熒光法測量有機物殘留的基本理論

物理學中的熒光

　　熒光是一種發光形式。發光是指在原子或分子激發后發光。在光子發射(光)的情況下，它被稱為光致發光。

　　熒光機理如圖1所示。為了激發熒光，采用紫外光源照射測試表面。表面上的污染物吸收高能量輻射(1)。 受光子激發，電子達到更高的能級(2)激發態。激發的分子與其環境碰撞并釋放一小部分吸收的能量(3)。剩余能量作為發射(4)進行釋放，并且電子從激發態返回到其最初狀態。發射的光子能量較低，因此釋放長波(5)。這種能量差異稱為“Stokes shift 斯托克斯位移”。

　　熒光向各個方向進行擴散發射(如來自點光源)，并在納秒(10 ^-9 秒)后消失。光漂白性可使熒光特征消失。

Fluorophore 熒光團

　　熒光團是指分子內的一個官能團，由于存在許多π-系統，能夠吸收特定波長的能量并重新發射另一個波長的能量。

　　在π-系統中，兩個原子通過雙鍵連接，這意味著兩個原子各自為鍵提供兩對電子。那些電子很容易受到熒光的激發。發射的熒光輻射的波長和數量取決于熒光團，其數量和化學環境。

　　熒光素，一種重要的熒光染料，如圖2所示。熒光素含有許多雙鍵，因此顯示出明顯的熒光。

　　熒光團的熒光效率的特征在于量子產率Q.它指定吸收能量的強度的哪一部分可以作為光子發射。

污染物的熒光反應

　　間接生產材料的熒光主要是基于作為添加劑的芳香族環體系，進而基于油脂的不飽和結構。羧酸及其酯以及脂族酮發出熒光。

　　通過熒光測量法可以檢測到非常少量的殘留污染物，甚至可檢測到由少于2%的皮脂組成的指紋。優化具有365nm和460nm的SITA熒光傳感器(圖3中標記為紫色和藍色)的激發和檢測波長實現檢測工業制造中零部件的清潔度。其中可檢測到的污染物包括冷卻劑和切割潤滑劑，潤滑油，防銹油和脫模劑等。

　　根據測量設備和污染物或涂層，可以檢測到10 mg /m²和潤滑膜至10 g /m²或更高的殘留量。

　　圖三展示了三種不同加工油的熒光光譜。

三種不同油的發射光譜(excitation 激發 365 nm)

基材熒光反應

　　金屬和許多陶瓷表面不激發熒光。根據雜質離子，基質和處理熒光可以在玻璃上進行。由于有機分子的復雜結構，所以紙張、紡織品或塑料等其他材料會產生十分強烈熒光反應。

熒光傳感器及測量原理

　　德國SITA Messtechnik GmbH公司是工業應用中檢測表面熒光測量設備的先進供應商。高度集成的光電傳感器設計使用高功率UV LED燈和透鏡來完成表面的準確高強度照射。發射的輻射被光學過濾，靈敏檢測器確定其強度。基于評估模型，在可受控制的激發功率和環境光水平下，將原始檢測器的信號轉換為標準化的測量值，實現量化數值。測量值是由專有無機固態熒光參考標準定義的特定單位RFU (Relative Fluorescence Unit相對熒光單位) 規定相對熒光強度。

SITA表面清潔度儀