RU2303254C2 - Mode of simultaneous luminescent definition of concentration of several compounds using difference in times of fading - Google Patents
Mode of simultaneous luminescent definition of concentration of several compounds using difference in times of fading Download PDFInfo
- Publication number
- RU2303254C2 RU2303254C2 RU2005122095/28A RU2005122095A RU2303254C2 RU 2303254 C2 RU2303254 C2 RU 2303254C2 RU 2005122095/28 A RU2005122095/28 A RU 2005122095/28A RU 2005122095 A RU2005122095 A RU 2005122095A RU 2303254 C2 RU2303254 C2 RU 2303254C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- luminescence
- sample
- concentration
- delay
- strobe
- Prior art date
Links
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 15
- 238000005562 fading Methods 0.000 title abstract 3
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 claims abstract description 64
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 238000000695 excitation spectrum Methods 0.000 claims description 9
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 12
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 8
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 6
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000003018 immunoassay Methods 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N thallium Chemical compound [Tl] BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 5
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- -1 terbium ions Chemical class 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 3
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- OGPBJKLSAFTDLK-UHFFFAOYSA-N europium atom Chemical compound [Eu] OGPBJKLSAFTDLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QWTDNUCVQCZILF-UHFFFAOYSA-N isopentane Chemical compound CCC(C)C QWTDNUCVQCZILF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 2
- 241000819038 Chichester Species 0.000 description 1
- 150000001217 Terbium Chemical class 0.000 description 1
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JDIBGQFKXXXXPN-UHFFFAOYSA-N bismuth(3+) Chemical compound [Bi+3] JDIBGQFKXXXXPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- AFABGHUZZDYHJO-UHFFFAOYSA-N dimethyl butane Natural products CCCC(C)C AFABGHUZZDYHJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 description 1
- 229940088597 hormone Drugs 0.000 description 1
- 239000005556 hormone Substances 0.000 description 1
- 238000010185 immunofluorescence analysis Methods 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 229910021644 lanthanide ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 1
- 239000006193 liquid solution Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 1
- 150000004032 porphyrins Chemical class 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- ZLUSCZLCHQSJRU-UHFFFAOYSA-N thallium(1+) Chemical compound [Tl+] ZLUSCZLCHQSJRU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 description 1
- 231100000701 toxic element Toxicity 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к люминесцентным методам анализа, которые являются одними из самых чувствительных методов. Они позволяют обнаруживать наличие многих токсичных люминесцирующих примесей на уровне ПДК, определять микроконцентрации вредных примесей в сверхчистых материалах, широко применяются с использованием различных люминесцентных меток в иммуноанализе в медицине и биологии.The invention relates to luminescent analysis methods, which are some of the most sensitive methods. They make it possible to detect the presence of many toxic luminescent impurities at the MPC level, to determine the microconcentrations of harmful impurities in ultrapure materials, and are widely used using various luminescent labels in immunoassays in medicine and biology.
