флюорометр
Флуориметр флуориметр , флуоресценции или флуорметр — прибор, используемый для измерения параметров спектра видимого : ее интенсивности и длины волны распределения спектра излучения после возбуждения определенным спектром света. [1] Эти параметры используются для определения присутствия и количества определенных молекул в среде. Современные флуориметры способны обнаруживать концентрации флуоресцентных молекул до 1 части на триллион.
Флуоресцентный анализ может быть на несколько порядков более чувствительным, чем другие методы. Приложения включают химию / биохимию , медицину , окружающей среды мониторинг . Например, их используют для измерения флуоресценции хлорофилла для изучения физиологии растений .
Компоненты и дизайн
[ редактировать ]
 |
Обычно во флуорометрах используется двойной луч. Эти два луча работают в тандеме, чтобы уменьшить шум, создаваемый колебаниями мощности излучения. Верхний луч проходит через фильтр или монохроматор и проходит через образец. Нижний луч проходит через аттенюатор и регулируется так, чтобы соответствовать мощности флуоресценции, излучаемой образцом. Свет флуоресценции образца и нижнего ослабленного луча детектируется отдельными преобразователями и преобразуется в электрический сигнал, который интерпретируется компьютерной системой.
Внутри аппарата датчик, который обнаруживает флуоресценцию, создаваемую верхним лучом, расположен на расстоянии от образца и под углом 90 градусов от падающего верхнего луча. Устройство сконструировано таким образом, чтобы уменьшить рассеянный свет от верхнего луча, который может попасть на детектор. Оптимальный угол – 90 градусов.Существует два разных подхода к выбору падающего света, которые уступают место флуорометрам разных типов. Если для выбора длины волны света используются фильтры, прибор называется флуорометром. Хотя в спектрофлуориметре обычно используются два монохроматора, в некоторых спектрофлуориметрах может использоваться один фильтр и один монохроматор. Где в данном случае широкополосный фильтр снижает рассеянный свет, в том числе от нежелательных порядков дифракции дифракционной решетки в монохроматоре.
Источники света для флуорометров часто зависят от типа тестируемого образца. Одним из наиболее распространенных источников света для флуорометров является ртутная лампа низкого давления . Это обеспечивает множество длин волн возбуждения, что делает его наиболее универсальным. Однако эта лампа не является постоянным источником излучения. Ксеноновая дуговая лампа используется, когда необходим непрерывный источник излучения. Оба этих источника обеспечивают подходящий спектр ультрафиолетового света, который вызывает хемилюминесценцию . Это лишь два из многих возможных источников света. [ нужна ссылка ]
Кюветы из стекла и кварца часто представляют собой сосуды, в которые помещают пробу. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы не оставлять отпечатков пальцев или каких-либо других следов на внешней стороне кюветы, поскольку это может вызвать нежелательную флуоресценцию. Растворители «спектрального класса», такие как метанол, иногда используются для очистки поверхностей сосудов, чтобы свести к минимуму эти проблемы.
Использование
[ редактировать ]Молочная промышленность
[ редактировать ]Флуориметрия широко используется в молочной промышленности для проверки пастеризации успешности . Это делается с использованием реагента, который гидролизуется до флуорофора и фосфорной кислоты щелочной фосфатазой молока. [2] Если пастеризация прошла успешно, щелочная фосфатаза будет полностью денатурирована и образец не будет флуоресцировать. Это работает, потому что болезнетворные микроорганизмы в молоке уничтожаются при любой термической обработке, которая денатурирует щелочную фосфатазу. [3] [4]
Флуоресцентные анализы необходимы производителям молока в Великобритании, чтобы доказать успешную пастеризацию. [5] поэтому все молочные фермы Великобритании оснащены флуориметрическим оборудованием.
Агрегация белков и обнаружение TSE
[ редактировать ]Тиофлавины — это красители, используемые для гистологического окрашивания и биофизических исследований агрегации белков. [6] Например, тиофлавин Т используется в методе RT-QuIC для обнаружения трансмиссивной губчатой энцефалопатии, вызывающей неправильно свернутые прионы .
