分子荧光光谱仪原理

日前，全国教育装备标准化技术委员会印发教育行业标准《分子荧光光谱分析方法通则》修订版的征求意见稿，实施了20年的《JY/T025-1996光栅型荧光分光光度方法通则》(JY/T 002—1996)迎来了一次"大修订"。说是“大修订”，是因为新《通则》增加了多项分子荧光光谱的新技术和新方法。　　《JY/T025-1996光栅型荧光分光光度方法通则》编写于1996年，1997年4月1日实施。原有标准主要是针对传统有机荧光化合物的分析，而在近20年的发展中，荧光分析的范畴得到了极大的拓展，包括荧光粉体材料、量子点等一大批的新型荧光材料不断涌现，它们均能够用分子荧光的技术进行分析和测试。　　此外，20年来，荧光光谱仪性能有了较大的发展，荧光寿命和绝对量子产率、时间分辨发射(激发)光谱等技术不断完善。　　为了更有效地发挥标准的作用，指导用户利用荧光光谱仪正确地实施检测分析，并作为制定具体分析方法标准的主要指导性技术文件，修订组根据原有标准的内容和荧光光谱分析在上次标准发布后的技术更新，并区分X-射线荧光分析，将标准名称更新为“分子荧光光谱分析方法通则”。　　与原通则相比，新通则增加了荧光偏振、荧光寿命和量子产率、同步荧光扫描、三维荧光光谱、时间分辨发射(激发)光谱测试等新的方法原理、分析步骤和结果表述。　　在原有试剂和材料的基础上，新《通则》补充了Nd-YAG、罗丹明101、Ludox、毛玻璃等，分别用于近红外区发射波长确认、绝对光致发光量子产率确认和校正、荧光寿命测试中灯谱测定、激发波长和发射波长精度的确认等。　　此外，在仪器方面，新《通则》还分别介绍了稳态荧光光谱仪、瞬态荧光光谱仪的相关情况，并给出了稳态荧光光谱仪的技术指标。　　本标准修订编写建议稿由四川大学分析测试中心作为主持修订单位，北京大学分析测试中心、东华大学分析测试中心、兰州大学分析测试中心作为辅助修订单位一起完成。具体来说，四川大学吴鹏负责范围、定义、方法原理和仪器 北京大学陈明星负责试剂和材料、分析步骤、仪器 东华大学徐洪耀负责样品和仪器 兰州大学巨正花负责分析结果的表述、安全注意事项、仪器。而且，工作组还邀请了Horriba Jobin Yvon公司技术中心应用专家对初稿进行审定和修正。　　详细内容参见附件：分子荧光光谱分析方法通则（征求意见稿）.doc

p style=" text-align: justify " span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 　　随着科研需求的发展，分子荧光光谱相关的新技术和新应用也在不断的深入拓展中,尤其是在附件的多样化、联机，以及其他功能性拓展方面表现得越来越明显。为了多方位展现分子荧光光谱领域的最新成果，仪器信息网特别策划制作《不可或缺 分子荧光光谱技术及应用进展》网络专题，旨在展现分子荧光光谱仪的最新技术及应用情况。 /span /p p style=" text-align: justify " span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 　　作为国产分子荧光光谱领域的代表企业，北京卓立汉光仪器有限公司(简称：卓立汉光)不仅推出了科研用稳态瞬态荧光光谱仪，而且从“差异化”竞争的角度寻求更长远的发展。日前，我们特别邀请了卓立汉光荧光光谱产品经理杨泽鑫来分享其在分子荧光光谱产品方面的战略布局。 /span /p p span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " /span /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 200px height: 257px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/97ef1194-9083-4420-a287-4aad1c4b8f87.jpg" title=" 微信图片_20201216145530.png" alt=" 微信图片_20201216145530.png" width=" 200" height=" 257" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " strong 北京卓立汉光仪器有限公司荧光光谱产品经理 杨泽鑫 /strong /p p style=" text-align: justify " 　 strong 　仪器信息网：与其他分析仪器相比，分子荧光光谱新产品的推出不是很活跃，市场也略显“沉寂”，请问您如何评价该类仪器的市场活力及竞争格局? /strong /p p style=" text-align: justify " strong 　　卓立汉光： /strong 分析型分子荧光产品推出很早，技术难度不大，不论是国内还是国外都有多个厂家在做，可以说分析型分子荧光光谱市场已经是一个非常成熟的市场。 /p p style=" text-align: justify " 　　换个角度，相比于分析型市场，我国对科研的投入力度越来越大，科研端应用需求广且差异较大，市场活力实际上是只增不减，传统荧光分析必然竞争激烈，“复制”市面上已有的产品难免让自己处于不走量又回报低的境地，寻求差异化竞争推出针对应用的专用方案可以补充市面上没有或者是和需求不匹配的产品。例如，现在闪烁晶体比较热门，闪烁体的荧光测试必不可少，但是进口设备中暂时没有可以耦合X射线作为激发源的厂家，很多从事此类研究的用户都是以自己搭建为主，卓立汉光推出针对性的解决方案，包含了X射线源，样品架及收集光路，并充分考虑了使用的安全性，用铅箱将这部分整合，目前良好地掌握了这一块的市场。另外例如钙钛太阳能电池，荧光寿命的测量对于其异质结的研究非常有帮助，卓立汉光针对该市场也有推出专用方案。 /p p style=" text-align: justify " 　 strong 　仪器信息网：从技术的角度出发，您认为目前分子荧光光谱有哪些新的技术值得期待? /strong /p p style=" text-align: justify " strong 　　卓立汉光： /strong 基于光学显微镜的显微荧光光谱目前能做到的空间分辨率能达到微米、亚微米尺度，高空间分辨比如纳米、几十纳米尺度的荧光光谱、荧光寿命、荧光寿命成像测量，对于生物成像、化合物半导体的载流子动力学研究意义非凡，普渡大学的Libai Huang教授在超快显微光谱动力学的实验搭建上已经实现了50nm空间分辨率的惊人成果，是否有机会转换为商用产品，这部分值得期待。 /p p style=" text-align: justify " 　　 strong 仪器信息网：从应用的角度出发，当前分子荧光光谱仪器的应用和研究热点分布在哪些领域?在科研过程中能给大家带来哪些“惊喜”? /strong /p p style=" text-align: justify " strong 　　卓立汉光： /strong 当前分子荧光研究热点主要集中在发光材料、光电半导体、有机溶解物等领域，对于研究材料合成结果、组分分析，机理研究具有重要的作用。举个例子，目前相当火热的钙钛矿型太阳能电池，就有相关课题组采用显微时间分辨光谱的表征方法，在空间尺度上揭示了有机-无机混合钙钛矿型CH3NH3PbI3(Cl)薄膜的光致发光衰减动力学，类似的光物理研究对于解释材料性能起到至关重要的作用，对于基础科学研究意义非凡。