Известен способ люминесцентного анализа, применяемый в иммуноанализе, который позволяет за счет использования в качестве люминесцентных меток комплексы ионов европия или тербия, обладающих длительностью люминесценции порядка сотен микросекунд, повысить чувствительность определения ряда белков гормонов и др. В этом методе используется тот факт, что большинство люминесцирующих органических примесей, создающих паразитный фон люминесценции, который снижает чувствительность определения флуоресцирующих меток в иммуноанализе, имеют при комнатной температуре короткое время затухания свечения. Поэтому, заменяя в метках флуоресцирующие красители, длительность свечения которых составляет менее 20 нс, на комплексы европия и тербия, обладающие люминесценцией с длительностью сотни микросекунд, и, фиксируя только длительное свечение ионов редкоземельных элементов, удается повысить чувствительность метода на порядок. (Флуоресцентный иммуноанализ с временным разрешением. Д.Д.Р.Барнард, Д.Л.Уильяме, А.К.Пейтон, Г.П.Шах. С.150-167 в кн. Новые методы иммуноанализа. Ред. У.П.Коллинз. М.: Мир. 1991. перевод Complementary immunoassays. Ed. W.P. Collins. J. Wiley&Sons, Chichester - N.Y., 1988).The known method of luminescent analysis used in immunoassay, which allows using europium or terbium ions with luminescence durations of the order of hundreds of microseconds to be used as luminescent labels, increases the sensitivity of determining a number of hormone proteins, etc. This method uses the fact that most luminescent organic impurities that create a parasitic background of luminescence, which reduces the sensitivity of the determination of fluorescent labels in immunoassay, have room temperature a short decay time of the glow. Therefore, replacing the fluorescent dyes in the labels, whose luminescence duration is less than 20 ns, with europium and terbium complexes having luminescence with a duration of hundreds of microseconds, and fixing only a long luminescence of rare earth ions, it is possible to increase the sensitivity of the method by an order of magnitude. (Time-resolved fluorescence immunoassay. D.D.R.Barnard, D.L.William, A.K. Peyton, G.P. Shah. Pp. 150-167 in the book. New methods of immunoassay. Ed. U.P. Collins, M .: Mir. 1991. translation of Complementary immunoassays. Ed. WP Collins. J. Wiley & Sons, Chichester - NY, 1988).
Наиболее близким к предлагаемому способу техническим решением является изобретение SU 1755130 А1. Способ определения металлов. Способ заключается в том, что в исследуемую водяную пробу, содержащую определяемые металлы, добавляют натриевую соль порфирина и путем кипячения проводят синтез комплексов порфиринов с определяемыми металлами. Добавление в пробу поверхностно-активных веществ и удаление из пробы растворенного кислорода обеспечивает регистрацию длительной люминесценции полученных металлопорфиринов и кинетику ее затухания. О наличии искомого металла в пробе судят по характеристическим спектрам возбуждения и длительной люминесценции соответствующих металлопорфиринов.Closest to the proposed method, the technical solution is the invention SU 1755130 A1. The method for determining metals. The method consists in adding the porphyrin sodium salt to the test water sample containing the metals being determined and synthesizing complexes of porphyrins with the metals being determined by boiling. Adding surfactants to the sample and removing dissolved oxygen from the sample ensures registration of the long-term luminescence of the obtained metalloporphyrins and the kinetics of its attenuation. The presence of the desired metal in the sample is judged by the characteristic spectra of excitation and long-term luminescence of the corresponding metalloporphyrins.
В предлагаемом способе можно осуществить одновременное определение нескольких химических люминесцирующих соединений в пробе или нескольких соединений, помеченных различными люминесцирующими метками, если они имеют различные времена затухания свечения, с помощью спектрофлуориметра с импульсным частотным возбуждением, позволяющим измерять интенсивность люминесценции с определенной регулируемой задержкой во времени после импульса возбуждающего света и регулируемой длительностью строба, в течение которого интегрируется сигнал люминесценции. Длительность затухания люминесценции определяемых соединений и люминесцирующих меток, кроме одного соединения или метки, должна быть больше чем длительность импульса возбуждающей лампы в спектрофлуориметре и временного разрешения регистрирующей системы в нем. Такой способ позволяет существенно увеличить точность одновременного определения нескольких соединений, если они имеют различные времена затухания люминесценции, по сравнению с измерениями только спектров люминесценции и возбуждения на спектрофлуориметрах с непрерывным источником возбуждения. В качестве наиболее