光谱分析技术在生命科学中的应用

光谱分析技术在生命科学中的应用第一页，共一百三十三页，2022年，8月28日

10181016

101410121010108106104f/Hz

10-1010-810-610-410-2100102104λ/m微波紫外线红外线可见光电磁波谱无线电波X射线γ射线第二页，共一百三十三页，2022年，8月28日Isotope-samenumberofprotonsasatomicnumberbutdifferentnumberofneutronsprotons 6 6 666neutrons

4 5 678protons+neutronsAtomicnumber=protons什么是同位素？第三页，共一百三十三页，2022年，8月28日

Isotopescaneitherbestableorunstableinnature.

Imbalancesbetweenthenumberofprotonsandneutronsinthenucleuscreateunstableisotopes.

Unstableisotopesundergorearrangementstobecomestablethroughaprocesstermednucleardecay.

-Nucleardecayresultsintheemissionof kineticenergyintheformofradiation.

Unstableisotopesarecalledradioisotopesor

radionuclides.什么是放射性同位素？第四页，共一百三十三页，2022年，8月28日AlphaParticle(a)-

•highenergy

•positivelycharged•largeparticle(composedoftwoneutrons&twoprotons)

•lowpenetration.•monoenergic-energyrangefrom2000-8000keV(2-8MeV).

BetaParticle(b)-

•lowtomediumenergy•positive(positron)ornegativecharge(betanegatron).

•penetratemuchfurtherthana,duetosmallersize

•continuumofenergy-resultsinanenergyspectrum rangingfrom0to2000keV.

GammaRay(g)-

•highenergy,electromagneticradiation(ray,notaparticle).

核衰变第五页，共一百三十三页，2022年，8月28日IsotopeEnergy(keV)Emission125I35

g(7%),c(113%)

57Co122&136

g(86%)51Cr320

g(10%),b(90%)137Cs662

g(85%),b(15%)58Co810

g(100%)Thehighertheenergyofthegammaparticle,thefurtheritcanpenetratetheNaIcrystal.Therefore,Packardofferseithera2’or3’crystalinthesingledetectormodels.GammaEmittersCommonlyUsed核衰变第六页，共一百三十三页，2022年，8月28日1.

Heat

2.Ionization

3.TransferofEnergyThroughCollisionswithotherMolecules!(i.e.cocktail)thispropertyisusedinscintillationcountingtodetectradionuclidedecay能量吸收的三种形式第七页，共一百三十三页，2022年，8月28日

