Что такое спектрофлуориметр?

Что такое спектрофлуориметр?

Спектрофлуориметр — это прибор, который анализирует свет, излучаемый молекулами и ионами в образце.

Это тип спектрофотометра. Другие типы спектрофотометров включают УФ/видимые спектрофотометры и инфракрасные спектрофотометры. Поскольку спектр излучения отличается для каждой молекулы и иона, можно количественно определить компоненты, содержащиеся в образце, на основе длины волны и интенсивности пика излучения.

Спектрофлуорометр чрезвычайно чувствителен и используется для обнаружения следовых элементов. В биохимии он также используется для анализа движения белков в живых организмах путем объединения его с флуоресцентными зондами, которые связываются с определенными соединениями.

В образцах, содержащих несколько компонентов, таких как живые организмы и продукты питания, люминесценция каждого компонента перекрывается, что приводит к сложным спектрам. В последнее время статистические методы анализа, такие как многомерный анализ, рассматриваются для извлечения информации о большом количестве компонентов.

Применение спектрофлуорометров

Спектрофлуориметры используются для обнаружения и количественного определения наименьших количеств компонентов в образце. Количественный анализ с помощью спектрофлуориметрии в 1000 раз чувствительнее абсорбционной спектрофотометрии.

В частности, они используются для измерения квантового выхода, который является показателем световой эффективности белых светодиодов и органических EL-элементов, а также для анализа спектра света, излучаемого элементами. Спектральный анализ чрезвычайно сложен, но программное обеспечение для анализа становится все более совершенным и может извлекать различную информацию.

Принцип работы спектрофлуориметров

Рисунок 1. Принцип работы спектрофлуориметра

Спектрофлуориметры — это приборы, использующие флуоресценцию (или фосфоресценцию). Это дополнительная энергия, испускаемая в виде света, когда электроны в молекулах и ионах возвращаются из возбужденного состояния в основное состояние. Каждая молекула имеет свое собственное уникальное энергетическое состояние и избирательно поглощает свет определенной длины волны для перехода в возбужденное состояние.

Электроны в возбужденном состоянии немедленно возвращаются в основное состояние, испуская свет с длиной волны, соответствующей разнице уровней энергии между возбужденным и основным состояниями. Если излучаемый свет не имеет длины волны, которая поглощается образцом, флуоресценция не испускается, и измерение невозможно выполнить.

Другая информация о спектрофлуориметрах

1. Спектрофлуориметры и многомерный анализ

Рисунок 2. Спектрофлуориметр и многомерный анализ

Измерение флуоресценции образцов, содержащих много органических веществ, таких как продукты питания, использовалось для анализа классификации образцов по происхождению и сырью. Когда образец содержит несколько компонентов, спектр, полученный с помощью спектрофлуориметров, представляет собой сумму флуоресценции, испускаемой каждым компонентом.

В целом, спектр флуоресценции образца, содержащего несколько компонентов, очень сложен и труден для анализа. В частности, образцы, содержащие множество органических веществ, такие как продукты питания и напитки, будут иметь много пиков, которые может проанализировать только квалифицированный специалист.

С другой стороны, в последнее время предпринимались попытки получить информацию из сложных спектров излучения продуктов питания с использованием методов многомерного анализа и статистического анализа. Например, анализ главных компонент (PCA), один из методов многомерного анализа, может использоваться для сжатия многомерных данных, таких как спектры, в два или три более низких измерения.

После выполнения PCA распределение каждого образца используется для группового анализа. 

2. Применение спектрофлуориметров в области биохимии

Рисунок 3. Использование спектрофлуориметра

В области биохимии флуоресцентные зонды могут быть селективно связаны с определенными белками или ионами кальция, что позволяет количественно определять соответствующие компоненты. Например, при обнаружении ионов кальция можно использовать соединение, называемое хелатирующим агентом, которое имеет структуру, которая селективно захватывает ионы.

Другие флуоресцентные зонды включают полимеры, модифицированные из флуоресцентных белков, полученных из живых организмов. Эти полимеры получены из флуоресцентных белков, и их введение позволяет им реплицироваться в самих живых клетках.

Открытие этого зеленого флуоресцентного белка приписывают японскому ученому, лауреату Нобелевской премии Осаму Шимомуре. Возможность вводить флуоресцентные белки в биомолекулы и обнаруживать их с высокой чувствительностью с помощью флуориметра значительно продвинула анализ биомолекул.