универсальной среды для проведения измерений удобнее всего использовать твердые растворы при низкой температуре, для чего можно брать либо водный раствор, загрязненный токсичными соединениями, либо исследуемую пробу растворять в одном из следующих растворителей: вода, этанол, толуол, изопентан. Полученные растворы замораживают. В этих условиях у большого количества органических соединений и комплексов металлов наблюдается люминесценция различной длительности (флуоресценция с длительностью от сотен пикосекунд до сотен наносекунд, фосфоресценция и замедленная флуоресценция с длительностью от микросекунд до десятков секунд, люминесценция комплексов переходных металлов и лантанидов с длительностью от микросекунд до миллисекунд). В случае использования в иммунофлуоресцентном анализе комплексов ионов лантанидов Eu(III), Tb(III), Dy(III), Sm(III) можно работать в жидких растворах, поскольку длительности свечения комплексов с указанными ионами составляют десятки и сотни микросекунд.In the proposed method, it is possible to carry out the simultaneous determination of several chemical luminescent compounds in a sample or several compounds labeled with different luminescent labels, if they have different decay times, using a pulsed frequency excitation spectrofluorimeter that allows you to measure the luminescence intensity with a certain adjustable time delay after the pulse exciting light and adjustable strobe duration during which the lumine signal is integrated inescence. The luminescence decay duration of the compounds and luminescent labels being determined, except for one compound or label, should be longer than the pulse duration of the exciting lamp in the spectrofluorimeter and the time resolution of the recording system in it. This method can significantly increase the accuracy of the simultaneous determination of several compounds if they have different luminescence decay times, compared with measurements of only the luminescence and excitation spectra on spectrofluorimeters with a continuous excitation source. It is most convenient to use solid solutions at low temperatures as the most versatile measurement environment, for which you can either take an aqueous solution contaminated with toxic compounds, or dissolve the test sample in one of the following solvents: water, ethanol, toluene, isopentane. The resulting solutions are frozen. Under these conditions, a large number of organic compounds and metal complexes exhibit luminescence of various durations (fluorescence with a duration of hundreds of picoseconds to hundreds of nanoseconds, phosphorescence and delayed fluorescence with a duration of microseconds to tens of seconds, luminescence of complexes of transition metals and lanthanides with a duration of microseconds to milliseconds ) If the complexes of lanthanide ions Eu (III), Tb (III), Dy (III), Sm (III) are used in immunofluorescence analysis, it is possible to work in liquid solutions, since the duration of the luminescence of the complexes with these ions is tens or hundreds of microseconds.
См. справочники: Landolt-Bömstein. Zahlewerte und Funktion aus Naturwissenschaften und Technik. Neue Serie. Band 3. Lumineszenz organischer Substanzen. Springer Verlag. Berlin - N.Y. 1967.See references: Landolt-Bömstein. Zahlewerte und Funktion aus Naturwissenschaften und Technik. Neue Serie.
St. L. Murov. Handbook of Photochemistry. Sec. 3. Marcel Dekker, Inc. New York. 1973.St. L. Murov. Handbook of Photochemistry. Sec. 3. Marcel Dekker, Inc. New York 1973.
И обзорные статьи: P.D.Fleischauer, P. Fleischauer. Photoluminescence of transition metal coordination compounds. Chem. Rev., 1970. V.70. No 2. P.199-230.And review articles: P.D. Fleischauer, P. Fleischauer. Photoluminescence of transition metal coordination compounds. Chem. Rev. 1970. V.70.
В.Л.Ермолаев, Е.Б.Свешникова, Е.Н.Бодунов. Индуктивно-резонансный механизм безызлучательных переходов в ионах и молекулах в конденсированной фазе. Успехи физ. наук. 1996. Т.166. №3. С.279-302.V.L. Ermolaev, E.B.Sveshnikova, E.N.Bodunov. Inductive-resonant mechanism of non-radiative transitions in ions and molecules in the condensed phase. Success physical. sciences. 1996.V. 166.
Следует отметить, что чем больше различие во временах затухания определяемых веществ при сопоставимых квантовых выходах люминесценции, тем точнее будут измерения. Точность измерений также будет зависеть от того, насколько далеко на хвосте более длительного свечения можно проводить измерения в зависимости от соотношения сигнал шум.It should be noted that the larger the difference in the decay times of the analytes for comparable luminescence quantum yields, the more accurate the measurements. The accuracy of the measurements will also depend on how far on the tail of a longer glow you can take measurements depending on the signal-to-noise ratio.