放射性同位素发出的射线与物质相互作用，会直接或间接地产生电离和激发等效应，利用这些效应，可以探测放射性的存在、放射性同位素的性质和强度。用来记录各种射线的数目，测量射线强度，分析射线能量的仪器统称为探测器（probe）。放射性测量第八页，共一百三十三页，2022年，8月28日一般将探测器分为两大类：一是“径迹型”探测器，如照像乳胶、云室、气泡室、火花室、电介质粒子探测器和光色探测器等，它们主要用于高能粒子物理研究领域。二是“信号型”探测器，包括电离计数器，正比计数器，盖革计数管，闪烁计数器，半导体计数器和契伦科夫计数器等，这些信号型探测器在低能核物理、辐射化学、生物学、生物化学和分子生物学以及地质学等领域越来越得到广泛地应用，尤其是闪烁计数器是生物化学和分子生物学研究中的必备仪器之一。放射性测量的仪器和方法第九页，共一百三十三页，2022年，8月28日一、闪烁型探测器第十页，共一百三十三页，2022年，8月28日闪烁型探测器由闪烁体，光电倍增管，电源和放大器－分析器－定标器系统组成，现代闪烁探测器往往配备有计算机系统来处理测量结果。当射线通过闪烁体时，闪烁体被射线电离、激发，并发出一定波长的光，这些光子射到光电倍增管的光阴极上发生光电效应而释放出电子，电子流经电倍增管多级阴极线路逐级放大后成为电脉冲，输入电子线路部分，而后由定标器记录下来。光阴极产生的电子数量与照射到它上面的光子数量成正比例，即放射性同位素的量越多，在闪烁体上引起闪光次数就越多，从而仪器记录的脉冲次数就越多。测量的结果可用计数率，即射线每分钟的计数次数（简写为cpm）表示，现代计数装置通常可以同时给出衰变率，即射线每分钟的衰变次数（简写dpm）、计数效率（E）、测量误差等数据。闪烁探测器是近几年来发展较快，应用最广泛的核探测器，它的核心结构之一是闪烁体。闪烁体在很大程度上决定了一台计数器的质量。探测原理第十一页，共一百三十三页，2022年，8月28日闪烁体是一类能吸收能量，并能在大约一微秒或更短的时间内把所吸收的一部分能量以光的形式再发射出来的物质。闪烁体分为无机闪烁体和有机闪烁体两大类，闪烁体必需具备的性能是：对自身发射的光子应是高度透明的。闪烁体吸收它自己发射的一部分光子所占的比例随闪烁材料而变化。无机闪烁体[如Nal（Tl）,ZnS（Ag）]几乎是100％透明的，有机闪烁体（如蒽，塑料闪烁体，液体闪烁体）一般来说透明性较差。现在常使用的几种闪烁体是：⑴无机晶体，主要是含杂质或不含杂质的碱金属碘化物；⑵有机晶体，都是未取代的或取代的芳香碳氢化合物；⑶液态的有机溶液，即液体闪烁体；⑷塑料溶液中的有机溶液，即固溶闪烁体。闪烁体第十二页，共一百三十三页，2022年，8月28日

它是闪烁探测器的最重要部件之一。其组成成份是光阴极和倍增电极，光阴极的作用是将闪烁体的光信号转换成电信号，倍增电极则充当一个放大倍数大于106的放大器，光阴极上产生的电子经加速作用飞到倍增电极上，每个倍增电极上均发生电子的倍增现象，倍增极的培增系数与所加电压成正比例，所以光电倍增管的供电电源必须非常稳定，保证倍增系数的变化最小，在没有入射的射线时，光电倍增管自身由于热发射而产生的电子倍增称为暗电流。用光电倍增管探测低能核辐射时，必须减小暗电流。保持测量空间环境内较低的室温，是减小光电倍增管暗电流的有效方法。光电倍增管第十三页，共一百三十三页，2022年，8月28日PhotonsPhoto-CathodeDiodesPhoto-ElectronsSecondaryElectronsAPMTisalineardevice,thereforetheoutputisdirectlyproportionaltothenumberofphotonsstrikingthephoto-cathode.APMTamplifieslightflashesover10,000,000times!光电倍增管PhotomultiplierTube(PMT)第十四页，共一百三十三页，2022年，8月28日二、晶体闪烁计数（crystalscintillationcounting）第十五页，共一百三十三页，2022年，8月28日γ射线不同于α和β粒子，它类似于光和其它电磁辐射，在与物质作用时不直接产生电离，而是按下述三种机制之一被吸收：光电效应，康谱顿效应和生成电子对。探测原理第十六页，共一百三十三页，2022年，8月28日

在光电效应中，每个光子将保持它的全部能量直到与吸收物质内原子的一个轨道电子相互作用为止。在此过程中，光子把全部能量给予电子，电子以高速度射出，光子就不再存在，发射出的电子称为光电子，光电子按β粒子同样的方式，将其能量电离，其它原子则消耗掉。

探测原理第十七页，共一百三十三页，2022年，8月28日

在康普顿效应中，能量为hv的入射γ光子，与吸收物质内原子的一个轨道电子相互作用。在该过程中，光子把它的能量给予轨道电子，使电子射出，随后带有较小能量hv‘的光子按能量和动量两者都守恒的形式被“散射”。射出的电子称为反冲电子，又叫康普顿电子。康普顿电子象光电效应中的情况一样，按与β粒子相同的方式消散它的能量，散射光子进一步通过光电或康普顿过程被吸收。探测原理第十八页，共一百三十三页，2022年，8月28日

