不同光電倍增管電壓下三維光譜數據的峰值換算方法
2023-05-13 23:20:01 2
不同光電倍增管電壓下三維光譜數據的峰值換算方法
【專利摘要】本發明公開了一種不同光電倍增管電壓下三維螢光譜的峰值換算方法。本方法包括數值校正和峰值換算兩個步驟。數值校正包括：設定測定條件，分別測定去離子水和校準試劑硫酸奎寧的三維螢光光譜，讀取去離子水三維螢光光譜中激發波長Ex=發射波長Em=350nm處的瑞利散射值和硫酸奎寧溶液在相同條件（PMT電壓，激發-發射掃描範圍）下的峰值。並對二者進行線性擬合，根據該線性擬合結果判斷得到的三維螢光數據的準確性。峰值換算包括：將已知電壓下特定波長範圍內樣品的峰值與相應電壓下去離子水三維螢光光譜在Ex=Em=350nm處的瑞利散射值進行線性擬合，根據得到的線性方程式可將樣品的峰值換算成在不同電壓下的相應峰值。
【專利說明】不同光電倍增管電壓下三維光譜數據的峰值換算方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種不同光電倍增管電壓下三維光譜數據的峰值換算方法，該方法包括數值校正和峰值換算兩個步驟，巧妙應用水的散射值定量評估不同光電培增管功率，具有較好的創新性。可以快速、準確、高效的實現不同光電倍增管電壓下三維螢光譜圖峰值的換算。
【背景技術】
[0002]三維螢光光譜(亦稱總發光光譜或激發-發射圖)是20世紀80年代在螢光光譜分析的基礎上發展起來的一種分析新技術，它不僅可以提高測量靈敏度和對分子結構的選擇性，而且能夠更加全面地展現樣品的螢光信息，有利於綜合考察樣品的組分分布及構型變化特徵。因此三維螢光光譜分析技術得到了廣泛地研究和應用。三維螢光的三個維度是指螢光激發、發射波長和螢光強度，它表現的是螢光強度隨激發和發射波長同時變化的信息。一般獲取三維螢光數據的方法是在不同激發波長位置上連續掃描發射光譜，並利用各種繪圖軟體將其以等角三維螢光投影圖(Ex-Em-1f)或等高線光譜(Ex-Em)等形式圖像化表現。
[0003]對於螢光數據來說，一般在進行分析之前有相關的校準步驟，首先是進行儀器光譜性質的校正，這是由於儀器直接記錄的光譜(成為未校正光譜)受螢光光度計光源燈或探測器波長特性的影響，並不是螢光物質本身的真實光譜；接著是樣品吸收性能的校正(通常成為內部過濾效果)；但是通過前兩個步驟，螢光信號的強度並沒有得到校準，在相同情況下，譜峰的位置會受到儀器光電倍增管的影響，螢光信號的強度也非常依賴於光電倍增管電壓。然而最後的這個關鍵的校正步驟常被忽略。
[0004]目前基於不同光電倍增管電壓的螢光強度的校準方法研究非常少，有文獻提出使用水的拉曼峰面積(圖1中圓圈中橫坐標為400nm左右的峰)來校正(參見論文A.J.Lawaetzand C.A.Stedmon.J Applied Spectroscopy, 2009, 63 (8) 936-940),圖1 中的小圖是拉曼峰的放大圖，可以看到400nm處有眾多幹擾噪音，拉曼峰的具體位置難以準確判定，且譜圖在計算峰面積時受計算方法、曲線平滑方法的影響，誤差較高。
[0005]在進行大批量數據處理時，只有同一電壓下得到的數據才有比較的意義。而處理不同電壓數據時，數據的換算統一就尤為重要。
[0006]
【發明內容】
[0007]針對上述現有的所存在的問題和不足，本發明的目的在於提出一種在不同光電倍增管電壓下三維光譜數據的峰值換算方法，應用水的散射值定量評估不同光電培增管功率，可以快速、準確、高效的實現不同光電倍增管電壓下三維光譜數據的峰值換算。
[0008]為實現上述目的，本發明採用下述技術方案:一種不同光電倍增管電壓下三維螢光檢測的峰值換算方法，其特徵在於:包括數值矯正和峰值換算兩個步驟；
所述數值矯正步驟包括如下步驟: (1)設定三維螢光測定條件，其中光電倍增管電壓依次設為500V、650V、800V、900V，測定去離子水的激發-發射光譜，得到激發波長-發射波長-螢光強度的數據；測定螢光分析專用試劑硫酸奎寧溶液的激發-發射螢光光譜數據。
[0009](2)用硫酸奎寧溶液在相應電壓下相應波長範圍內的峰值與所述步驟(I)得到的數值進行線性擬合。