При двухкратной разнице во временах затухания τ двух измеряемых веществ (первое вещество τ1, второе вещество τ2), одинаковых квантовых выходах их люминесценции, совпадающих спектрах люминесценции и поглощения, при длительности строба измерения до точки пересечения кривых затухания люминесценции обеих веществ - 1.368τ1 соотношение измеряемых сигналов первого и второго (τ2=2τ1) будет 0.75 к 0.5. После точки пересечения 0.25 к 0.5. Соответственно, при задержке в 5τ1 соотношение интенсивностей будет до 5τ1 0.9933 к 0.918, а после 0.0067 к 0.082, т.е. более чем десятикратное. В случае же заметного различия в спектрах поглощения (возбуждения) и люминесценции точность измерений будет выше.With a twofold difference in the decay times τ of two measured substances (first substance τ 1 , second substance τ 2 ), identical quantum yields of their luminescence, coinciding luminescence and absorption spectra, with a measurement gate duration to the intersection of the luminescence decay curves of both substances - 1.368τ 1 the ratio of the measured signals of the first and second (τ 2 = 2τ 1 ) will be 0.75 to 0.5. After the intersection point, 0.25 to 0.5. Accordingly, with a delay of 5τ 1, the ratio of intensities will be up to 5τ 1 0.9933 to 0.918, and after 0.0067 to 0.082, i.e. more than tenfold. In the case of a noticeable difference in the absorption (excitation) and luminescence spectra, the measurement accuracy will be higher.
Спектрофлуориметры, в которых возбуждение люминесценции осуществляется импульсным источником (лампой или лазером) в частотном режиме, выпускаются рядом фирм. В частности, такой прибор разработан и выпускается в России фирмой OOO «ЛЮМЭКС» под маркой ФЛЮОРАТ-Т. В нем в качестве источника возбуждения используется импульсная лампа с длительностью около одной микросекунды и частотой повторения 25 Гц. Излучение импульсной лампы выделяется монохроматором и направляется на объект для возбуждения. Излучение люминесценции также регистрируется через монохроматор. Прибор позволяет осуществлять задержку регистрации сигнала после импульса возбуждения и регулировать длительность строба, в течение которого интегрируется сигнал люминесценции. Используя такую систему по нашему методу можно с высокой точностью разделять сигналы люминесценции от веществ, время затухания свечения которых заметно отличается, а квантовый выход люминесценции соизмерим. Дополнительные возможности по разделению многокомпонентной смеси создает наличие монохроматоров, позволяющих оптимизировать возбуждение и регистрацию каждого люминесцирующего компонента смеси.Spectrofluorimeters in which luminescence is excited by a pulsed source (lamp or laser) in the frequency mode are produced by a number of companies. In particular, such a device was developed and manufactured in Russia by the company LUMEX LLC under the brand FLUORAT-T. It uses a flash lamp with a duration of about one microsecond and a repetition rate of 25 Hz as an excitation source. The radiation from a flash lamp is emitted by a monochromator and sent to an object for excitation. Luminescence radiation is also detected through a monochromator. The device allows you to delay the registration of the signal after the excitation pulse and to control the duration of the strobe, during which the luminescence signal is integrated. Using such a system, according to our method, it is possible to accurately separate luminescence signals from substances whose luminescence decay time is noticeably different, and the quantum yield of luminescence is comparable. Additional possibilities for the separation of a multicomponent mixture are created by the presence of monochromators, which optimize the excitation and registration of each luminescent component of the mixture.