电子对生成时，某些入射光子能量按照爱因斯坦方程转化为质量：E＝mc2，式中E为er（乐格）表示的能量，m为以g表示的质量，c为光速，以cm／s为单位，入射的γ光子在吸收物质的一个原子的核场中以一种未知的方式湮灭，随后产生两个粒子，一个负电子和一个正电子，正电子只存在一个很短的时间，一旦它减慢，它就被吸收物质中的一个电子所中和，这一湮灭过程导致一对γ光子的产生，其每一个光子能量为0.51MeV,最终通过光电效应/康普顿效应吸收。探测原理第十九页，共一百三十三页，2022年，8月28日

γ射线由于没有质量，具有很强的穿透性，而且最易被高电子密度的物质所吸收，如铅。具有高原子序数Z的原子直接与高电子密度有关。就探测器而言，某些无机盐能有效地吸收γ光子，发射出强度正比于所吸收γ射线能量的光子。例如，铊激活的碘化钠，由于碘原子的原子序数Z高，并且有较高的密度（比重3.67），而且每吸收单位能量的光子产额高，晶体的光透性也好，用来探测γ射线，效率较高。探测原理第二十页，共一百三十三页，2022年，8月28日一个供探测γ光子用的固体晶体装置包括一个“密闭的”铊激活碘化钠晶体，安放在光电倍增管的表面上。“密闭的”晶体上是一块固态圆筒状的铊激活碘化钠，其顶部和四周都是用铝层包裹以避免光和湿气，因为碘化钠晶体易吸潮，为改善反射性，碘化钠晶体用一玻璃片密封，并同光电倍增管的表面直接接触，其间加些硅油以达到光学匹配，整个装置是不透光的。γ射线易于穿透晶体外表的铝层，然后被高效的晶体所吸收，晶体发射出其能量与入射γ射能量成比例的可见光。接着，光电倍增管将可见光能量转换为电脉冲，各种能量转换过程（即从γ光子发射直到产生一个电脉冲）成比例的性质，以及γ光子的吸收性质，保证γ放射性同位素可通过晶体闪烁得以计数，并定量。晶体γ计数器通常设计成既能有效地探测光电效应，又能有效地探测康普顿效应。探测原理第二十一页，共一百三十三页，2022年，8月28日*GammaCounterLIGHTBismuthgermanate-BGOYttriumsilicateNucleardecay SolidScintillant(beta,gamma) SodiumIodide*-NaI固体闪烁计数第二十二页，共一百三十三页，2022年，8月28日NaICrystalgI-125PMTlightMCAPMT=Photomultipliertubedetectsandamplifies,finallyconvertinglightintoananalogsignalADC=AnalogtodigitalconverterchangessignaltoanumberMCA=MultichannelanalyzercategorizespulsesbasedonintensityNaIcrystal=SodiumiodidecrystalconvertsnucleardecayenergyintolightADCg计数原理第二十三页，共一百三十三页，2022年，8月28日Aretherereasonstochooseonedetectortypeoveranother?Through-holeWell-typePMTNaIPMTNaI探测技术第二十四页，共一百三十三页，2022年，8月28日

但探测效应随着光子能量的增大而减小，对于大多数市售γ计数器所用碘化钠晶体的尺寸来说，光电效应在低光子能量，例如在低于400keV时占主要地位，而在1MeV附近即以康普顿效应为主。在这两种能量之间，两种效应几乎以相等的频率发生，由于所用的晶体尺寸较小，难以探测到电子对的生成。另外，在塑料溶剂（如聚乙烯甲苯）中加入闪烁体（如POPOP或TP），做成片状，可用来探测能量较高的β射线，如32P放出的1.71MeV的高能量β射线。最早使用的硫化锌晶体较薄，内含微量的银作为激活剂，可用来探测α射线。探测技术第二十五页，共一百三十三页，2022年，8月28日

