激光诱导荧光技术简介
激光诱导荧光技术
激光诱导荧光(LIF)检测作为目前灵敏度最高的 检测技术，在生物、化学、医学等领域应用广泛。 激光光束的高汇聚性使其非常适合于微区检测， LIF 成为微型化仪器和电泳芯片中应用最普遍的 检测手段。另外，许多能发自然荧光环境样品和 生物样品，通过衍生技术进行荧光检测，因而 LIF 成为检测的首选技术。
液体LIF
气体LIF 燃烧LIF 测量物质
平面激光诱导荧光技术
举例：示踪平面LIF技术
采用YAG激光器的倍频 532nm激光作为激发源。由 于自然界中只有某些特殊的高 分子有机染料分子可以被
532nm激光激发而发出荧光，
人们就用这种有机染料分子作 为示踪物质加入到所要研究的 流场中，观察并测量荧光信号 的性质。
平面激光诱导荧光技术
研究LIF主要课题组
研究课题组 主要研究领域及成就
Dovichi N. J.
Soper S. A. Issaq H. J.
发明了壳流检测池，随后的LIFD单分子检测都是在此基 础上完成的，对LIFD的应用作出了卓越贡献。
主要研究领域包括：荧光探针、分子生物学、微分析仪器 等，较多采用近红外激光诱导荧光监测器。 毛细管电泳协会的创始人之一。在激光诱导荧光检测方面 主要从事紫外激光诱导荧光检测。
平面激光诱导荧光技术
PLIF检测原理图
平面激光诱导荧光技术
PLIF优点
高空间分辨：可达到微米量级。 快速时间响应：时间分辨最高可达纳秒量级，可对自由基 等瞬态物质寿命进行检测。 高灵敏度：探测下限最高可达106个粒子/cm3。 干扰小：通过激光激发，而不涉及接触式的探针等器件， 对等离子体，燃烧等干扰相对较小。
平面激光诱导荧光技术
可见光波长的红绿蓝激光 (635nm,532nm,445nm)
激光诱导击穿光谱技术原理
激光诱导击穿光谱技术原理
激光诱导击穿光谱（Laser Induced Breakdown Spectroscopy,简称LIBS）是一种采用激光能量瞬时熔融或蒸发现场样品而产生的等离子体，利用其发出的和吸收的光谱来成像特定分子结构和元素成分的一种分析技术。
激光诱导击穿不需要进行任何样品前处理，可以具有原位、实时、高效率、质量密度高等优势，这些优势使其在很多分析领域使用广泛。
激光诱导击穿光谱技术原理是，将激光束照射到样品上，激光能量瞬时熔融或蒸发样品，在高温环境中产生等离子体，等离子体发射出和吸收特定的光谱线，测量这些光谱线可以检测特定分子结构和元素成分。
激光诱导荧光技术简介资料重点
快速的时间响应：时间分辨最高可达纳秒量级，可对自由基等瞬态物 质寿命进行检测。
对被测区域无干扰：通过激光激发，而不涉及接触式的探针等器件， 对等离子体，燃烧等几乎不产生干扰。
激光诱导荧光技术（LIF）
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特点
主要问题： 对激光器的要求较高，维护昂贵； 测量系统较复杂。
采集软件：采集数据，并对数据进 行处理；
激光诱导荧光技术（LIF）
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激光诱导荧光技术（LIF）
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技术要求
该技术的关键是选择合适的物质与特定波长的激光光 源相匹配，以产生足够强度的荧光信号为探测器所接收。 目前作为示踪粒子的有氢氧根（OH）、碳氢根（HC）、 一氧化碳（CO）、氧分子（O2）、氧原子（O）、丁二 酮分子等。
LIF应用
生物
毛细血管 电泳检测
医学
环境
病变诊断
检测大气、 水体污染
激光诱导荧光技术（LIF）
其他
检测火焰、 流场等
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特点
优点：
高灵敏度：探测下限可达106个粒子/cm3，浓度检测最低可达1013mol/L。
