黃利強

(1 集美大學水產學院，福建 廈門 361021；2 集美大學水域環(huán)境與漁業(yè)資源監(jiān)測中心，福建 廈門 361021)

手動調節(jié)波長的普通紫外-可見分光光度計、熒光分光光度計目前在國內市場占有量大，但這類儀器不具有自動波長掃描功能，若欲得到化合物的波長掃描光譜，必須手動調節(jié)逐個波長進行檢測，匯總多個波長的數(shù)據后匯總數(shù)據作圖，由于只能手動操作，工作量大，操作繁瑣，而且譜圖數(shù)據也不易齊全。而具備自動波長掃描功能的分光光度計價格目前相對昂貴，因此將普通光度計改裝，使其具備簡易波長掃描功能是一種簡易可行的方法[1-2]。目前研究者已研究出多種在普通手動式光度計上實施波長掃描的方法，但這些方法或者需要拆機改動內部電路，或者需要設計專門應用軟件，實施難度較大[3-5]。本文研究了一種基于光纖傳感器的波長掃描方法，無需拆機，并且可直接使用原機配套軟件，改裝較為簡便。

1 實 驗

1.1 儀 器

Cary Eclipse熒光光度計，美國瓦里安公司；F93熒光分光光度計(激發(fā)波長365 nm)，上海棱光技術有限公司；M3超細芯反射型光纖傳感器；NA11型光纖放大器。

1.2 試 劑

甲基紫(AR)，天津致遠化學試劑有限公司；亞甲基藍(AR)，天津致遠化學試劑有限公司。

2 結果與討論

2.1 改裝方法

F93熒光分光光度計的波長刻度盤上波長范圍為330～820 nm，在刻度盤上均勻地每隔2 nm繪有1條黑色細線。F93熒光分光光度計配套有棱光通用數(shù)據處理軟件，每點擊鼠標1次，就可使與電腦聯(lián)機的F93機器自動測量1次熒光值，并自動按順序輸入到軟件表格中(圖1)。因此只要實現(xiàn)鼠標隨波長的改變自動點擊，即可將不同波長的熒光值自動輸入軟件。

圖1 F93熒光分光光度計通用數(shù)據處理軟件界面Fig.1 Universal data processing software interface of F93 fluorescence spectrophotometer

波長檢測和輸入功能由M3超細芯反射型光纖傳感器、NA11型光纖放大器實現(xiàn)(圖2)。M3光纖傳感器的探頭為長度40 mm、直徑0.8 mm的不銹鋼空心針，內裝有2條內徑0.25 mm的超細光纖，2條光纖中的1條作為發(fā)射頭，另一條作為接收頭；其光電檢測原理是光纖傳感器的發(fā)射頭發(fā)射一束紅色激光，檢測物反射的光線被接收頭接收后送到光纖放大器進行放大，即可產生開關電流控制負載的開關，可檢測最小直徑0.1 mm的物體。本實驗將NA11型光纖放大器的2條負載輸出線與電腦鼠標的左鍵微動開關并聯(lián)，做成光電檢測開關，并將光纖放大器的狀態(tài)開關置“遮光時ON”檔位。當發(fā)射光照射在波長刻度表的白色底盤時，反射光較強，此時光纖放大器沒有輸出，鼠標不動作；當發(fā)射光照射在波長刻度表的黑色刻度線上時，反射光減弱，相當于遮光狀態(tài)，此時光纖放大器產生輸出信號，鼠標隨即閉合一次，即鼠標左鍵自動單擊一次。細心調節(jié)光纖傳感器的探頭位置，以及光纖放大器的靈敏度檔位，使波長刻度盤的黑色刻度線每次經過發(fā)射光束時，光纖放大器就開關一次，鼠標也隨之自動單擊一次，即可實現(xiàn)每隔2 nm，鼠標自動單擊1次。

