激光诱导植物荧光寿命校正技术及其特性分析

激光诱导植物荧光寿命测量法是在植物荧光光谱分析法基础上开发的一种评估植物生长状况及环境监测的新技术。根据植物叶绿素荧光信号的物理特性,利用信息仿真技术开发了一种叶绿素荧光寿命校正方法,可提高植物叶绿素荧光寿命的测量精度。利用激光诱导叶绿素荧光寿命测量系统分别测得叶绿素荧光及其背景信号,先用解卷积法叶绿素荧光信号中分离出荧光衰减函数,可获取荧光寿命估计值。再结合叶绿素荧光寿命校正技术就能反演得到高精度的植物荧光寿命。仿真与实验结果表明：该方法可实现高精度的植物荧光寿命实时监测;并对不同含量的叶绿素提取液进行了测试,构建了植物荧光寿命与叶绿素含量的对应关系模型。未来该技术可用于遥感监测海洋、湖泊、河流中藻类植物的生物含量。     

基于激光诱导叶绿素荧光寿命成像技术的植物荧光特性研究

针对植物荧光遥感探测中信号易受干扰的问题, 提出了一种用于评估植物生长状况及环境监测的荧光寿命成像技术. 采用凹透镜对355 nm波长的激光扩束, 再照射植物激发叶绿素荧光, 由增强型电荷耦合器件接收荧光信号. 采用时间分辨测量法, 连续用相同激光脉冲照射植物以激发相同的荧光信号, 同时不断改变激光脉冲触发探测器启动的延时时间, 从而能够得到完整的离散荧光信号分布图像. 对植物特定位置点产生的离散荧光信号进行拟合, 再运用一种改进型的迭代解卷积法可反演高精度的荧光寿命; 进而反演图像各点的荧光寿命以生成植物的荧光寿命分布图. 该方法所绘制的荧光寿命图比荧光强度图能更准确地反映植物内部的叶绿素含量, 并对活体植物叶绿素荧光寿命的物理特性进行了初步研究, 证明叶绿素荧光寿命与植物生理状态存在一定关联; 并且叶绿素荧光寿命与活体植物所处环境存在着复杂的关系. 未来将与生物物理学家们合作, 继续探寻叶绿素荧光寿命与植物生存环境的关系.     

激光诱导植物叶绿素荧光寿命及光谱特性分析

传统荧光光谱分析法虽能用于评估植物生理状况,但在植物遥感探测中该方法具有抗干扰性弱、待测数据量大的缺陷.针对此问题,提出一种荧光寿命成像技术,将植物荧光寿命及光谱信息结合,分析植物内在生理信息,实现了远距离、大范围精确测量植物生理状况.采用时间分辨测量法,用连续激光脉冲照射植物产生大量相同的荧光信号,同时不断改变探测器的启动延迟时间,得到完整的荧光信号,用解卷积法反演植物荧光寿命.对活体法国冬青植株的光谱信息与荧光寿命特性进行了研究,结果显示植物荧光寿命与叶绿素含量成线性关系,并且植物叶绿素含量在0.03~0.06 mg/cm~2这一特定范围,线性相关系数高达0.9051,比荧光光谱能更精确地反映植物叶绿素含量.     

机油产品激光诱导荧光特性的研究

利用紫外脉冲激光和光电倍增管相结合测量机油产品激光诱导荧光的光谱特性和时间特性.分析了荧光光谱的产生,给出了时间分辨荧光光谱的测量.实际测量了一种应用广泛的燕山机油的时间分辨荧光的光谱分布和荧光寿命,测得的荧光谱分布结果和文献中报道的相同.     

原油样品激光诱导荧光的时间分辨光谱特性研究

为探索激光诱导时间分辨荧光光谱技术应用于海洋悬浮溢油原位探测的可行性,对来自胜利油田六个不同井区不同密度的原油样品的时间分辨荧光光谱进行了探测分析。结果发现,各原油样品荧光发射的持续时间基本相同,从ICCD中数字延时发生器(DDG)的输入延时52 ns开始,到输入延时82 ns左右结束,各原油样品的荧光峰强度随时间变化曲线的半高宽约10 ns;不同原油样品的最强荧光峰位及其衰减寿命不尽相同,并且与样品密度有一定相关性,密度相近的原油具有相近的最强荧光峰位和相似的荧光寿命。对比六种原油样品的时间分辨荧光光谱发现,在荧光增强时,原油荧光光谱峰位不变,当荧光从最大强度开始衰减时,六种原油样品的荧光光谱峰位均出现了不同程度(17~30 nm)的红移现象,这一定程度上反映出原油中各荧光组分的荧光衰减速率存在差异,或者存在荧光组分之间的能量传递。所观测到的原油密度相关的时间分辨光谱信息和荧光峰红移现象可望成为水下悬浮溢油识别的有效特征之一。     