测温范围宽，测量精度高：已有在1600℃的实验条件和1100℃的燃气 轮机条件下进行荧光测温的报道，测温精度可达±1℃。
用于液体的流场显示时需要加入荧光染料。 不同物质需和不同波长的激光器相配合。
激光诱导荧光技术（LIF）
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分类
浓度测量 温度测量
LIF分类
示踪LIF 产物分析LIF
测量手段
液体LIF 气体LIF 燃烧LIF
测量物质
激光诱导荧光技术（LIF）
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应用
目前LIF技术已应用于气体、液体、固体的测量中及燃烧、等离 子体、喷射和流动现象中。
plif 系统原理 -回复
plif 系统原理-回复PLIF(Planar Laser-Induced Fluorescence)系统是一种用于流场可视化和流动和混合研究的先进光学技术。
它可以提供高分辨率的可视化图像和精确的测量数据，使研究人员能够深入了解流场中的流动特性和物理过程。
本文将一步一步介绍PLIF系统的原理和工作原理，以及它在流场研究中的应用。
首先，我们来了解PLIF系统的原理。
PLIF技术的基本原理是利用激光诱导荧光现象来可视化流场。
荧光物质（称为示踪剂）被注入到流体中，在受到激光光束照射时产生特定的荧光信号。
通过拍摄和分析荧光图像，可以获取流场中示踪剂的浓度分布信息，进而了解流体的运动规律和流动特性。
PLIF系统主要由激光器、示踪剂、光学系统、探测器和数据记录装置组成。
首先，激光器发射高能量光束，并通过光学系统进行调整和聚焦，以获得所需的激光参数。
然后，在流体中注入适当的示踪剂，这些示踪剂在激光照射下会发生荧光。
接下来，荧光信号通过光学系统收集，并经过滤波和放大处理，最后被探测器记录下来。
PLIF系统还需要进行一些校正和标定工作，以确保测量结果的准确性和可靠性。
其中一个重要的步骤是建立荧光信号与浓度之间的关系，也就是校准曲线。
这可以通过在已知浓度下进行荧光信号的测量来实现。
校准曲线可用于后续流场的浓度分布的定量分析。
PLIF系统的应用非常广泛，尤其在流体力学领域和燃烧研究中得到了广泛应用。
通过PLIF技术，可以研究和分析不同流电流动特性，如湍流、层流、旋涡、涡街等。
此外，PLIF还可用于研究和优化燃料喷射和燃烧过程，以提高燃料燃烧的效率和环境友好性。
与传统的流场可视化技术相比，PLIF具有许多优点。
首先，PLIF具有高时间分辨率和高空间分辨率，可以提供动态和详细的流场信息。
其次，PLIF 可以对流场进行准确的浓度测量，以定量地分析流动和混合过程。
此外，PLIF还可以用于不同流体介质中的流场研究，如气体、液体和固体颗粒。
激光诱导荧光光谱技术
应用
(3)燃烧系统中的应用
测量温度、粒子浓度等。LIF方法在火焰中粒子 浓度的测量包括： ① 瞬态自由基粒子的测量。瞬态自由基是燃烧中的 反应中间体，如OH等。 ② 污染粒子测量，用于对污染物的控制与排放，常 见的污染粒子有NO、CO、NO2、SO2等分子， LIF方法的空间与时间的分辨测量有助于深入理解 燃烧过程中这些粒子形成的机理。 ③ 金属粒子的测量，如Na、K、NaS等。
No. 11
应用
(2)水质监测
LIF 遥测系统以355 nm 激发波长的Nd-YAG晶体激 光器为激发光源, 脉冲宽度4 ns , 重复频率10Hz 。脉冲 激光通过卡塞格伦望远镜射入待测水体, 后向散射的荧光 进入望远镜, 使用光纤分为两路, 一路通过干涉滤光片, 光电倍增管测量作为水拉曼光强度, 另一路通过安装有中 心波长为355 、450 和685 nm 三块干涉滤光片的转轮, 以光电倍增管测量瑞利散射光、DOM 荧光和叶绿素a 荧光强度。测得的瑞利散射光、DOM 荧光和叶绿素a 荧光强度以水拉曼光强度进行归一化, 记为瑞利散射因子、 DOM 荧光因子和叶绿素a 荧光因子, 分别与水体浊度、 DOM 浓度和叶绿素a 浓度成线性正相关。