Измерения на спектрофлуориметрах ФЛЮОРАТ-Т проще всего проводить при температуре жидкого азота (77 К), когда многие органические соединения и комплексы металлов обладают не только коротко живущей флуоресценцией, но и фосфоресценцией, длительность которой больше длительности источника возбуждения ~1 мкс в указанных спектрофлуориметрах. Длительность строба, интегрирующего сигнал люминесценции, ограничивается частотой повторения импульсов в спектрофлуориметрах (в ФЛЮОРАТЕ-Т 25 Гц). Экспериментальное подтверждение заявленного способа выполнено следующим образом. На аппаратуре фирмы ЛЮМЭКС, состоящей из спектрофлуориметра ФЛЮОРАТ-Т и криоприставки КРИО-2, соединенной со спектрофлуориметром по волоконно-оптической линии связи, при замораживании пробы до температуры жидкого азота были проведены по описанному выше методу одновременные измерения концентрации трех токсичных ионов тяжелых металлов в водном растворе 6 М соляной кислоты. Ионы токсичных тяжелых металлов шестого периода таблицы Менделеева таллия (I), свинца (II) и висмута (III) в присутствии высокой концентрации анионов хлора образуют в воде комплексы, которые люминесцируют с высоким квантовым выходом при температуре жидкого азота, и имеют времена затухания люминесценции, различающиеся на три порядка, что мы и использовали для селективного определения их концентрации в одной пробе наряду с использованием разницы в спектральных характеристиках люминесценции объектов. Данные о положении максимумов полос поглощения и испускания люминесценции, квантовых выходах люминесценции и о временах ее затухания для указанных ионов в 6 М растворе соляной кислоты в воде собраны в таблице 1.The measurements on FLUORAT-T spectrofluorimeters are most easily carried out at a liquid nitrogen temperature (77 K), when many organic compounds and metal complexes possess not only short-lived fluorescence, but also phosphorescence, the duration of which is longer than the excitation source duration of ~ 1 μs in the indicated spectrofluorimeters. The duration of the strobe integrating the luminescence signal is limited by the pulse repetition rate in spectrofluorimeters (in FLUORATE-T 25 Hz). Experimental confirmation of the claimed method is as follows. Using LUMEX equipment, consisting of a FLUORAT-T spectrofluorimeter and a CRIO-2 cryo-attachment connected to a spectrofluorimeter via a fiber-optic communication line, when the sample was frozen to liquid nitrogen temperature, the concentration of three toxic heavy metal ions in aqueous was simultaneously measured using the method described above a solution of 6 M hydrochloric acid. Ions of toxic heavy metals of the sixth period of the periodic table of thallium (I), lead (II) and bismuth (III) in the presence of a high concentration of chlorine anions form complexes in water that luminesce with a high quantum yield at liquid nitrogen temperature and have luminescence decay times, differing by three orders of magnitude, which we used to selectively determine their concentration in one sample along with using the difference in the spectral characteristics of the luminescence of objects. Data on the position of the maxima of the absorption and emission bands of luminescence, the quantum yields of luminescence, and the decay times for these ions in a 6 M solution of hydrochloric acid in water are collected in table 1.
На фиг.1 приведены измеренные спектры поглощения при комнатной температуре и люминесценции, как при комнатной температуре, так и при температуре жидкого азота (77К) трех указанных ионов в 6 М водном растворе соляной кислоты.Figure 1 shows the measured absorption spectra at room temperature and luminescence, both at room temperature and at a temperature of liquid nitrogen (77K) of these three ions in a 6 M aqueous hydrochloric acid solution.
Из фиг.1 видно, что спектр поглощения таллия заметно перекрывается со спектром висмута, а спектры люминесценции всех трех исследуемых ионов в воде при низкой температуре налагаются друг на друга. Использование задержки по времени и различной длительности строба наблюдения позволяет надежно разделить свечение всех трех токсичных ионов.Figure 1 shows that the absorption spectrum of thallium noticeably overlaps with the spectrum of bismuth, and the luminescence spectra of all three studied ions in water at a low temperature are superimposed. The use of a delay in time and different durations of the observation strobe makes it possible to reliably separate the glow of all three toxic ions.