各种γ射线放射性同位素都有其特征的光电峰，利用特征光电峰，可对各种γ射线放射性同位素进行定性和鉴别。对各种样品的γ射线计数测量是将测得的计数率与总放射性强度或标准源的计数率进行比较，可以算出样品放射性占总放射性或标准源的百分比，从而获得样品放射性强度。探测技术第二十六页，共一百三十三页，2022年，8月28日

晶体闪烁计数器现在基本都做成井型或圆柱型，用碘化钠（铊）作为闪烁体，探测γ射线，所以又把探测γ射线的晶体闪烁计数器称为γ计数器（γ－counter）。探测技术第二十七页，共一百三十三页，2022年，8月28日液体闪烁计数所用的闪烁体是液态，即将闪烁体溶解在适当的溶液中，配制成为闪烁液，并将待测放射性物质放在闪烁液中进行测量。应用液体闪烁计数可达到4π立体角的优越几何测量条件，而且源的自吸收也可以忽略，对于能量低、射程短、易被空气和其它物质吸收的α射线和低能β射线（如3H和14C），有较高的探测效率，液体闪烁计数器是α射线和低能β射线的首选测量仪器。液体闪烁计数（Liquifdscintillationcounting）第二十八页，共一百三十三页，2022年，8月28日闪烁液产生光子的过程是，从放射源发出的射线能量，首先被溶剂分子吸收，使溶剂分子激发。这种激发能量在溶剂内传播时，即传递给闪烁体（溶质），引起闪烁体分子的激发，当闪烁体分子回到基态时就发射出光子，该光子透过透明的闪烁液及样品的瓶壁，被光电倍增管的光阴极接收，继而产生光电子并通过光电倍增管的倍增管的倍增极放大，然后被阳极接收形成电脉冲，完成了放射能→光能→电能的转换。探测机理第二十九页，共一百三十三页，2022年，8月28日ScintillationCocktailisrequiredfordetection3S’s=Solvent,OrganicScintillator,andSurfactantsolventorganicscintillatorNucleardecay(alpha,beta,gamma)

LIGHT液体闪烁计数第三十页，共一百三十三页，2022年，8月28日

液体闪烁计数系统作用的闪烁溶液，是指闪烁瓶中除放射性被测样品之外的其它组分，主要是有机溶剂和溶质（闪烁体），有时为了样品的制备或提高计数效率的需要，还加入其它添加剂。

闪烁液第三十一页，共一百三十三页，2022年，8月28日一般认为，烷基苯是最好的溶剂，如甲苯，二甲苯。此外，苯甲醚也是比较好的溶剂。另外，对于含水量较多的样品，采用1，4－二氧六环作为溶剂，因为该有机化合物的极性较大，既能很好地溶解闪烁体又可溶解含水量较多的样品，能改善计数效率，缺点是价格昂贵，冰点高，久放后产生淬灭作用很强的过氧化物，必须经纯化才能使用，并应加入0.001％的二乙基二硫代氨基甲酸钠或丁基氢氧基甲苯（BHT），以抑制纯化的二氧六环变质。溶剂在闪烁溶液中约占99％，因此，它的纯度对闪烁液的品质是很大的影响因素。溶剂中不发光的杂质、氧和水的含量多少，都关系到淬灭程度。原则上讲，溶剂应具有闪烁纯，即不含或很少含有影响闪烁计数的淬灭成分。实际证明，“分析纯”试剂可以不经纯化而直接使用。溶剂第三十二页，共一百三十三页，2022年，8月28日在液体闪烁计数系统中，闪烁体又称荧光体，是闪烁液的溶质，种类很多，根据其荧光特性及作用，可分为两类，即第一闪烁体和第二闪烁体。