偶氮染料掺杂高分子薄膜的荧光光谱特性

利用旋涂法制备了新的偶氮染料掺杂薄膜，在室温下测试了该薄膜的吸收光谱，稳态荧光光谱和时间分辨荧光光谱，研究了荧光衰减动力学过程，得到了反式和顺式异构体的激光发单线态（S1）的荧光寿命。     

激光诱导时间分辨固体表面荧光光谱系统

采用斜射式激发样品光路结构,设计了应用于测试时间分辨固体表面荧光光谱系统。利用该系统研究了氧化锌薄膜在355 nm激光脉冲激发下的时间分辨固体表面荧光光谱。结果表明,该系统能够实现测量时间分辨固体表面荧光光谱,并由此测量了样品的固体表面荧光寿命。该系统结构简单可靠,灵敏度高,响应速度快。     

基于不同泵浦波形的荧光寿命测量

该文从理论上分析了不同泵浦波形下的荧光衰减规律,提出了一种在不同泵浦波形下测量荧光寿命的新方法——双脉冲探测法,即利用探测泵浦脉冲与荧光衰减脉冲的方法测量荧光寿命。通过对样品钕玻璃及Cr:ZnSe晶体的荧光寿命测量表明:利用该方法在不同泵浦波形下能够实现可见及近红外到中红外激光介质的荧光寿命测量。因此,利用该测量方法能够方便、有效的避免通过解卷积求样品荧光寿命的繁琐过程,对测量激光介质在不同泵浦波形下的荧光寿命具有参考价值。     

NO2分子电子激发态荧光辐射寿命的测定

利用激光诱导荧光技术,实验测定了NO2分子513～520 nm范围内AA～U22B2电子激发态6个不同振转能级激光诱导荧光衰减寿命,研究了激发态荧光寿命与气压和激发波长的关系,得到了无碰撞衰减寿命和碰撞猝灭系数,并对其反常长寿命进行了讨论     

用Origin拟合Cu_2O纳米线时间分辨荧光光谱寿命

基于用Origin软件的指数衰减拟合函数对制备得到的Cu2O纳米线的时间分辨荧光光谱进行拟合,得到了Cu2O纳米线在77-300 K温度范围内的瞬态荧光寿命值。     

Radiative lifetimes of excited W II levels

Radiative lifetimes of 19 selected W II levels with energies between 36 000 cm^-1 and 55 000 cm^-1 have been measured with the time-resolved laser-induced fluorescence technique. The ions are generated in a hollow cathode discharge and stored in a linear Paul trap. Selected states are populated with tunable dye laser pulses and the subsequent fluorescence is measured by means of a 5 Gigasample transient digitizer and a fast photodetector with a risetime of 700 ps. By taking into account both the temporal profile of the laser pulses and the separately measured response function of the system, the lifetime can be determined from the full decay curve. A refined evaluation procedure, taking into account saturation effects in the signals, reduces the uncertainty in our data to around 1%. Received: 30 July 1998 / Revised: 18 August 1998     

饱和激发下叶绿素荧光非线性变化及影响分析

叶绿素浓度是海洋初级生产力的重要指标之一,激光诱导荧光技术可以实现海水叶绿素浓度的快速测量。测量叶绿素浓度的传统激光诱导荧光原理,是利用叶绿素荧光与水体Raman散射的强度比值（I_F/R）进行反演,即叶绿素浓度n_chl＝CI_F/R,其中C为系统常量。这是依据叶绿素荧光685 nm、水体Raman散射强度都与激发光强呈线性关系。然而,该理论并没有考虑诱导荧光饱和现象的存在。当诱导激光强度达到一定程度后,685 nm荧光强度随激发光强非线性变化。另外,值得注意的是,水体Raman散射并不存在信号饱和现象。为了探讨饱和激发造成荧光非线性变化的影响,在激光诱导荧光技术测量叶绿素浓度的实验中,设计两种测量方案,即：不同激光功率诱导单一浓度样本的荧光测量,和固定激光功率时不同浓度样本的荧光测量。实验中利用Nd∶YAG三倍频激光355 nm激发获得叶绿素溶液的404 nm处 Raman散射和685 nm荧光。实验结果分为2部分进行讨论：（1）为了分析饱和激发造成荧光变化的非线性特性,通过调节激发光功率测量溶液的受激发射光谱,发现水体Raman散射强度与激发光强呈线性关系,而685 nm荧光强度出现饱和激发下的非线性变化。而且,随叶绿素浓度的增加,685 nm荧光的非线性趋势更为明显,Raman散射强度与激发光强的线性关系中斜率变小。数据分析表明,685 nm荧光数据拟合的4阶多项式和Raman散射效率值,可以定性地表征685 nm荧光的饱和程度。（2）考虑实际海洋激光雷达探测叶绿素浓度应用中存在饱和激发荧光非线性现象,为了分析荧光非线性对传统叶绿素浓度反演理论适用性的影响,在固定激发光强情况下对不同浓度叶绿素溶液的发射光谱进行测量。将激发光功率调节至52.00,80.70,132.10和197.30 mW·cm-2,获取相应激发光强下685 nm荧光与水体Raman散射的强度比值和叶绿素浓度之间的关系。实验表明,激发光强不变的情况下,685 nm荧光与水体Raman散射的强度比值,与叶绿素浓度仍满足线性关系。但是,在较高光强激发时,饱和激发造成的叶绿素荧光非线性变化,导致利用传统激光诱导荧光理论反演的叶绿素浓度值偏小。因此,需要对饱和激发下荧光非线性的影响进行修正,其关系为I_F/R=n_chl/C+C_F,修正值C_F不可忽略。另外,值得一提的是,修正关系中系统常量C随激发光强增加而增大。研究表明,饱和激发造成的荧光非线性,会对激光诱导荧光技术测量叶绿素浓度产生影响,但由于造成荧光非线性因素的复杂性,仅通过荧光数据拟合获得的多项式,无法定量说明其影响权重。然而,当激发光强不变时,可以实验测量获得基于激光诱导荧光原理的修正关系,从而准确反演叶绿素浓度。     

