et la détection, qui sont principalement divisées en sondes biologiques nano-fluorescentes et sondes biologiques non-nano-fluorescentes.
2. Application dans le domaine alimentaire
Ce domaine est principalement utilisé pour l'analyse et la détection des minéraux et des éléments métalliques, des acides aminés, des vitamines, de la pollution fongique, des additifs, des conservateurs, des substances nocives dans les emballages alimentaires, des résidus de pesticides, etc. dans les aliments. En particulier, la combinaison avec la HPLC, la TLC, la FIA et d'autres technologies peut mieux atteindre l'effet de détection de diverses substances dans les aliments.
3. Application à l'analyse des médicaments
Dans le domaine de l'analyse des médicaments, l'analyse par fluorescence peut être utilisée pour identifier les principes actifs des médicaments, étudier la pharmacocinétique et analyser la pharmacologie clinique et la pharmacodynamique. À l'heure actuelle, elle est largement utilisée dans l'analyse des antibiotiques, des analgésiques, des sédatifs, des médicaments hémostatiques, etc.
4. Application à l'analyse environnementale
Ce domaine utilise principalement l’analyse par fluorescence pour détecter le contenu de substances dans l’environnement, principalement pour l’eau, le minerai et le sol.
Application du spectromètre de fluorescence
L'application des spectromètres de fluorescence comprend l'application de matériaux luminescents complexes métal-organiques, de sondes fluorescentes, de capteurs moléculaires, de détection de substances, de dispositifs électroluminescents, de matériaux luminescents dopés aux terres rares, etc.
1. Applications des matériaux luminescents complexes métallo-organiques
De nombreux métaux de transition peuvent former de nouvelles structures de niveaux d'énergie (HOMO/LUMO) lorsqu'ils coopèrent avec des ligands. La transition entre l'état fondamental et ces niveaux d'énergie peut facilement conduire à une augmentation significative du rendement quantique par rapport au ligand. En même temps, cela peut être réalisé en changeant le centre de coordination. La structure du ligand module sa bande d'émission sur une large bande.
(1) Transfert de charge intra-ligand (ILCT)
(2) Transfert de charge ligand-métal (LMCT)
(3) Transfert de charge métal-ligand (MLCT)
(4) Transfert de charge de ligand à ligand (LLC)
(5) Transfert de charge métal-métal vers ligand (MMLCT), etc.
Les ions métalliques brillent
Transition ff : Sm3+, Eu3+, Tb3+, Dy3+, Tm3+, Nd3+, Er3+, Yb3+, etc.
2. Application des matériaux luminescents dopés aux terres rares
Cette application comprend des cristaux laser dopés aux terres rares et des nanomatériaux dopés aux terres rares.
(1) Les ions de terres rares et les nanocristaux semi-conducteurs sont tous deux de bons matériaux luminescents.
(2) La luminescence des ions de terres rares peut être sensibilisée par la recombinaison des excitons des semi-conducteurs, ce qui améliore considérablement l'efficacité de luminescence des ions de terres rares.
(3) En contrôlant la taille des nanocristaux semi-conducteurs synthétisés pour adapter la bande interdite du semi-conducteur afin de correspondre au niveau d'énergie de l'état excité du centre luminescent, pour obtenir un transfert d'énergie ou une luminescence efficace.
(4) Les ions de terres rares sont les meilleures sondes spectroscopiques sensibles à la structure. Des expériences peuvent être conçues pour détecter le processus de transition de phase structurelle à température ambiante de certains petits nanocristaux semi-conducteurs in situ et analyser leur mécanisme interne.
(5) Les nanomatériaux semi-conducteurs dopés aux terres rares ont de vastes perspectives d’application dans les sources d’éclairage vertes, les dispositifs nano-optoélectroniques, les écrans plats, les nano-biomarqueurs et les capteurs.
2. Application des sondes fluorescentes
Sonde fluorescente : substance moléculaire de petite taille qui modifie une ou plusieurs propriétés de fluorescence par interaction non covalente avec des protéines ou d’autres structures macromoléculaires. Elle peut être utilisée pour étudier les propriétés et le comportement des substances macromoléculaires.
Les sondes fluorescentes couramment utilisées actuellement comprennent les sondes à fluorescéine, les sondes fluorescentes à ions inorganiques, les points quantiques fluorescents et les balises moléculaires. En plus de l'analyse quantitative des acides nucléiques et des protéines, les sondes fluorescentes sont largement utilisées dans la coloration des acides nucléiques, l'électrophorèse de l'ADN, l'hybridation moléculaire des acides nucléiques, la technologie PCR quantitative et le séquençage de l'ADN.
4. Détection de substances
(1) Haute sensibilité
2 à 4 ordres de grandeur supérieurs à la spectrophotométrie UV-Vis.
Limite de détection inférieure : 0.1～0.1 mg/cm-3.
Sensibilité relative : 0.05 mol/L de bisulfate de quinine dans une solution d'acide sulfurique.
(2) forte sélectivité
Elle peut non seulement être basée sur le spectre d'émission caractéristique, mais également sur le spectre d'absorption caractéristique.
(3) Petite quantité d'échantillon
Inconvénients : le champ d’application est restreint.