闪烁体第三十三页，共一百三十三页，2022年，8月28日①第一闪烁体：（初级闪烁体）：常用的第一闪烁体：对联三苯（TP），它是最早使用的闪烁体之一。它的计数率高，价格比较便宜，但是，在低温或含水溶液中的溶解度不高。2,5-二苯恶唑（PPO）：它是目前普遍使用的闪烁体，能很好地溶解在常用的溶剂中，在含水的情况下也是如此，在甲苯中的溶解度达200克／升以上。它的化学性质稳定，价格也较便宜。但是，它的最大缺点是有明显的浓度淬灭（自身淬灭），即随着PPO在溶剂中的浓度升高，计数效率下降。2-苯基-5-（4-二苯基）-1,3,4恶唑（PBD）：它是已知的最有效的闪烁体之一。比PPO能耐受浓度淬灭，但是，它的溶解度低，尤其是在低温和含水样品存在时，溶解度下降更快，而且用量比PPO多两倍，价格昂贵。2-（4-t-丁基苯基）-5-（4-二苯基）-1,3,4,恶二唑（丁基-PBD）：它的溶解度比PBD高，其最大优点是对化学淬灭和颜色淬灭不敏感，因此，可以获得较高的计数效率。闪烁体第三十四页，共一百三十三页，2022年，8月28日②第二闪烁体（次级闪烁体）：第二闪烁体的主要功能是吸收第一闪烁体发射的光子后，再在较长的波段上重新发射出荧光来，并能增加光子的产额。在高浓度下第二闪烁体起着一部分与第一闪烁体相同的作用（即接受激发溶剂分子的退激能量，并发出荧光），此外，它还能与淬灭因子竞争，从而减少了第一闪烁体被淬灭的程度。在下列一种或一种以上的情况下，必须在闪烁液中加入第二闪烁体：a.样品中含有直接淬灭第一闪烁体的化合物；b.第一闪烁体浓度太高而引起强烈的自身淬灭，且发射的光谱范围与光电倍增管光阴极不匹配；c.计数器的光电倍增管光阴极对于较长波长的光谱响应比较好；d.测量的样品在近紫外区有明显的吸收。闪烁体第三十五页，共一百三十三页，2022年，8月28日常用的第二闪烁体1,4,双2（5苯基恶唑）苯（POPOP）：它的溶解度小，在甲苯系统为1.2克／升，在二氧六环中为1.5克／升。溶解速度慢，通常需加热促其溶解，它是目前普遍使用的第二闪烁体。1,4双2（4-甲基-5-苯基恶唑基）-苯（DMPOPOP）：它的溶解度比POPOP大，在甲苯系列内为2.3克／升，在二氧六环内是0.8克／升，溶解速度也快，但没有POPOP的计数效率高，且需要较高的使用浓度。对-双（0-甲基苯乙稀基）苯双-MSB）2-（4‘-二联苯基）-6-苯基苯并恶唑（PBBO）

闪烁体第三十六页，共一百三十三页，2022年，8月28日

几种常用的初级闪烁体的荧光波长在3460－3800埃之间，而Cs-sb型光阴极的最大光谱响应波长为4000埃左右。因此，对于Cs-Sb材料的光阴极，仅用初级闪烁体不能很好地进行能量转移，计数效率很低，加入次级闪烁体后发射光谱波长增加到4180－4300埃，使其与Cs-Sb型光阴极的光谱响应得到改善，能量转移较好，计数效率提高。Cs-K-Sb型是双碱型光电倍增管，它的最大光谱响应波长比Cs-Sb型短。因此，不用次级闪烁体也可以有较好的计数效率。但是，考虑到次级体和其它功用，通常在实际工作中，往往都要使用次级闪烁体。闪烁液中除了溶剂，闪烁体之外，有时还添加一些其它成分。为了增加闪烁液对含水样品的溶解能力，需加入助溶剂（甲醇，乙醇，乙二醇乙醚）；为了改善计数效率，则加入抗淬灭剂（萘）。闪烁体第三十七页，共一百三十三页，2022年，8月28日

