Dans le laboratoire de surveillance de l'environnement, les chercheurs analysent des échantillons d'eau à l'aide d'un instrument et, quelques minutes plus tard, des données précises sur les contaminants sont affichées à l'écran, avec une sensibilité de l'ordre d'un milliardième. Le spectromètre à fluorescence moléculaire, en tant qu'équipement de base pour les laboratoires d'analyse modernes, joue un rôle important dans les domaines de la chimie, de la biomédecine, des sciences de l'environnement et d'autres domaines grâce à des avantages de détection hautement sensibles et non destructifs. Cet instrument est capable de détecter des substances à l'état de traces au niveau d'un milliardième (ppb), offrant un soutien technique solide pour la recherche scientifique et les applications industrielles. Son principe de fonctionnement unique, qui permet aux chercheurs d'obtenir de riches informations sur la structure moléculaire sans détruire l'échantillon, a été salué comme « l'œil de la fluorescence» dans le domaine de la chimie analytique.

Le principe de fonctionnement du spectromètre à fluorescence moléculaire est basé sur le processus physique par lequel la lumière interagit avec la matière. Lorsque la lumière d'une longueur d'onde spécifique frappe un échantillon, les molécules absorbent l'énergie des photons et passent de l'état fondamental à l'état excité. Les molécules à l'état excité sont instables et libèrent de l'énergie pour retourner à l'état fondamental par diverses voies. Une de ces voies est l'émission de fluorescence, un processus qui se produit généralement sur une échelle de temps de l'ordre de la nanoseconde à la microseconde. L'émission de fluorescence présente des caractéristiques particulières: la longueur d'onde d'émission est toujours plus longue que la longueur d'onde d'excitation, phénomène appelé déplacement de Stokes; L'intensité de fluorescence est directement proportionnelle à la concentration de la substance dans une certaine plage, fournissant une base pour l'analyse quantitative.

Les spectromètres à fluorescence moléculaire constituent un système d'analyse précis composé de cinq composants principaux. Une source de lumière d'excitation, telle qu'une lampe au xénon ou un laser, fournit une lumière d'excitation de haute intensité et stable qui provoque une transition électronique des molécules de l'échantillon. Les monochromateurs sont responsables de la décomposition de la lumière composite en une seule longueur d'onde de lumière, en veillant à ce que seule une longueur d'onde spécifique de lumière éclaire l'échantillon, ce qui est essentiel pour obtenir un spectre d'excitation précis. La Chambre d'échantillonnage est la zone où l'échantillon à tester est placé et est généralement équipée d'un dispositif de contrôle de la température pour s'adapter aux différents besoins d'essai. La liaison de détection est complétée par un photodétecteur tel qu'un photomultiplicateur PMT qui transforme le signal lumineux en un signal électrique dont la sensibilité influence directement la limite de détection de l'instrument. Enfin, le système de traitement de données effectue un traitement analytique du signal, produisant un spectrogramme de fluorescence.

De nombreux types ont été développés en fonction des scénarios d'application et des besoins de performance. Les spectromètres à fluorescence conventionnels sont la configuration la plus basique pour mesurer les spectres d'excitation et d'émission de fluorescence, répondant aux besoins d'analyse qualitative et quantitative des laboratoires en général. Le spectromètre de fluorescence tridimensionnel peut obtenir simultanément un spectrogramme de la variation de l'intensité de fluorescence en fonction des longueurs d'onde d'excitation et d'émission, fournissant des informations d'échantillon plus riches, particulièrement adaptées à l'analyse de systèmes complexes. Le spectromètre de fluorescence résolu dans le temps se concentre sur la mesure de la durée de vie de la fluorescence, acquérant des informations sur les interactions intermoléculaires et le microenvironnement en analysant les courbes d'atténuation de la fluorescence. Au cours des dernières années, le spectromètre Fluorescent portable a connu un développement rapide, est compact et portable, prend en charge le dépistage rapide sur le terrain et est largement utilisé dans le domaine de la surveillance de l'environnement et de la sécurité alimentaire.

L'avantage important des spectromètres à fluorescence moléculaire réside dans leur sensibilité, leur capacité à détecter des échantillons à des concentrations aussi faibles qu'une partie par milliard (ppb) et même leur détection à l'échelle ppt (Parties par billion). L'analyse rapide est un autre avantage, la plupart des mesures d'échantillon ne prennent que quelques minutes, et la combinaison avec l'échantillonneur automatique permet une analyse à haut débit qui améliore considérablement l'efficacité du travail. La méthode a également la caractéristique d'une faible consommation d'échantillon, généralement seulement une micro - mise à niveau de la quantité d'échantillon, ce qui est particulièrement important pour l'analyse d'échantillons précieux. Dans le même temps, les caractéristiques de détection non destructives rendent l'échantillon disponible pour d'autres analyses après le test. Les spectromètres à fluorescence moléculaire modernes offrent de nombreux modes de mesure, tels que la spectroscopie d'émission de fluorescence, la spectroscopie d'excitation, la spectroscopie de fluorescence synchrone, etc., pour répondre à différents besoins analytiques.

La préparation correcte des échantillons est la base pour obtenir des données fiables. Les échantillons liquides doivent choisir le solvant approprié, contrôler la concentration dans la plage appropriée et éviter les erreurs de mesure causées par une dilution excessive ou une concentration trop élevée. L'étalonnage des instruments est un lien essentiel pour garantir l'exactitude des données. L'étalonnage régulier de la longueur d'onde et de l'intensité à l'aide de substances standard garantit que l'instrument fonctionne de manière optimale. Les paramètres doivent être optimisés en fonction des caractéristiques de l'échantillon. La largeur de la fente d'excitation et d'émission affecte la force et la résolution du signal, la vitesse de balayage doit tenir compte de la qualité et de l'efficacité des données, et le réglage de la tension du tube photomultiplicateur affecte la sensibilité de détection. L'analyse des données doit combiner la nature de l'échantillon et les besoins de l'application. La position du pic de fluorescence, l'intensité et la forme spectrale contiennent des informations importantes qui doivent être interprétées de manière rationnelle en combinaison avec des normes ou des bases de données.

Avec les progrès scientifiques et technologiques, les spectromètres à fluorescence moléculaire continueront à fournir un soutien technique plus solide pour la recherche scientifique et les applications industrielles. De la recherche fondamentale aux applications industrielles, cette technologie repousse constamment les limites de la perception humaine du monde matériel. À l'avenir, nous avons des raisons de nous attendre à des percées dans la technologie de spectroscopie de fluorescence moléculaire dans une gamme de détection plus large, une sensibilité accrue et une intelligence plus forte, contribuant ainsi davantage au développement scientifique et au bien - être humain.