Photon-counting technique for rapid fluorescence-decay measurement

We report on a novel laser-induced fluorescence triple-integration method (LIFTIME) that is capable of making rapid, continuous fluorescence lifetime measurements by a unique photon-counting technique. The LIFTIME has been convolved with picosecond time-resolved laser-induced fluorescence, which employs a high-repetition-rate mode-locked laser, permitting the eventual monitoring of instantaneous species concentrations in turbulent flames. We verify the technique by application of the LIFTIME to two known fluorescence media, diphenyloxazole (PPO) and quinine sulfate monohydrate (QSM). PPO has a fluorescence lifetime of 1.28 ns, whereas QSM has a fluorescence lifetime that can be varied from 1.0 to 3.0 ns. From these liquid samples we demonstrate that fluorescence lifetime can currently be monitored at a sampling rate of up to 500 Hz with less than 10% uncertainty (1sigma) .     

Characterization of a confocal microscope for time-resolved photon counting fluorescence

A confocal microscope setup is developed for time-resolved fluorescence measurements. It is added to a traditional cuvette time-resolved setup, with a pumped Ti-Sa light source. The temporal resolution of 37 ps (FWHM) is not degraded, in comparison with the cuvette setup also described. These setups allow both decay lifetime and anisotropy relaxation time determination. Fluorescence correlation spectroscopy (FCS) is used to determine the observation point size. When associated with the calcium probe calcium green, calcium concentration in single cells can be determined in 10 ms by simultaneous acquisition of early and late fluorescence photons.     

农药荧光寿命测试系统的原理与设计

介绍荧光的产生、荧光寿命的产生机理以及荧光寿命测量的基本原理。设计了一种利用直接记录法(光子计数法)测量农药荧光寿命的测试系统。该系统针对待测样品的特性，选用了相应的脉冲光源、光学元件和半导体探测器等器件，优化了各器件的工作参数，进行了简易而又科学的模块化设计，并对西维因农药的荧光寿命在无激励光干扰情况下进行了实际测试，测得了西维因溶液在500μg／L浓度时的荧光衰减曲线和荧光寿命(0.30～0.40ns)。结果表明，该系统具有结构简易、操作方便的优点，能测量100ps级的荧光寿命，适合于对能发荧光的农药进行荧光寿命的定量测量。     

355 nm纳秒激光作用下荧蒽的时间分辨荧光光谱特征

多环芳烃由于具有三致(致癌、致畸、致突变)特性,其在环境中的检测受到人们广泛关注。利用时间分辨光谱技术,研究了荧蒽乙醇溶液的荧光光谱随延时时间和门宽改变的特性。研究了不同浓度荧蒽的时间分辨荧光光谱特性,以原始浓度的荧蒽为初始溶液,通过逐级稀释的方式,最终将原始溶液稀释16倍,拟合了不同稀释倍数下的荧蒽荧光强度衰减随延时时间变化的动力学曲线,得到了不同浓度荧蒽的拟合荧光寿命。研究结果表明,荧蒽的荧光光谱特性与光谱仪探测器延时时间和门宽宽度密切相关。固定延时时间,随着光谱仪门宽宽度的变化,荧蒽的荧光强度随着门宽的增大而逐渐增强。固定门宽,改变延时时间的过程中,荧蒽的荧光强度随延时时间呈现先增大,后减小的趋势。荧蒽的荧光强度随延时时间的衰减过程符合指数衰减过程,将荧蒽乙醇溶液进行逐级稀释,荧蒽荧光强度与延时时间的衰减进行指数拟合后,得到不同稀释倍数的荧蒽乙醇溶液的衰减动力学参数,随着稀释倍数的增大,拟合得到的荧蒽荧光寿命增大。多环芳烃时间分辨光谱特征的研究,可以为环境中多环芳烃的检测提供技术基础,由于不同荧光物质具有特征的荧光寿命,因此,可以利用多环芳烃与环境中其他荧光物质的不同荧光寿命特性,准确识别环境中的多环芳烃污染物。