[0010](3)將樣品在已知電壓下的峰值與相同電壓下去離子水在激發波長Ex=發射波長Em=350nm處的瑞利散射值進行線性擬合；
(4)根據步驟(3)中所得的線性方程，求得其他電壓下樣品的峰值。
[0011]由於三維螢光光譜中存在的瑞利散射強烈的掩蔽了螢光信號，導致數據偏離三線性模型，因此上述步驟中在求得硫酸奎寧和樣品的三維螢光譜圖峰值時已扣除瑞利散射。
[0012]本發明方法根據不同電壓下待測溶液的三維螢光譜圖的峰值與相應電壓下去離子水在激發波長Ex=發射波長Em=350nm處的瑞利散射值的線性擬合結果可以判斷不同電壓下樣品三維螢光譜圖峰值的準確性，並用得到的線性方程式對數值進行校正。不同光電倍增管電壓下三維光譜數據的峰值數據可以直接讀取三維螢光光譜數據測定值，無需附加計算，方便快捷且準確度高。
[0013]本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點:
1、本發明首次提出應用水的散射值定量評估不同光電倍增管功率，具有創新性。
[0014]2、運用本方法進行數據處理時，可快速的進行不同電壓下的峰值換算，方便樣品在同一基準電壓下進行比較，準確度高於文獻中提出的面積積分法。
[0015]3、本方法中涉及的不同光電倍增管電壓下三維光譜數據的峰值數據可以直接讀取三維螢光光譜數據測定值，無需附加計算，方便快捷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為激發波長Ex=350nm時，500V、650V、800V和900V電壓下的去離子水的發射
波長-螢光強度圖。
[0017]圖2為不同電壓下螢光強度的校準圖。
[0018]圖3為不同電壓下同樣硫酸奎寧溶液的峰值圖。
[0019]圖4為進行峰值換算時，峰值與去離子水在Ex=Em=350nm處瑞利散射值的線性關係圖。
【具體實施方式】
[0020]本發明的優選實施例結合附圖詳述如下:
實施例一:
參見圖f圖4，本不同光電倍增管電壓下三維螢光譜數據的峰值換算方法，包括數值校正和峰值換算兩個步驟:
所述的數值校正步驟包括如下步驟:
Cl)設定三維螢光測定條件，其中光電倍增管電壓依次設為500V、650V、800V、900V，測定去離子水的激發-發射矩陣光譜，得到激發波長-發射波長-螢光強度的數據；
(2)用螢光分析專用試劑硫酸奎寧溶液在相應電壓下相應波長範圍內的峰值與所述步驟(I)中所得數據進行線性擬合。
[0021]所述的峰值換算步驟包括如下步驟:
(3)將樣品在已知電壓下的峰值與相同電壓下去離子水在激發波長Ex=發射波長Em=350nm處的瑞利散射值進行線性擬合；
(4)根據上述步驟(3)中所得的線性方程，求得其他電壓下樣品的峰值。
[0022]實施例二:
本實施例與實施例一基本相同，特別之處是:根據不同電壓下待測溶液的三維螢光譜圖的峰值與相應電壓下去尚子水在激發波長Ex=發射波長Em=350nm處瑞利散射值的線性擬合結果可以判斷不同電壓下樣品三維螢光譜圖峰值的準確性，並用得到的線性方程式對數值進行校正。不同光電倍增管電壓下三維光譜數據的峰值數據可以直接讀取三維螢光光譜數據測定值，無需附加計算，方便快捷且準確度高。
[0023]實施例三:
本實驗中螢光分析專用試劑硫酸奎寧溶液濃度為IX 10-7mol/L，所用樣品為水廠水樣，使用帶有IOmm石英螢光樣品池的高靈敏螢光分光光度計(上海稜光F97XP/F97Pro/F97，China)進行三維螢光激發-發射光譜(3DEEM)測定。激發光源為150W氙燈，帶寬:激髮帶寬為10nm，發射帶寬為IOnm ;響應時間:自動；掃描速度:15000nm/min ;激發波長範圍為Ex=200-700nm (間隔5nm)，發射波長範圍為Em=250_750nm (間隔5nm)，實驗按不同的光電倍增管電壓分為四組，分別為:500V、650V、800V和900V，每組先測去離子水，再進行樣品的測定，樣品測定前保持溫度恆定。所得的三維螢光譜圖以激發-發射螢光強度矩陣形式給出，在Matlab平臺上對數據進行相應處理。