我司的OmniFluo900系列稳态瞬态荧光光谱仪就可以搭配显微光路，耦合皮秒脉冲激光器，搭配TCSPC板卡，实现这些亚微米空间尺度的荧光寿命测量。 /p p style=" text-align: justify " 　　 strong 仪器信息网：分子荧光光谱仪相关的应用标准情况怎样?在应用拓展方面，有哪些制约因素? /strong /p p style=" text-align: justify " strong 　　卓立汉光： /strong 事实上我司的客户开发方向和群体主要在科研市场，对于应用快检类的市场接触较少，三维荧光光谱技术确实有应用于石油炼化行业，我们也给针对石油做快检设备的公司提供OEM。三维荧光方法涵盖的信息比较丰富，是比较有可能用于行业快检的分子荧光测量手段，但是目前出现的标准还是比较少，我们接触到的仅有石油领域，其他的比如酒、饮料、水污染这些也是有高校课题组在研究，我司推出的SmartFluo-Pro系列三维荧光光谱仪，体积小且可快速现场测样，极大提高现场初步筛选的效率，我们也期待其他领域能够建立完善的标准。 /p p style=" text-align: justify " 　　 strong 仪器信息网：贵公司当前主推的产品?今年刚推出的或者即将推出的新品?最具优势的领域? /strong /p p style=" text-align: justify " strong 　　卓立汉光： /strong 目前我司的荧光产品线主推科研级稳态瞬态荧光光谱仪和三维荧光专用光谱仪。 /p p style=" text-align: justify " 　　稳态瞬态荧光光谱仪是开放性设计的大科研平台，目前最具备优势的领域主要是稀土发光材料、闪烁体的稳态光谱、瞬态光谱测量，针对一些薄膜光电材料/器件如第三代半导体、二维材料、钙钛矿薄膜电池、铜基薄膜电池，硅基锗材料进行Micro-PL以及Micro-TRPL的测量。 /p p style=" text-align: justify " 　　三维荧光专用光谱仪是我们设计的一台以150W氙灯为激发源，阵列探测器作为荧光信号探测的快速三维荧光光谱仪，通过优化光路结构，达到极优信噪比，期望能为石油、DOM、CDOM、水污染、海洋海水成分等物质的三维荧光分析提供快速检测，提高检测效率，为日后三维荧光在快检领域广泛应用提供支持。 /p p style=" text-align: justify " 　　 strong 仪器信息网：针对当前的市场格局，贵公司在分子荧光光谱产品方面有什么样的定位和布局? /strong /p p style=" text-align: justify " strong 　　卓立汉光： /strong 我司的分子荧光产品定位在高端科研级别，以稳态功能为基础，瞬态功能为主导，提供变温台、显微光谱模块、量子产率等多种附件，是国内第一台商用的达到科研级灵敏度且能够测量荧光寿命的荧光光谱仪。我们期望建立一个大的平台满足多种测量需求，再根据科研市场应用需求做差异化的调整，这里我们所说的差异化主要是针对某些应用提供一个合适又简化的方案，比如钙钛矿电池的TRPL几乎是必测的，但是TRPL的测量对于电池性能表征毕竟还是辅助为主，不是必要设备，购买五六十万甚至上百万的瞬态系统投入产出比太低，这时候对大荧光平台做减法就显得很有必要，客户也乐于接受。再比如，目前深紫外AlGaN量子效率很低，用常规宏光路的方式想要测得好的信号，就得借助功率较高的激光器，这时候激光器的价格可能成倍增加，如果我们将激光器耦合到显微镜里，改用显微光路将激光光斑聚焦到微米尺度，就可以大大提高激发效率，显微光路增加的成本显然比深紫外激光器增加的成本低，这也是我们根据应用的特点会做的一些差异化调整。 /p p style=" text-align: justify " 　　简单来说我们通过调整，在保证性能的前提下，把设备的性价比调高，更多客户容易接受，市场也就活跃了。近年来我国对科研投入力度越来越大，想要覆盖市场，产品必须是有层次的，有差异的，不能太单一，作为国产设备厂商我们最大的优势就是可以敏锐接触到市场需求和动向并及时做出响应，我们后续会持续关注各类应用并尽可能全的覆盖发光材料如稀土掺杂材料、量子点发光、有机发光二极管、聚集诱导发光材料、闪烁晶体、激光晶体，光电半导体如第三代宽禁带半导体材料器件、二维材料、微腔、钙钛矿型太阳能电池、钙钛矿型X射线探测器、石墨烯复合材料等应用。2020年12月23日，卓立汉光稳态瞬态荧光光谱仪全球同步发布，线上线下同步直播，尽在中建雁栖湖景酒店：三大环节，四大亮点，让我们一起揭秘国产荧光好仪器，让更多人一起共享荧光大平台! /p

1997年，天美开始代理日立的分子荧光产品，近20年的时间里，F-7000、F-4600等已入驻很多实验室 2013年，天美又将爱丁堡仪器公司的分子荧光产品揽入旗下，之后FLS980、FS5也被越来越多的人了解、熟悉......　　作为为数不多的主力做分子荧光光谱仪的企业，天美坐拥爱丁堡、日立两大品牌，在分子荧光领域“深耕细作”。说天美“深耕细作”，一方面是因为其在品牌的选择上独具慧眼，爱丁堡的收购就是很好的说明 另一方面，在市场培育和拓展方面，天美也兢兢业业，包括培训、用户会等一直带领着用户深挖分子荧光光谱仪的应用和市场。　　相对于其他分析仪器来说，分子荧光光谱仪并不特别“热”，用户的熟悉度也不是很高，那么天美为什么会如此重视?分子荧光光谱仪的技术发展又何去何从?带着这些问题，仪器信息网编辑采访了天美(中国)分析产品经理覃冰女士。天美(中国)分析产品经理覃冰女士　　覃冰2009年入职天美，一直负责分子荧光方面的工作。目前主要负责爱丁堡光谱类产品、日立分子光谱产品的技术支持、用户培训和相关市场宣传。对分子光谱仪器在科研中的应用和样品测试有十分丰富的经验。　　爱丁堡，天美收购史上的“大丰收”　　天美一路走来，收购了很多品牌，但是谈起对爱丁堡的收购，天美人都说，这是一个巨大的成功。　　据介绍，一方面，对爱丁堡的收购、整合并没有花太多的时间，2013年年底就捋顺了销售、售后等整个流程 另一方面，收购之后，爱丁堡的分子荧光产品在国内的业绩获得了快速增长。　　“FS5已经至少占据了国内同一级别产品一半的市场份额，而2015年FLS980的增长高达50%，可谓是大丰收!目前，在天美分析产品线上，这两类产品的销售积极性和热情也是很高的。”覃冰介绍到。其实，从中国政府采购网的中标信息我们也会看到，不少高校及科研单位已经陆续购置了FLS980或FS5。 FLS980(左)、FS5(右)　　爱丁堡的FLS980和FS5荧光光谱仪，都定位高端产品，用户主要是科研单位和高校。其中FS5是天美收购爱丁堡之后发布的第一款新产品。　　高端分子荧光光谱仪增长潜力更“诱人”　　收购爱丁堡之前，天美主要代理日立的分子荧光产品，两个品牌是否会有冲突?目前如何布局?这可能是很多人都想问的问题。　　对此，覃冰介绍到，“这个完全不是问题，因为爱丁堡和日立两个品牌的市场定位不同，各自有用户团体，这两个产品是相互补充的。日立的分子荧光产品，主要定位在分析型市场，如分析测试机构，甚至企业等，这些客户的工作多是日常的测试，他们需要准确的数据 而爱丁堡的仪器定位高端，主要面向专门做科研的、对测试有比较高要求的用户，他们在实验过程中，有自己的想法，并希望把这些想法融入到光谱仪中，其中最明显的一点是这些客户经常需要我们提供一些仪器的搭建服务。”　　不过，对于分析型和科研级两类荧光光谱仪的市场发展态势，覃冰更看好后者，对此覃冰给出了如下分析：　　“从仪器本身来说，分析型荧光市场比较平稳，日立的分子荧光在稳定性和测试准确性方面来说都非常不错，F-7000、F-4600等已经深入人心，比较皮实，一直以来以口碑打市场。