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荧光法测量有机物残留的基本理论

  • 2019/3/1
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物理学中的荧光

  荧光是一种发光形式。发光是指在原子或分子激发后发光。在光子发射(光)的情况下,它被称为光致发光。

  荧光机理如图1所示。为了激发荧光,采用紫外光源照射测试表面。表面上的污染物吸收高能量辐射(1)。 受光子激发,电子达到更高的能级(2)激发态。激发的分子与其环境碰撞并释放一小部分吸收的能量(3)。剩余能量作为发射(4)进行释放,并且电子从激发态返回到其最初状态。发射的光子能量较低,因此释放长波(5)。这种能量差异称为“Stokes shift 斯托克斯位移”。

荧光机理

  荧光向各个方向进行扩散发射(如来自点光源),并在纳秒(10 -9 秒)后消失。光漂白性可使荧光特征消失。

Fluorophore 荧光团

  荧光团是指分子内的一个官能团,由于存在许多π-系统,能够吸收特定波长的能量并重新发射另一个波长的能量。

  在π-系统中,两个原子通过双键连接,这意味着两个原子各自为键提供两对电子。那些电子很容易受到荧光的激发。发射的荧光辐射的波长和数量取决于荧光团,其数量和化学环境。

荧光的结构

  荧光素,一种重要的荧光染料,如图2所示。荧光素含有许多双键,因此显示出明显的荧光。

  荧光团的荧光效率的特征在于量子产率Q.它指定吸收能量的强度的哪一部分可以作为光子发射。

污染物的荧光反应

  间接生产材料的荧光主要是基于作为添加剂的芳香族环体系,进而基于油脂的不饱和结构。羧酸及其酯以及脂族酮发出荧光。

  通过荧光测量法可以检测到非常少量的残留污染物,甚至可检测到由少于2%的皮脂组成的指纹。优化具有365nm和460nm的SITA荧光传感器(图3中标记为紫色和蓝色)的激发和检测波长实现检测工业制造中零部件的清洁度。其中可检测到的污染物包括冷却剂和切割润滑剂,润滑油,防锈油和脱模剂等。

  根据测量设备和污染物或涂层,可以检测到10 mg /m2和润滑膜至10 g /m2或更高的残留量。

  图三展示了三种不同加工油的荧光光谱。

三种不同油的发射光谱

三种不同油的发射光谱(excitation 激发 365 nm)

基材荧光反应

  金属和许多陶瓷表面不激发荧光。根据杂质离子,基质和处理荧光可以在玻璃上进行。由于有机分子的复杂结构,所以纸张、纺织品或塑料等其他材料会产生十分强烈荧光反应。

荧光传感器及测量原理

  德国SITA Messtechnik GmbH公司是工业应用中检测表面荧光测量设备的领先供应商。高度集成的光电传感器设计使用高功率UV LED灯和透镜来完成表面的准确高强度照射。发射的辐射被光学过滤,灵敏检测器确定其强度。基于评估模型,在可受控制的激发功率和环境光水平下,将原始检测器的信号转换为标准化的测量值,实现量化数值。测量值是由专有无机固态荧光参考标准定义的特定单位RFU (Relative Fluorescence Unit相对荧光单位) 规定相对荧光强度。

SITA表面清洁度仪

SITA表面清洁度仪