[0024]根據去離子水的三維螢光圖譜，取瑞利散射區域激發波長Ex=350nm時，500V、650V、800V和900V電壓下的發射波長-螢光強度作圖，如圖1所示，Em=350nm時的瑞利散射值分別為0.41,8.46,68.77,209.5。相應電壓下，硫酸奎寧的峰值依次為:0.38,3.51、
29.35,87.72。將二者進行線性擬合，如圖2所示。圖中橫坐標分別為500V、650V、800V和900V電壓下去離子水在Ex=Em=350nm處的瑞利散射值，縱坐標為相應電壓下硫酸奎寧的峰值，二者線性相關，R2=0.9999。因此我們可以看出不同電壓下待測溶液的三維螢光譜圖的峰值與相應電壓下去離子水在Ex=Em=350nm處的數值具有很好的線性相關性。所以可以按照本方法判斷不同電壓下樣品三維螢光譜圖峰值的準確性，並用得到的線性方程式對數值進行校正。
[0025]本實驗中以自來水廠的水樣為例詳細說明換算方法。在某次水樣三維螢光檢測中電壓分別設定為500V，800V和900V，得到的峰值分別為:0.93，426和1332。由於在後期數據處理時，需換成換算成650V電壓下的峰值方可以與其它測定數據一道進行數據處理。從圖3可見，橫坐標為光電倍增管電壓，縱坐標為相應電壓下硫酸奎寧的峰值，可以看出光電倍增管電壓與相應峰值並無線性關係，我們無法直接通過電壓進行峰值的換算。然而通過上述校正我們已經很清楚不同電壓下樣品的峰值與相應電壓下去離子水在Ex=Em=350nm處的瑞利散射值具有很好的線性相關性，作圖4。圖中橫坐標分別為500V、800V和900V電壓下去離子水在Ex=Em=350nm處的瑞利散射值，縱坐標為相應電壓下樣品的峰值，二者線性相關，R2=0.9999，並得到了二者的線性方程式，將我們所需換算電壓下的去離子水在EX=Em=350nm處的數值代入方程中，得到該電壓下樣品的峰值為47.9，從而實現了不同光電倍增管電壓下三維螢光檢測的峰值換算。實驗中我們將樣品在650V電壓下進行了實際測定，得到的峰值為48.0，與我們求得的數值基本一致。故該方法具有很高的準確性，且方便、高效易操作。
【權利要求】
1.一種不同光電倍增管電壓下三維螢光譜數據的峰值換算方法，其特徵在於:包括數值校正和峰值換算兩個步驟: 所述的數值校正步驟包括如下步驟: (1)設定三維螢光測定條件，其中光電倍增管電壓依次設為500V、650V、800V、900V，測定去離子水的三維螢光光譜數據:激發波長-發射波長-螢光強度數據； (2)用螢光分析專用試劑硫酸奎寧溶液在相應電壓下相應波長範圍內的峰值與所述步驟(I)中所得數據進行線性擬合； 所述的峰值換算步驟包括如下步驟: (3)將樣品在已知電壓下的峰值與相同電壓下去離子水在激發波長Ex=發射波長Em=350nm處的瑞利散射值進行線性擬合； (4)根據所述步驟(3)中所得的線性方程，求得其他電壓下樣品的峰值。
2.如權利要求1所述的不同光電倍增管電壓下三維螢光譜數據的峰值換算方法，其特徵在於:根據不同電壓下待測溶液的三維螢光譜圖的峰值與相應電壓下去離子水在激發波長Ex=發射波長Em=350nm處瑞利散射值的線性擬合結果可以判斷不同電壓下樣品三維螢光譜圖峰值的準確性，並用得到的線性方程式對數值進行校正。
3.如權利要求2所述的不同光電倍增管電壓下三維螢光譜數據的峰值換算方法，其特徵在於:不同光電倍增管電壓下三維光譜數據的峰值數據可直接讀取三維螢光光譜數據測定值，無需附加計算，方便快捷且準確度高。
4.如權利要求1所述的不同光電倍增管電壓下三維光譜數據的峰值換算方法，其特徵在於:進行數據處理時，可快速的進行不同電壓下的峰值換算，方便樣品在同一電壓下進行比較，且準確度高。
【文檔編號】G01N21/64GK103954594SQ201310666446
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2013年12月11日 優先權日:2013年12月11日
【發明者】黃鑫, 劉佳, 盧寧, 劉爽, 劉茵, 張東, 黃怡 申請人:上海大學, 上海城市水資源開發利用國家工程中心有限公司