Океанография
[ редактировать ]
Флуорометры широко используются в океанографии для измерения концентрации хлорофилла на основе флуоресценции хлорофилла пигментами клеток фитопланктона . Флуоресценция хлорофилла — широко используемый показатель количества (биомассы) микроскопических водорослей в воде. В лаборатории после отбора проб воды исследователи извлекают пигменты из фильтра, на котором есть клетки фитопланктона, а затем измеряют флуоресценцию экстракта с помощью настольного флуорометра в темной комнате. [7] Чтобы напрямую измерить флуоресценцию хлорофилла «in situ» (в воде), исследователи используют инструменты, предназначенные для оптического измерения флуоресценции (например, зонды с прикрепленными дополнительными электронными оптическими датчиками). Оптические датчики излучают синий свет, возбуждая пигменты фитопланктона и заставляя их флуоресцировать или излучать красный свет. Датчик измеряет эту индуцированную флуоресценцию, измеряя красный свет как напряжение, и прибор сохраняет его в файл данных. Сигнал напряжения датчика преобразуется в концентрацию с помощью калибровочной кривой в лаборатории с использованием красителей красного цвета, таких как Родамин , стандартов, таких как флуоресцеин, или живых культур фитопланктона. [8]
Флуоресценция хлорофилла океана измеряется на исследовательских судах, небольших лодках, буях, доках и пирсах по всему миру. Флуорометрические измерения используются для картирования концентраций хлорофилла в поддержку дистанционного зондирования цвета океана . Специальные флуорометры для океанских вод могут измерять свойства, выходящие за рамки общего количества флуоресценции, такие как квантовый выход фотохимии , время флуоресценции и флуоресценция клеток при воздействии увеличивающегося количества света. [9] Аквакультурные предприятия, такие как рыбные фермы, используют флуорометры для измерения наличия пищи для животных, питающихся фильтром, таких как мидии. [10] и обнаружить начало вредоносного цветения водорослей (ВЦВ) и/или « красных приливов » (не обязательно одно и то же). [11]
Молекулярная биология
[ редактировать ]Флуорометры можно использовать для определения концентрации нуклеиновой кислоты в образце. [12]
Типы флуорометров
[ редактировать ]Существует два основных типа флуорометров: флуорометры с фильтром и спектрофлуориметры. Разница между ними заключается в том, как они выбирают длины волн падающего света; в фильтр-флуорометрах используются фильтры, а в спектрофлуориметрах используются решетчатые монохроматоры. Флуорометры с фильтром часто приобретаются или изготавливаются по более низкой цене, но они менее чувствительны и имеют меньшее разрешение, чем спектрофлуориметры. Флуорометры с фильтрами также способны работать только на длинах волн имеющихся фильтров, тогда как монохроматоры, как правило, свободно перестраиваются в относительно широком диапазоне. Потенциальный недостаток монохроматоров возникает из-за того же свойства, поскольку монохроматор допускает неправильную калибровку или неправильную настройку, тогда как длина волны фильтров фиксирована при изготовлении.
См. также
[ редактировать ]- Флуоресцентная спектроскопия , для более полного обсуждения приборов.
- Флуоресценция хлорофилла для изучения экофизиологии растений.
- Встроенный флюорометр для измерения газообмена и флуоресценции хлорофилла листьев.
- Радиометр для измерения различного электромагнитного излучения.
- Спектрометр для анализа спектра электромагнитного излучения.
- Скаттерометр для измерения рассеянного излучения.
- Микрофлуориметрия для измерения флуоресценции на микроскопическом уровне.
- Интерференционный фильтр , тонкопленочные фильтры, работающие за счет оптических помех, показывающий, как их можно настроить в некоторых случаях.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Флуоресцентная спектрофотометрия» . Энциклопедия наук о жизни . Macmillan Publishers Ltd. 2002.
- ^ Лэнгридж, Э. В. Определение активности фосфатазы . ООО Менеджмент Качества . Проверено 20 декабря 2013 г.
- ^ Кей, Х. (1935). «Некоторые результаты применения простого теста эффективности пастеризации». Ланцет . 225 (5835): 1516–1518. дои : 10.1016/S0140-6736(01)12532-8 .
- ^ Хой, Вашингтон; Нив, ФК (1937). «Тест на фосфатазу для эффективной пастеризации». Ланцет . 230 (5949): 595. doi : 10.1016/S0140-6736(00)83378-4 .
- ^ BS EN ISO 11816-1: 2013.
- ^ Бьянкалана М., Койде С. (июль 2010 г.). «Молекулярный механизм связывания тиофлавина-Т с амилоидными фибриллами» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Белки и протеомика . 1804 (7): 1405–12. дои : 10.1016/j.bbapap.2010.04.001 . ПМК 2880406 . ПМИД 20399286 .
- ^ Холм-Хансен, Осмунд; Лоренцен, Карл Дж.; Холмс, Роберт В.; Стрикленд, Джон Д.Х. (1965). «Флуорометрическое определение хлорофилла». Журнал морских наук ICES . 30 (1): 3–15. дои : 10.1093/icesjms/30.1.3 .
- ^ Эрп, Алан (2011). «Обзор флуоресцентных стандартов для калибровки флуорометров in situ: рекомендации, применяемые в программах наблюдений за прибрежными районами и океаном». Оптика Экспресс . 19 (27): 26768–26782. дои : 10.1364/OE.19.026768 . hdl : 10453/18163 . ПМИД 22274260 .
- ^ Фальковски, Пол Г.; Линь, Ханжи; Горбунов Максим Юрьевич (14 августа 2017 г.). «Что ограничивает эффективность фотосинтетического преобразования энергии в природе? Уроки океана» . Философские труды Королевского общества B: Биологические науки . 372 (1730). Королевское общество: 20160376. doi : 10.1098/rstb.2016.0376 . ISSN 0962-8436 . ПМК 5566876 . ПМИД 28808095 .
- ^ Огилви, Шон С.; Росс, Алекс Х.; Шил, Дэвид Р. (2000). «Биомасса фитопланктона, связанная с фермами по выращиванию мидий в заливе Беатрикс, Новая Зеландия». Аквакультура . 181 (1–2): 71–80. дои : 10.1016/S0044-8486(99)00219-7 .
- ^ Андерсон, Дональд М.; Андерсон, Пер; Брицель, В. Моника; Каллен, Джон Дж.; Ренсел, Дж. Э. Джек (2001). Стратегии мониторинга и управления вредоносным цветением водорослей в прибрежных водах, АТЭС № 201-MR-01.1 (PDF) . Париж: Азиатско-Тихоокеанская экономическая программа, Сингапур и Техническая серия Межправительственной океанографической комиссии № 59.
- ^ Месарош, Ева (2021). «Определить концентрацию и чистоту нуклеиновых кислот» . ИНТЕГРА Бионауки .