[发明专利]一种实时动态测试磷光光谱的方法

说明书

技术领域

本发明属于磷光光谱学仪器领域。通过对磷光光谱进行动态化测试设计，以获得所研究体系的实时动态磷光光谱曲线，进而可以通过该实时动态磷光光谱来研究动态进行的化学、材料和生物体系。 

背景技术

磷光是光致发光，因此必须选择合适的激发光波长，这可以根据它们的激发光谱曲线来确定。磷光具有的特点有：磷光辐射的波长较荧光长；磷光的寿命和辐射强度对重元素原子和顺磁性离子极其敏感；磷光最重要的特点是它的长寿命。但一般的磷光光谱只能对处于平衡态的体系进行研究，而实际发生的化学过程，材料的聚集过程和生物体系中的生命过程都不是处于平衡态而是动态进行的，因此，这就需要动态的磷光光谱仪。 

目前已经商业化的动态磷光光谱仪是所谓的瞬态磷光光谱仪。在稳态光谱方面：该设备可以测量样品的激发谱、发射谱、同步谱及动态扫描，同时测试样品的量子产率。在瞬态光谱方面：可以通过选用不同波长的激光灯测试样品的磷光寿命， 同时可以在低温下测试样品的磷光寿命。脉冲光源激发样品后,样品发出磷光光子信号,每次脉冲后只记录某特定波长单个光子出现的时间t,经过多次计数,测得磷光光子出现的几率分布P(t),此P(t)曲线就相当于激发停止后磷光强度随时间衰减的I(t)曲线。尽管目前的激光技术已经可以实现飞秒级的激光脉冲，因而可以实现飞秒级的瞬态光谱。但从研究实时动态进行的化学、材料和生物体系而言，基于瞬态激光光源的仪器存在以下问题： 

1）相对普通连续光源，激光脉冲光源是很昂贵的，因而所得的瞬态磷光光谱仪比现行的普通紫外可见磷光光谱仪昂贵很多，难以推广作为常态仪器；

2）普通的磷光光谱需要激发光，很多时候的研究需要一个连续的单色激发光源（通常的紫外可见磷光光谱仪的光谱范围为200-850nm左右）。为降低成本，现行的瞬态磷光光谱仪的激光脉冲光源通常是固定的几个波长。如果要实现连续的瞬态激发光源，则所得仪器将极为昂贵，一般的实验室难以承受。

因此，现行的瞬态磷光光谱仪要么价格昂贵难以承受，要么难以实现连续的激发光光谱，这使得其难以广泛地应用于动态进行的化学、材料和生物过程研究与探测。动态体系的科学研究和实际应用需要一种既价格便宜，又能实现连续激发光谱的磷光光谱仪，本发明的基于连续光源和数据采集卡的动态磷光光谱仪则满足了这一需求。 

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种实时动态测试磷光光谱的方法，通过这种仪器可以直接对具有实际和科学意义的实时动态的化学、材料和生物过程进行测试。 

技术方案：本发明的实时动态测试磷光光谱的方法具体如下： 

由光源发出的光经过激发光单色器后分出不同波长的激发光，然后通过光信号输入到样品室中，对所研究体系进行照射，经过斩波片产生的磷光通过光信号输出；样品发出的磷光通常为宽带光谱，需通过发射光单色器分光成为无激发光的单色光，再经过光电转换器，光信号被转换为电信号，然后通过电信号输出到数据采集卡；为了样品室测试的需要，还设有温度和压力控制系统和其它环境控制系统对样品室进行控制，整个仪器系统由计算机数据处理进行控制和数据处理；本发明采用普通连续光源，通过高速数据采集卡来实现动态磷光光谱的测试。 

所述的光源具有强度足够且稳定的连续光谱，连续光源采用氢灯、氘灯、钨灯、氙灯、汞灯或发光二极管灯。 

所述的光电转换器采用电荷耦合元件来实现将光学信号直接转换为模拟电流信号，然后该模拟电流信号被传输到数据采集卡，通过高速数据采集卡的高速采集而实现动态磷光测试。 

本发明实现动态测试的原理是依据数据采集卡的采集速率的，目前的电子工业已经可以方便的提供各个采样速率的数据采集卡，其采用速率可以从低频至10⁹ Hz，即本发明的磷光光谱的测试速率可以根据需要在每秒数千次、数万次、10⁶、10⁹范围内变化。且因为数据采集卡的数据采集速率在不超过最大采集速率的情况下可以设定的，这就意味着动态测试光谱的速率也是可以设定的，这会在具体的化学、材料和生物动态体系的研究和生产中带来极大的方便。