圖2 實驗原理圖Fig.2 Experimental schematic diagram

打開F93熒光分光光度計的通用數(shù)據處理軟件，將鼠標移到“#001”的輸入欄；轉動波長刻度盤，使起始波長(本文以340 nm為例)刻度線恰好位于光纖傳感器發(fā)射紅色光束的下方；慢慢轉動波長刻度盤，使340 nm刻度線經過光束，鼠標即自動單擊一次，自動測量熒光值并通過軟件自動在#001欄輸入熒光值。繼續(xù)轉動波長刻度盤，342 nm刻度線也經過光束，系統(tǒng)自動將342 nm測得的熒光值輸入#002欄；此后繼續(xù)慢慢勻速轉動波長刻度盤直至終點波長(本文以800 nm為例)處，即可依次在340～800 nm范圍內，每隔2 nm測量1次熒光值，并自動輸入到軟件的輸入欄。測量完成后，將軟件輸入欄的數(shù)值導入EXCEL表格，以340～800 nm范圍的波長為橫坐標，測得的各處熒光值為縱坐標，即可繪制成波長-熒光值掃描圖譜。

2.2 光譜掃描結果

使用改裝的F93熒光光度計掃描甲基紫水溶液(6 mg/L)的熒光發(fā)射光譜，所得熒光光譜如圖3所示。對比使用Cary Eclipse熒光光譜儀進行的掃描結果(圖4)，可以看出二者的熒光光譜基本一致。二臺儀器均使用365 nm的激發(fā)光源，因此熒光光譜圖上均出現(xiàn)365 nm、730 nm的一級、二級光源散射峰(Cary Eclipse使用Ex=5 nm、Em=20 nm的激發(fā)和發(fā)射狹縫，因此峰強度更大)；418 nm處二者均出現(xiàn)一較弱光譜峰。比較二者的譜峰形狀及位置，可以看出改裝的F93熒光光度計所得的熒光掃描光譜圖基本和Cary Eclipse一致，可以滿足普通定性分析及教學實驗的要求。

圖3 甲基紫(6 mg/L)簡易熒光發(fā)射光譜Fig.3 Simple fluorescence emission spectroscopy of methyl violet(6 mg/L)

圖4 Cary Eclipse上的甲基紫(6 mg/L)熒光發(fā)射光譜Fig.4 Fluorescence emission spectroscopy of methyl violet(6 mg/L)on cary eclipse

使用改裝的F93熒光光度計對亞甲基藍水溶液(2 mg/L)進行多次掃描(激發(fā)波長365 nm)，所得熒光光譜峰形和峰位置基本一致(圖5)，表明改裝后系統(tǒng)重復性和穩(wěn)定性尚可。但由于F93使用光電倍增管檢測微弱的熒光信號，本身機器檢測時的熒光強度波動幅度較大、穩(wěn)定性較差，因此改裝后不同時間掃描的譜峰強度變化幅度也較大。若使用紫外可見分光光度計，由于紫外可見分光光度計檢測的是吸光度，穩(wěn)定性較高，掃描結果的重復性和準確度應會更高。目前很多手動式熒光光度計、紫外-可見分光光度計均配有廠家數(shù)據處理軟件，與電腦聯(lián)機后，每次單擊鼠標就可輸入一次單個檢測值，使用本文方法，可以方便地改裝這類分光光度計，使其實現(xiàn)簡單的波長掃描功能。本方法的缺點是掃描時波長間隔較大且不可調(只能固定為2 nm)，但對于簡單的定性分析或實驗教學已可滿足需要。

圖5 亞甲基藍(2 mg/L)不同時間的簡易熒光發(fā)射光譜Fig.5 Simple fluorescence emission spectroscopy of methylene blue (2 mg/L)at different times

3 結 論

本文設計了一款基于光纖傳感器的簡易波長掃描系統(tǒng)，通過對系統(tǒng)的測試，驗證了系統(tǒng)可以實現(xiàn)簡單的波長掃描功能，且成本低廉，改裝方便，可用于對配有波長刻度盤及數(shù)據輸入軟件的熒光分光光度計、紫外-可見分光光度計進行改裝，適用于化合物的快速定性分析，以及分光光度法的實驗教學工作。