光学组件：光路调整，光路转换，过滤杂散光等作用。
样品池：气体密闭池、液体池。窗口与光路上不产生激发光的散射，
窗口与池壁不产生荧光、样品池的窗口通常作成布儒斯特角。
光电探测器：光电倍增管、光电二极管、电荷耦合器件CCD等。
信号处理模块：信号采集、分析、显示和处理, 根据信号控制激光
器、检测光路和光电探测器等模块, 实现在线分析、处理和信号优化。
处于高能态的分子不稳定，在一定时间内它会从高能态返 回到基态。在此过程中，分子会通过自发辐射释放能量发光而 产生荧光，这就是激光诱导荧光。
激光诱导荧光技术(LIF)的研究
基于激光诱导荧光技术（LIF）的喷雾当量比特性研究 四、激光诱导荧光测试系统
基于激光诱导荧光技术（LIF）的喷雾当量比特性研究 四、激光诱导荧光测试系统
基于激光诱导荧光技术（LIF）的喷雾当量比特性研究
五、激光诱导荧光方法的应用
在燃烧系统中 L I F 法的应用，包括测量温度、 粒子浓度、燃料分布等方面。目前，LIF 法已成为 燃烧气流的化学与结构研究的重要手段。现对用激 光诱导荧光法测量发动机缸内混合气浓度进行说明。
在内燃机技术领域，激光诱导荧光试验研究燃烧，实现 了对燃烧过程的非侵入式观察。在 这 种 方 法 中利 用 单 色 性 好 、波 长 较 短 、能量较大的短脉冲激 光 使 某 种 分 子 或 原 子 激 发 ，测 量 由 激 发 态 返 回 基 态 时 发 出的荧光，便 可 以 计 算 该 成 分 的浓度 和温度分布。
基于激光诱导荧光技术（LIF）的喷雾当量比特性研究
参考文献：
多级旋流空气雾化喷嘴雾化特性及光学测试方法研究_刘存喜 复合激光诱导荧光定量标定技术及其_省略_应用_燃油喷雾当量比定量标 定方法_孙田 复合激光诱导荧光定量标定技术及其对柴油喷雾特性研究的应用_孙田 复合激光诱导荧光法在喷雾特性的研究进展_白原原 基于PLIEF技术两次喷射柴油喷雾结构和特性的定量研究_王卓卓 利用复合激光诱导荧光法对气相柴油喷雾温度场和浓度场的定量标定_ 郭红松 使用PLIEF技术对重型柴油机相_省略_柴油喷雾结构及其浓度场的定量研 究_郭红松 应用激光诱导荧光法研究直喷汽油机缸内混合气形成过程_马骁 用激光诱导荧光法测量GDI发动机缸内混合气分布_马骁 用激光诱导荧光法研究燃烧的最新进展_薛敏霞
基于激光诱导荧光技术（LIF）的喷雾当量比特性研究
五、激光诱导荧光方法的应用
激光诱导荧光技术介绍
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在荧光产生的过程中，激光与物质相互作用的方式决定了荧光
光谱的特征和强度。
通过控制激光的波长、功率密度和照射时间等参数，可以实现
03
对荧光光谱的调控。
03 激光诱导荧光技术的应用
生物医学研究
生物标记物检测
药物筛选
利用激光诱导荧光技术检测生物体内 的标记物，如蛋白质、核酸等，有助 于疾病的早期诊断和治疗监测。
物质吸收特定波长的激光 能量后，电子从基态跃迁 至激发态。
电子跃迁回到基态
激发态的电子通过释放能 量回到基态，以荧光的形 式释放能量。
荧光光谱分析
通过对荧光光谱进行分析， 可以了解物质的性质和组 成。
激光与物质的相互作用
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激光与物质相互作用时，物质吸收激光能量后会产生热能、光 化学反应或电离等效应。
使用激光器产生的激光束照射样品，激发荧 光。
数据处理与分析
对收集到的荧光数据进行处理和分析，提取 相关信息。
数据处理与分析
01
数据预处理
对原始数据进行平滑、滤波等处理， 以消除噪声和异常值。
定量分析
根据荧光光谱数据，对样品中的目 标物进行定量分析。