Расчеты при предположении об одинаковом количестве квантов, поглощенных каждым из ионов, показали, что при интегрировании сигнала с помощью задержки и длительности строба наблюдения в интервале от 0 до 5 мкс фиксируется 95% суммарного излучения таллия и вносится погрешность от свинца около 4%, погрешность от излучения висмута порядка 0.1%. В следующем временном интервале от 5 до 200 мкс измеряется сигнал люминесценции свинца, при этом погрешность, вносимая люминесценцией таллия, составляет около 5%, а люминесценцией висмута около 3%. Чтобы корректно с точностью около 5% измерить люминесценцию висмута, необходимо интегрировать сигнал в интервале от 200 мкс до 10 мс, что даст погрешность за счет свинца около 5%.The calculations, assuming the same number of quanta absorbed by each of the ions, showed that when integrating the signal using the delay and the strobe duration in the range from 0 to 5 μs, 95% of the total thallium radiation is recorded and an error from lead of about 4% is introduced, the error from bismuth radiation of the order of 0.1%. In the next time interval from 5 to 200 μs, the lead luminescence signal is measured, while the error introduced by the luminescence of thallium is about 5%, and the bismuth luminescence is about 3%. In order to correctly measure bismuth luminescence with an accuracy of about 5%, it is necessary to integrate the signal in the range from 200 μs to 10 ms, which will give an error due to lead of about 5%.
Для демонстрации возможности реализации предложенного метода был измерен образец водного раствора с 6 М соляной кислоты, содержащего все три токсичных иона: таллий в концентрации 10-3 мг/см3, свинец в концентрации 3·10-5 мг/см3 и висмут в концентрации 10-4 мг/см3. Поскольку висмут и свинец люминесцируют с высоким выходом только при температуре жидкого азота, измерения проводились с помощью приставки Крио - 2 разработки OOO «ЛЮМЭКС», в которой возбуждение и регистрация люминесценции осуществляется через кварцевые волоконные жгуты. Условия возбуждения и наблюдения люминесценции в данной криоприставке таковы, что это соответствует условиям возбуждения люминесценции в тонком оптическом слое, поэтому спектры возбуждения не искажаются даже при наблюдении раствора высокой концентрации. Отсюда следует, что высота пика в спектре возбуждения люминесценции каждого из трех ионов после корректировки на чувствительность прибора пропорциональна его концентрации. Спектры возбуждения люминесценции ионов таллия измерены при длине волны наблюдения 390 нм, задержке 1.1 мкс и длине строба наблюдения 3.5 мкс, спектр возбуждения люминесценции свинца измерен при длине волны наблюдения 390 нм с задержкой регистрации 50 мкс и длительностью строба наблюдения 80 мкс. Спектр возбуждения люминесценции висмута снят при наблюдении на длине волны люминесценции 417 нм с задержкой 1 мс и длительностью строба наблюдения 6 мс. Полученные результаты приведены на фиг.2. Из полученных данных следует, что спектры возбуждения, снятые на приборе ФЛЮОРАТ - Т для смешанного раствора, аналогичны измеренным в предыдущих измерениях на других приборах для растворов индивидуальных соединений, а чувствительность одновременного определения свинца и висмута в этих условиях превышают установленные в России ПДК в 3-5 раз, в то время как для таллия чувствительность метода не достигает ПДК на 1-1.5 порядка. Таким образом, продемонстрирована возможность осуществления одновременного аналитического люминесцентного определения трех токсичных элементов, используя разницу в длительности их люминесценции.To demonstrate the feasibility of the proposed method, a sample of an aqueous solution with 6 M hydrochloric acid containing all three toxic ions was measured: thallium at a concentration of 10 -3 mg / cm 3 , lead at a concentration of 3 · 10 -5 mg / cm 3 and bismuth in a concentration 10 -4 mg / cm 3 . Since bismuth and lead luminesce with high yield only at liquid nitrogen temperature, the measurements were carried out using the Cryo - 2 attachment developed by LUMEX LLC, in which luminescence was excited and recorded through quartz fiber bundles. The conditions for the excitation and observation of luminescence in this cryogenic device are such that it corresponds to the conditions for the excitation of luminescence in a thin optical layer; therefore, the excitation spectra are not distorted even when a solution of high concentration is observed. It follows that the peak height in the luminescence excitation spectrum of each of the three ions after adjustment for the sensitivity of the device is proportional to its concentration. The luminescence excitation spectra of thallium ions were measured at an observation wavelength of 390 nm, a delay of 1.1 μs, and an observation strobe length of 3.5 μs; the lead luminescence excitation spectrum was measured at an observation wavelength of 390 nm with a registration delay of 50 μs and an observation strobe length of 80 μs. The excitation spectrum of bismuth luminescence was recorded when observing at a luminescence wavelength of 417 nm with a delay of 1 ms and an observation strobe duration of 6 ms. The results are shown in figure 2. From the data obtained it follows that the excitation spectra recorded on the FLUORAT-T device for a mixed solution are similar to those measured in previous measurements on other devices for solutions of individual compounds, and the sensitivity of the simultaneous determination of lead and bismuth under these conditions exceeds the MPC established in Russia by 3- 5 times, while for thallium, the sensitivity of the method does not reach the MPC by 1-1.5 orders of magnitude. Thus, the possibility of simultaneous analytical luminescence determination of three toxic elements using the difference in their luminescence duration has been demonstrated.
