材料視界 | 使用二維、三維同步熒光光譜法在環境監測、石油勘探中油品鑒別應用
同步熒光光譜是***種非常實用的工具，能夠為諸如原油及其餾分等熒光化合物的復雜混合物生成***個簡化的“指紋”。這項技術為淡水或海水中的環境樣品分析工作提供了***種快捷的方法，能夠幫助識別樣品中的油品種類，確定或排除疑似污染源。這項技術也可用在鉆井液碳氫化合物的勘探工作中，對鉆井液中的油品特征進行分辨。
同步熒光光譜法
同步熒光光譜法需要同時使用兩個單色器對樣品進行掃描，且兩個單色器之間的差值保持恒定。這***差值可以是波長—恒定波長差同步發光*（CWSL），也可以是能量（頻率—cm-1）—恒定能量差同步發光*（CESL）。后者的優勢在于能夠“抹除”與熒光恒定能量差的假象（例如拉曼光譜帶），從而給出***個“更干凈的”二維光譜。
三維同步光譜
可以生成***個同步光譜的三維矩陣，用X軸表示激發光單色器的波長，Y軸表示熒光強度，Z軸則根據采用的同步模式，表示波長（nm）或頻率（cm-1）的增量（δ）值。
對于原油及其蒸餾物而言，這項技術比常規的三維熒光光譜要強大得多。在三維熒光光譜中，發射光譜（或激發光譜）通過增加固定波長（構成Z軸的部分）被整合進三維矩陣中。 對于油類而言，其激發波長均在280 nm左右，因此很難利用三維熒光光譜圖進行精確識別。
三維熒光光譜的另***個特征是“波脊”，在波脊處，兩個單色器色儀處于相同波長（或波長的倍數）。
樣品制備
油品易溶于己烷、環己烷這類溶劑，***般采用這類溶劑溶解樣品，并使用石英熒光比色皿（四邊透明）進行測定。出于對波長范圍和耐溶劑性的考慮，***次性比色皿在這里并不適用。
對于含水樣品，可通過溶劑將樣品萃取到環己烷中。 對于純品，應考慮使用環己烷將樣品稀釋30000倍。
應使用高純度溶劑，因為其它等***的溶劑往往含有芳烴類雜質，這些雜質也會發出熒光。為了使讀數落在儀器的量程內，可能需要對溶液的濃度進行調整。
測量
三維同步光譜可使用FL 6500（脈沖氙燈）和FL 8500（150 W連續氙燈）兩種型號測定。
FL 8500的靈敏度較高，掃描速度快。 FL 6500的***高掃描速度為24,000 nm/min，FL 8500為60,000 nm/min。本實驗中使用的是FL 6500。 掃描的光譜介于220 nm和450 nm 之間（按照激發光單色器確定的值），波長差從5 nm開始，步進為2 nm。激發光和發射光所用的狹縫寬度均為5 nm。
結果和討論
共有三個樣品以恒定波長差同步發光三維光譜方式測定——航空燃油（煤油）、燃油、科威特原油，其結果如下所示。二維同步譜已針對***高峰位的波長差進行優化，并在各個數據組的***右下角予以顯示。
圖1.航空燃油（煤油）環己烷溶液的二維、三維恒定波長差同步發光光譜。（點擊查看大圖）
圖2.燃油環己烷溶液的二維、三維恒定波長差同步發光光譜。（點擊查看大圖）
圖3.原油環己烷溶液的二維、三維恒定波長差同步發光光譜。請注意三維特征位置相較于成品油發生的偏移。（點擊查看大圖）
結論 二維、三維同步熒光圖為石油泄漏情況下石油樣品特征的測定提供了簡便、快捷的方法。這項技術也可用在石油勘探領域中對鉆井液進行分析，也可對其它含有復雜混合物類的樣品（包括多環芳香族碳氫化合物）和藥材進行測定。FL 6500和FL 8500儀器都是此類分析的理想之選。FL 8500的掃描速度較快，因此特別適合用于高通量樣品的實驗室。
（*）請注意 本文中發光指光致發光——可以是熒光（單重激發態）或磷光（三重激發態），這兩種情況下的激發態均通過儀器的激發單色器所發出的單色光產生。此處“發光”不是指化學或生化激發的發光。同步光譜法無法用于化學發光或生物發光及其衍生物的測定。
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