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02
荧光光谱分析
对荧光光谱进行分析，提取特征峰 和相关信息。
土壤污染监测
通过测量土壤中特定成分的荧光光谱，可以监测 土壤污染状况，为土壤修复和治理提供依据。
化学分析应用实例
有机化合物分析
激光诱导荧光技术可以对有机化合物进行高灵敏度和高选择性的 分析，有助于化合物的定性和定量分析。
无机离子分析
通过测量无机离子与荧光探针结合后的荧光光谱，可以实现无机 离子的高灵敏度分析。
利用激光诱导荧光技术对药物进行筛 选，可以快速、准确地评估药物的疗 效和安全性。
激光诱导荧光技术简介
激光诱导荧光技术（LIF）
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特点
主要问题： 对激光器的要求较高，维护昂贵；
测量系统较复杂。
激光诱导荧光技术（LIF）
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发展趋势
未来LIF技术的应用将更为广泛地结合PIV、激光诱 导炽光（LII）等技术，在获得更多信息的基础上，进一 步提高测试精度。
激光诱导荧光技术（LIF）
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谢谢！
激光诱导荧光技术（LIF）
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原理
实际应用中，从荧光的分布，可以探测粒子的种类； 从荧光的强弱，可得知粒子的浓度以及温度；利用其空间 分辨性还可以测量粒子的浓度场、温度场。
激光束聚焦到被测流体，产生 的荧光通过色散器件（单色、 多色光谱仪），然后荧光被检 测器接收转换为电信号。
激光诱导荧光技术（LIF）
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系统组成
LIF的硬件系统有： （1）激励源：由激光器和光 屏（通常为一组球面或柱 面透镜）组成； （2）检测系统：包括像差修 正成像透镜和数码成像微 光摄影机； （3）高速分析系统：即图像 分析处理机，可事后、实 时处理图像。
激光诱导荧光技术（LIF）
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系统组成
光源：提供窄线宽稳定的脉冲激光， 激光器（1,2）； 光学组件：光路调整，光路转换， 过滤杂散光等作用（3,4,5,6）；
激光诱导荧光技术（LIF）
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激光的四大特点
单色性好 频率、波长单一 方向性好
发散小，可远距离传输
亮度高 能量密度高
相干性好
相位固定，相干长度长
激光诱导荧光技术（LIF）
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原理
让一束激光通过检测区域，调节激光波长，当激光光 子的能量（与激光的波长相关）等于检测区域某种组分分 子的某两个特定能级之间的能量之差时，该分子会吸收光 子能量跃迁至高能态。 处于高能态的分子不稳定，在一定时间内它会从高能 态返回到基态。在此过程中，分子会通过自发辐射释放能 量发光而产生荧光，这就是激光诱导荧光。用CCD相机 等图像采集工具记录下随流体一起流动的荧光物质的荧光， 从而可实现对复杂流场的可视化。
基于激光诱导荧光技术的肿瘤早期诊断研究
基于激光诱导荧光技术的肿瘤早期诊断研究肿瘤早期诊断是提高治愈率和生存率的关键。
传统的肿瘤检测方法常常需要对患者进行侵入性的手术切除或者使用有害的放射性药物，为患者带来不适和风险。
然而，随着生物医学技术的发展，一种非损伤性和高效的肿瘤早期诊断技术逐渐引起了人们的关注——基于激光诱导荧光技术。