Проверка надежности идентификации анализируемых ионов возможна с помощью измерения спектров люминесценции и возбуждения при различных временах задержки и длительности строба измерения.The verification of the reliability of identification of the analyzed ions is possible by measuring the luminescence and excitation spectra at various delay times and strobe times.
На основе данного частного случая применения предлагаемого в заявке способа возможна разработка новых ускоренных методов обнаружения тяжелых металлов в воде для мониторинга питьевой воды, воды естественных источников и стоков, загрязненных промышленными отходами.Based on this particular case of application of the method proposed in the application, it is possible to develop new accelerated methods for detecting heavy metals in water for monitoring drinking water, water from natural sources and effluents contaminated with industrial waste.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005122095/28A RU2303254C2 (en) | 2005-07-12 | 2005-07-12 | Mode of simultaneous luminescent definition of concentration of several compounds using difference in times of fading |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005122095/28A RU2303254C2 (en) | 2005-07-12 | 2005-07-12 | Mode of simultaneous luminescent definition of concentration of several compounds using difference in times of fading |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2303254C2 true RU2303254C2 (en) | 2007-07-20 |
Family
ID=38431271
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005122095/28A RU2303254C2 (en) | 2005-07-12 | 2005-07-12 | Mode of simultaneous luminescent definition of concentration of several compounds using difference in times of fading |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2303254C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2435157C1 (en) * | 2010-05-11 | 2011-11-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина" | Method of investigating luminescent properties of material with spatial micro- or nano-scale resolution |
| RU2537165C1 (en) * | 2013-05-30 | 2014-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова" | Microspectral method for assessing efficacy of pharmacotherapy accompanying early treatment of avian klebsiella with antibacterial preparations |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1755130A1 (en) * | 1990-06-01 | 1992-08-15 | Всесоюзный научно-исследовательский институт биологического приборостроения | Metal detection method |
| RU2009505C1 (en) * | 1992-02-04 | 1994-03-15 | Государственный научно-исследовательский институт биологического приборостроения | Method of luminescent immunoanalysis |
| RU98106620A (en) * | 1998-04-07 | 2000-02-10 | В.К. Ляпидевский | METHOD FOR LABELING AND IDENTIFICATION OF OBJECTS |
| US20040007675A1 (en) * | 2001-04-16 | 2004-01-15 | Gregory Gillispie | Multi-dimensional fluorescence apparatus and method for rapid and highly sensitive quantitative analysis of mixtures |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2189578C2 (en) * | 1998-04-07 | 2002-09-20 | Ляпидевский Виктор Константинович | Method of marking and identification of objects |
-
2005
- 2005-07-12 RU RU2005122095/28A patent/RU2303254C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1755130A1 (en) * | 1990-06-01 | 1992-08-15 | Всесоюзный научно-исследовательский институт биологического приборостроения | Metal detection method |
| RU2009505C1 (en) * | 1992-02-04 | 1994-03-15 | Государственный научно-исследовательский институт биологического приборостроения | Method of luminescent immunoanalysis |
| RU98106620A (en) * | 1998-04-07 | 2000-02-10 | В.К. Ляпидевский | METHOD FOR LABELING AND IDENTIFICATION OF OBJECTS |
