1．实验目的

1)了解荧光光谱分析方法的物理和化学原理。

2)了解Fluorolog-3荧光光谱仪的结构、操作方法、测试原理和定性定量分析方法。

3)通过对罗丹明溶液和聚苯胺固体粉末的荧光光谱测试实验，了解两类不同样品的测试方法。

2．实验仪器及主要性能参数

法国Horiba Jobin Yvon生产的Fluorolog-3荧光光谱仪。其外观及外部结构示意图分别如图17-2及图17-3所示。该仪器具有以下特点：

计算机控制，界面显示，仪器能自动记录荧光光谱；高分辨率、低杂散光单色系统；高灵敏度、低噪声单光子计数器作接收系统；采用氙灯作为光源；配有稳定性好、精度高的外光路系统；配有多种附件，适用于液体、固体样品的分析。
主要参数及性能指标如下。

波长范围：200～850nm。

波长精度：≤±0.4nm。

波长重复性：≤0.2nm。

狭缝宽度：0～2mm连续可调，示值精度0.01mm，最大高度20mm。

接收单元为单光子计数器，其技术指标如下。

灵敏度：稳态测量信噪比S/N≥5000：1[侧试条件：R928P PMT, 5nm带宽，1s响应时间，350nm激发。记录397nm的水拉曼峰强度(S),450nm的背景强度(N) , S/N= (I₃₉₇－I₄₅₀)/I₄₅₀^1/2，这是JY的计算方法，在分母中考虑了全部的噪声]。

图17-2 Fluorolog-3荧光光谱仪的外观

光谱仪的结构部件(图17-4)包括：

光源：450W氙灯；

激发单色器；

样品室：T-box;

发射单色器；

检测仪：R928P PMT(光电倍增管)。

3．实验步骤

(1)开机步骤

1)开启电源(Power)开关，风扇开动；

2)开启Xe灯(Main Lamp)电源开关；

3)开启控制器开关，软盘启动，等待至听到一声鸣响(约30s) ;

图17-3Fluorolog-3荧光光谱仪的外部结构示意图

图17-4荧光光谱仪的内部结构示意图

4)开启操作电脑开关，运行Fluor Essence操作软件，点击M系统初始化，进入操作界面。

(2)系统转换和操作

1)由稳态转换到TCSPC状态。

关闭SPECTRACQ电源；

将PMT信号输出连接到TB-02前置放大器的输入端；

拆下稳态样品箱，换上TCSPC样品箱；

装NanoLED;

开IBH Hub和TB-02前置放大器的电源；

开SPECTRACQ电源，等待软盘启动完成；

运行Data Station软件，系统初始化，选择TCSPC Lifetime;

做未知样品的时间衰减曲线；

做荧光散射体(Ludox)的时间衰减曲线；

保存数据文件；

运行DAS6软件，做曲线拟合，得到荧光寿命。

2)由TCSPC状态转换到稳态。

关闭SPECTRACQ电源，关闭IBH Hub电源和TB-02前置放大器的电源；

将PMT信号输出连接到DM302的输入端；

取下NanoLED;

拆下TCSPC样品箱，换上稳态样品箱；

开Xe灯风扇，电源；

开SPECTRACQ电源；

运行Fluor Essence软件。

4．实验处理及谱图解析

以罗丹明溶液和固体聚苯胺为样品进行操作，最后得到两个样品的激发光谱和发射光谱。

5．注意事项

1) FL3-TCSPC为精密光谱仪，不得随意打开机盖，触摸反光镜和光栅表面。

2)开Xe灯前，必须确定计算机、显示器、打印机、控制器等设备的电源在关闭位置。关Xe灯前，必须先关闭所有设备的电源，否则开关Xe灯时产生的尖峰电脉冲会损坏上述设备。

3)关Xe灯(Main Lamp)电源后，不能立即关闭Xe灯的冷却风扇，15min后关Xe灯机箱上的设备主电源(Power)开关。

4) Xe灯上的4个冷却出入风口必须保持干净，通风良好。每季度的第一个工作日用除尘器将4个通风口上的杂物清理干净。

5)仪器的工作状态可以通过测试Xe灯的激发光谱和纯净水的拉曼光谱检查。

6)稳态测试时，信号强度不能大于10⁶，如果信号过强，可以将激发和发射单色器的狭缝关小，也可以降低PMT探测器的高压。

7)系统状态转换，由稳态转换到TCSPC状态或由TCSPC状态转换到稳态时，必须关闭系统电源。