自1997年开始，天美与日立的合作已经20年，一直是独家代理，合作非常愉快，这方面不需要担心。”　　“而从增长潜力上来说，相对于分析型的分子荧光，高端荧光的增长趋势比较明显。随着科研水平的提高，科研上已经不满足于稳态荧光的测试，时间分辨、量子产率等数据都是非常重要的。此外，千人计划/万人计划等国家的人才引进计划也吸引了越来越多海外留学人士的回归，他们在科研上更青睐于科研级别的仪器，这也是很大的机会。”　　定制化、联用需求凸显　　谈到分子荧光光谱仪，很多人可能会反馈技术比较成熟，各厂商新品的推出速度也比较慢。对此，覃冰介绍到，“一方面，分子荧光光谱仪的指标改进可能没有定量分析仪器的需求那么大，虽然教科书上写到荧光的灵敏度很高，但是用荧光定量只能在浓度比较稀的范围内实现线性，要求还是比较严格的，目前分子荧光光谱仪主要用来定性，定量的不是很多 另一方面，虽然与其它分析仪器相比，分子荧光光谱仪新品的推出速度不是那么快，但实际上一直在改进，只是很多时候不需要更改型号。以爱丁堡为例，虽然仪器型号没有改变，但是一直在探索与第三方附件的联用以及特殊应用。”　　而随着科研工作的深入，与第三方部件/附件/仪器的联用已经成为分子荧光光谱仪未来发展的一个重点方向。据介绍，现在的用户对高端荧光光谱仪的需求越来越高，他们往往不满足于只是用荧光光谱仪去测试样品，很多人希望将光源、检测器等第三方部件与光谱仪联用以达到自己的科研目的，比如做上转换材料研究的用户不能用传统的氙灯进行激发，就必须配备第三方的激光器 此外，基于荧光光谱仪的应用拓展也愈发明显，圆偏振荧光功能的加入可以测量激发态的手性信息，显微镜、单细胞仪与光谱仪联用，可以在微观尺度进行荧光的表征，据悉爱丁堡已经做过不少这样的案例。　　值得注意的是，仪器联用便会涉及耦合接口和系统控制等，这些对仪器厂家也提出了更高的要求。在这些方面，爱丁堡会提供相关的耦合接口，或者外购一些附件(部件)联接好之后再提供给用户，并根据用户的需求进行仪器改造。爱丁堡工厂有专门的软件工程师负责编写第三方附件与光谱仪的通讯，用户只需要通过操作光谱仪的软件就可以自动控制第三方的附件，在所设置的条件下自动进行相关光谱的扫描，这样可以把用户从繁琐的重复劳动中解放出来。今年爱丁堡就在其FLS980荧光光谱仪上集成了牛津仪器的光谱学液氦低温恒温器Optistat Dry，并通过FLS980的软件进行控制。　　当前，虽然这种定制化或联用不能作为标准化的配置，但是用户的需求明显增多。覃冰介绍到，“这同时也是爱丁堡的优势所在，一方面爱丁堡的仪器模块化搭建本来就比较灵活，爱丁堡的工程师在仪器联用和定制方面的经验也非常丰富 另一方面，爱丁堡与第三方厂家的合作非常友好。”　　天美在分子荧光领域继续“深耕细作”　　虽然做分子荧光光谱仪的厂商不是很多，但是市场压力一样存在。覃冰分析到，“有竞争就会有压力，竞争对手会推出一些新的型号，仪器及参数的更新换代，你追我赶的态势不可避免 此外，用户的需求呈现多样化，对厂商也提出了更多的要求。”　　覃冰坦言，“对天美来说，日立和爱丁堡的仪器相对都比较贵，这也是压力的一个重要方面。不过爱丁堡不会打价格战，未来会通过产品的不断升级以及附件的开发等来迎战市场。”　　对于如何提高产品的市场竞争力?覃冰谈到，要提高在中国市场的竞争力，就要充分了解中国市场，尽可能的与用户多接触，了解用户对产品的改进需求等。其实，一直以来爱丁堡都特别重视与中国用户的互动，之前在FLS980研发的时候就曾征询过福建物构所、厦门城市环境研究所等用户的意见。现在，平均每个月都有来自英国的工程师过来中国，有问题大家可以更方便沟通。　　