基于激光诱导荧光技术（LIF）是一种利用激光光源激发荧光材料产生荧光信号，并通过收集和分析荧光信号来获得样本信息的技术方法。
这种技术常常结合荧光标记剂和光谱仪等设备使用。
在肿瘤早期诊断中，激光诱导荧光技术可以提供患者病变组织的高分辨率图像，并且可以检测细胞和组织的荧光强度、荧光寿命以及光谱特征等信息。
通过这些信息，医生可以判断病变组织的类型、位置和恶性程度，从而进行更准确的诊断和治疗。
使用激光诱导荧光技术进行肿瘤早期诊断具有许多优势。
首先，这种技术可以在无需手术切除的情况下进行诊断，降低了患者的痛苦和风险。
其次，激光诱导荧光技术可以在非侵入性条件下获得高分辨率的图像，对病变组织进行准确的定位和评估。
此外，这种技术还可以通过定量分析荧光信号的特性来评估病变组织的生物学特性和恶性程度，为个体化治疗和预后评估提供重要参考。
在肿瘤早期诊断领域，激光诱导荧光技术的应用也得到了广泛的研究。
一些研究团队已经开发出了多种基于激光诱导荧光技术的肿瘤诊断方法。
例如，基于荧光探针的肿瘤显像技术可以通过注射荧光探针来实现对肿瘤组织的高分辨率显像，可以在手术过程中辅助医生定位和切除肿瘤组织。
此外，一些研究还利用激光诱导荧光技术对肿瘤的光谱特性进行分析，发现了一些肿瘤特异性的荧光信号，为肿瘤的早期诊断和分期提供了新的思路。
然而，基于激光诱导荧光技术的肿瘤早期诊断仍面临一些挑战和限制。
首先，荧光探针的选择和设计是一个关键问题。
目前已有一些肿瘤特异性的荧光探针被开发出来，但其在临床实际应用中的效果仍需要进一步验证和改进。
此外，激光诱导荧光技术还需要相应的设备和技术支持，包括高能量和稳定的激光光源、灵敏的光谱仪以及高效的数据分析和处理方法。
lsd平面激光诱导荧光-米氏散射法
LSD平面激光诱导荧光-米氏散射法是一种用于表面形貌测量的高精度技术。
该技术结合了激光诱导荧光（LIF）和米氏散射原理，能够实现对物体表面微小高度变化的检测，广泛应用于光学加工、半导体制造、生物医学和材料科学等领域。
下面将从基本原理、实验方法和应用领域等方面对LSD平面激光诱导荧光-米氏散射法进行介绍。
一、基本原理LSD平面激光诱导荧光-米氏散射法利用激光在物体表面的激发光谱和米氏散射光谱之间的微小差异，通过光谱分析来获取表面高度变化的信息。
当激光束照射到样品表面时，会激发样品表面的荧光发射，同时也会引起样品表面的米氏散射。
由于荧光发射和米氏散射的光谱特性略有不同，因此可以通过光谱分析来获取样品表面的高度信息。
二、实验方法1. 仪器设备LSD平面激光诱导荧光-米氏散射法的实验设备主要包括激光器、光谱仪、样品评台和数据处理系统等。
激光器用于产生激发光束，光谱仪用于采集荧光发射和米氏散射的光谱信息，样品评台用于支撑样品并控制样品的移动，数据处理系统用于对采集到的光谱信息进行处理和分析。
2. 实验步骤（1）将样品放置在样品评台上，并调整样品评台使得激光束垂直照射到样品表面。
（2）打开激光器，并调整激光束的功率和聚焦度，使得激光束可以有效地激发样品表面的荧光发射和引起米氏散射。
（3）通过光谱仪采集荧光发射和米氏散射的光谱信息，可以得到两者在波长和强度上的差异。
（4）利用数据处理系统对采集到的光谱信息进行处理和分析，可以获得样品表面的高度变化信息。
三、应用领域LSD平面激光诱导荧光-米氏散射法在许多领域都有广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 光学加工在光学元件的制造中，需要对元件表面的形貌进行精密测量，以保证元件的光学性能。
LSD平面激光诱导荧光-米氏散射法可以实现对光学元件表面微小高度变化的测量，帮助优化光学加工工艺，提高元件的质量和工作效率。
2. 半导体制造在半导体工业中，需要对芯片表面的形貌进行精确测量，以保证芯片的性能和可靠性。
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