在液体闪烁计数中引用非常灵敏的光电倍增管，对于探测穿透力低的α射线和低能量的β射线（如3H，14C等）是极为重要的。使用一个光电倍增管的单光电倍增管液体闪烁计数器，由于倍增管的热噪声及样品受光照射后发出的磷光，会有较高的本底计数，探测效率也较低。使用两个性能指标大致相同的光电倍增管，并和符合电路相连接，做成双管符合型液体闪烁计数器，符合电路只能通过由两只倍增管同时产生的信号，因而只有当两只光电倍增管在符合电路分辩时间内同时观察到的信号才被记录下来，而由热噪声或磷光产生的随机脉冲则被扣除掉，有效地降低仪器本底，提高了探测效率，系统探测效率可在50％以上。探测装置第三十八页，共一百三十三页，2022年，8月28日

在液体闪烁计数系统中，光电倍增管阳极形成脉冲电压的大小，与阳极一次收集的电子数成线性关系。在光电倍增管放大倍数不变的情况下（取决于高压的稳定性），光阴极产生的光电子越多，最后到达阳极的电子数也越多，而光电子数取决于光子数。在正常情况下，闪烁剂分子释放的光子数与放射性同位素衰变时产生的β射线能量成正比关系。由于放射能在传递和能量转换途中，或多或少地要发生能量消耗，因此，放射能和发射的光子数之间近似地成线性关系。这说明液体闪烁计能够作能谱研究，以分析不同能量的放射性同位素，达到定性目的。例如，3H、14C双标记样品，可通过双道液体闪烁计数器同时测定。阳极在单位时间内产生脉冲电压的数量，与闪烁瓶内放射性同位素的多少以及同位素衰变率成线性关系，与样品内的放射性强度成正比，这是液体闪烁测量的定量基础。例如，在知道液体闪烁计数器探测效率的前提下，通过对某种放射性样品进行测定，可以求得该样品中的放射性强度为多少微居里或多少贝柯勒尔。光电倍增管第三十九页，共一百三十三页，2022年，8月28日

液体闪烁计数器特点之一是能作双同位素分析，配备两个或三个以上独立的脉冲高度分析器的多道装置，并具有脉冲相加和线性门装置，在每种同位素的最佳计数条件下同时测量它们，就能区分发射不同能量的同位素，假定有一个含有3H和14C的样品，我们将仪器中脉冲高度分析器多道装置中的道1调3H的平衡点（最佳工作条件），道2调在14c的平衡点。3Ｈ和14Ｃ标准样品溶解的在同样的溶剂中，并采用与实验样品相同的闪烁体，首先测量空白样品，然后对实验样品和标准样品进行计数。