另一方面，为了更好的服务客户、拓展市场，天美在分子荧光光谱仪的培训和技术交流方面也可谓兢兢业业，比如：每年针对日立和爱丁堡的分子荧光产品分别有两次用户培训 爱丁堡中国区的用户会每年一次 此外，每年天美的质量千里行活动中都会邀请爱丁堡英国的工程师到各所大学进行技术讲座。　　对于未来的推广计划，覃冰说，“对于用户培训和用户会我们肯定会一直坚持办，我们重视每一个用户，希望能通过用户会把我们国内这么多的用户紧紧联系起来，提供一个相互交流的平台，让好的仪器口碑一直相传下去。只是每年会侧重不同的领域，形式上会稍微变化，也希望能给大家带来耳目一新的体验。”同时，覃冰也表示天美希望与协会等一起合办用户会。　　后记：相比很多分析仪器，分子荧光市场不是那么活跃，相关的仪器厂家也不是特别多，甚至有些用户会混淆分子荧光光谱仪和XRF等其它的荧光光谱仪。不少人可能都有过这样的疑问，分子荧光光谱仪的未来发展空间和市场到底有多大?　　在交流过程中，覃冰给我们介绍到，“如果仅局限于分子荧光光谱仪本身，产品、技术的更新确实没有其他分析仪器那么快，但是同时我们也要看到，分子荧光的可扩展性非常大，第三方的光源、检测器、显微镜等多种部件/仪器都可以联接到光谱仪上。如果这样说来，它就不再是一个小众的群体，科研的精神可以使这个平台更好的运转起来。”　　此外，值得一提的是，实施了20年的《JY/T025-1996光栅型荧光分光光度方法通则》(JY/T 002—1996)今年迎来了一次"大修订"，增加了荧光偏振、荧光寿命和量子产率、同步荧光扫描、三维荧光光谱、时间分辨发射(激发)光谱测试等新的方法原理、分析步骤和结果表述，其中为了区分X-射线荧光分析，还特别将标准名称更新为“分子荧光光谱分析方法通则”。相信，在各方面的推动之下，分子荧光光谱仪可以带给大家更多的惊喜，不只是科研上的，市场增长的惊喜同样也值得期待。　　附覃冰个人简介　　教育背景　　2002--2006理学学士,北京师范大学，化学专业；　　2006--2009理学硕士，中国科学院国家纳米科学中心；　　工作经历　　2009至今天美(中国)科学仪器有限公司，分析产品经理：　　负责天美公司分子光谱产品，主要有英国爱丁堡稳态瞬态荧光光谱仪、激光闪光光解光谱仪，日立公司光谱仪产品线。　　负责国内与国外工厂之间的售前售后的技术交流及产品推广；　　曾赴美国及英国工厂培训，在样品的应用和测试上有十分丰富的经验；　　组织相关产品的销售培训、用户培训及维修培训，爱丁堡年度用户会等；　　市场及销售资料资料的翻译及整理，协助各种市场活动及会议报告。　　项目经历　　2013 爱丁堡仪器被天美收购后，主要负责爱丁堡产品，推进其在中国市场的销量增长；　　联系第三方附件厂家建立合作关系，通过测试实际耦合之后的效果，增强产品竞争力；　　新产品发布用户推介会；　　参与 JJF1382-2012荧光分光光度计型式评价大纲制定；　　JY-T025 荧光光谱分析方法通则专家评审。　　发表文章　　1. Reversible Photoswitchable Fluorescence in Thin Films of Inorganic Nanoparticle and Polyoxometalate Assemblies　　Bing Qin et al, J. Am. Chem. Soc., 2010, 132 (9), 2886–2888　　2. A temperature-driven reversible phase-transfer of 2-(Diethylamino)-ethanethiol-Stabilized CdTe nanoparticles　　Bing Qin et al, Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 9875-9878