| US20040007675A1 (en) * | 2001-04-16 | 2004-01-15 | Gregory Gillispie | Multi-dimensional fluorescence apparatus and method for rapid and highly sensitive quantitative analysis of mixtures |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2435157C1 (en) * | 2010-05-11 | 2011-11-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина" | Method of investigating luminescent properties of material with spatial micro- or nano-scale resolution |
| RU2537165C1 (en) * | 2013-05-30 | 2014-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова" | Microspectral method for assessing efficacy of pharmacotherapy accompanying early treatment of avian klebsiella with antibacterial preparations |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bozkurt et al. | A novel pyrazoline-based fluorometric “turn-off” sensing for Hg2+ | |
| US7345759B2 (en) | Method and device for the measurement of chemical and/or biological samples | |
| Lis | Luminescence spectroscopy of lanthanide (III) ions in solution | |
| US6303386B2 (en) | Optical temperature sensors and optical-chemical sensors with optical temperature compensation | |
| Saini et al. | Green synthesis of fluorescent N, O-chelating hydrazone Schiff base for multi-analyte sensing in Cu2+, F− and CN− ions | |
| Sutariya et al. | Fluorescence switch on–off–on receptor constructed of quinoline allied calix [4] arene for selective recognition of Cu 2+ from blood serum and F− from industrial waste water | |
| Bozlee et al. | Remote Raman and fluorescence studies of mineral samples | |
| Szmacinski et al. | Sodium green as a potential probe for intracellular sodium imaging based on fluorescence lifetime | |
| Zhang et al. | Toward sensitive determination of ammonium in field: A novel fluorescent probe, 4, 5-dimethoxyphthalaldehyde along with a hand-held portable laser diode fluorometer | |
| US9612245B2 (en) | Multiple-pulse pumping for enhanced fluorescence detection and molecular imaging in cells and tissue | |
| Singhal et al. | A semi quantitative visual probe for fluoride ion sensing in aqueous medium | |
| WO2007061574A2 (en) | Room temperature phosphorescence apparatus and methods | |
| Sendor et al. | One dimensional energy transfer in lanthanoid picolinates. Correlation of structure and spectroscopy | |
| WO2006125855A1 (en) | Correction method and measurement device for anti-stokes photoluminescence measurement | |
| Pinheiro et al. | From yellow to pink using a fluorimetric and colorimetric pyrene derivative and mercury (II) ions | |
| Kopelman et al. | One-dimensional exciton fusion kinetics in dilute polymer blends | |
| Fron et al. | Photoinduced electron-transfer in perylenediimide triphenylamine-based dendrimers: single photon timing and femtosecond transient absorption spectroscopy | |
| Sutariya et al. | A pyrenyl linked calix [4] arene fluorescence probe for recognition of ferric and phosphate ions | |
| RU2303254C2 (en) | Mode of simultaneous luminescent definition of concentration of several compounds using difference in times of fading | |
| JP2004157018A (en) | Sensitivity calibration method for fluorescence detection device and fluorescence detection device | |
| ES2922128T3 (en) | Highly selective and sensitive detection of 2,4,6-trinitrotoluene by fluorescence enhancement by UV-induced photoreaction with anions | |
| Penzkofer | Phosphorescence quantum yield determination with time-gated fluorimeter and Tb (III)-acetylacetonate as luminescence reference | |
| CA2541075A1 (en) | Homogeneous time-resolved energy transfer assay | |
| Thiagarajan et al. | Fluorescent sensing of anions with acridinedione based neutral PET chemosensor | |
| WO2001009605A1 (en) | Background suppression in fluorometry |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080713 |