为了使双标记测量获得成功，两种放射性同位素的β谱必须要有足够的差异来满足脉冲高度分析所要求的分离。在两种同位素能谱过于接近的情况下，例如14Ｃ和35Ｓ，必须首先对它们进行同位素的化学分离，然后再分别计数。在双标记测量中，较常用的成对同位素有3H和14C、3H和35S、3H和32P及14C和32P等。总之，在双同位素标记的测量中，要满足下述两个条件：第一，较高能量的同位素尽量能够在不受较低能量同位素干扰的条件下进行计数；第二，选择一个最佳条件，以对双标记样品中较低能量的同位素能进行计数。双标记同位素测量的应用第四十页，共一百三十三页，2022年，8月28日流体闪烁测量的样品制备是很重要的操作，操作的成功与否。直接影响到计数效率。样品制备方法的选择要考虑以下四个因素：⑴所测样品的物理和化学特性，决定所用闪烁液类型和决定是否需要将样品转化为更适于测量的形式；⑵样品所含的同位素的种类，对于含3H的样品要更加注意；⑶预计的放射性水平，在样品的放射性强度低时，要求的制备方法比较严格；⑷制备过程的经济和方便，尤其在样品数量多的更为重要。其一般原则是必须使所制备的样品的放射性，能在一个短的测量时间达到适当的统计学准度，最关键的是要求样品制备过程中，尽可能地减少“淬灭”因素。液体闪烁计数样品的制备第四十一页，共一百三十三页，2022年，8月28日⑴均相样品的制备⑵非均相样品的制备①乳状液计数②悬浮液测量③支持物测量液体闪烁计数样品的制备第四十二页，共一百三十三页，2022年，8月28日放射能量在测量瓶内的传递和转换过程越顺利，测量效率越高。但事实上，影响能量传递过程顺序进行的因素很多，它的每一环节存在着对能量的争夺过程，使得放射能减少，甚至发生能量传递的中断，导致测量效率下降，这种现象称为液体闪烁计数的淬灭。造成淬灭的因素很多，按淬灭性质归纳起来，有下列三种类型。⑴化学淬灭⑵颜色淬灭

⑶光子淬灭（局部淬灭）

液体闪烁计数中的淬灭作用第四十三页，共一百三十三页，2022年，8月28日Cobra：5002/5003/5005/5010Riastar：5405/5410/5420PackardGammaCounters–Models第四十四页，共一百三十三页，2022年，8月28日单探头系统

50022英寸探头-对于实验室的中、低能量核素的用户，推荐使用。

50033英寸探头-推荐给同位素能量大于300keV客户使用。多探头系统

5005/50105和10探头系统，能量检测范围更小Cobras自动系统第四十五页，共一百三十三页，2022年，8月28日

5405,5410,5420

1.5”井式探头

5,10或者20探头选择-推荐给低通量的临床实验室RiaStar手动系统第四十六页，共一百三十三页，2022年，8月28日

1470/1480

1,2,5,10探头Wizard全自动或者手动第四十七页，共一百三十三页，2022年，8月28日0FeatureDetectortypeSampletransportDetectordiameterDisplaySamples/cassetteBasicautoQC/IPA#ofdetectorsEnergyrangeShieldingbetweendetectorsEfficiency(137Cs)Cobra5002Cobra5005/10Wizard1470Through-holeThrough-holeWell-type2”x2”1.5”x1.5”1.25”x2”15or101,2,5or10N/ALead(18mm)Lead(7mm)15-2000keV15-1000keV15-900keV42.9%32.6%8.3%Elevator-upElevator-upCherrypicker15151014”SVGA14”SVGA9”monoCGAStandardStandardAvailableCobra和Wizard的比较第四十八页，共一百三十三页，2022年，8月28日1FeatureDetectortypeViewsamplesincassettesDetectordiameterCalibrationsourceSampleholderrequiredBasicautoQC/IPACountingregionsEfficiency(137Cs)Cobra5002Cobra5003Wizard1480Through-holeThrough-holeWell-type2”x2”3”x3”3”x3”33242.9%62.2%47.0%NoNoYes137Cs137Cs129IStandardStandardAvailableYesYesNoProcessorPentiumPentium80186Auto.resolutioncalculationYesYesNoCobra和Wizard的比较第四十九页，共一百三十三页，2022年，8月28日1ModelsNCMHSCMULLCMSLLCMa/bS2100TR2900TR3100TR3170TR/SLSS-O--SOO--SO--OOO-NCM-normalcountmodeHSCM-highsensitivitycountmodeULLCM-ultralowlevelcountmodeSLLCM-superlowlevelcountmodea/b-alpha/betadiscriminationS–标配O–选配SummaryofTri-CarbModels&CountModeAvailability第五十页，共一百三十三页，2022年，8月28日BeckmanProductOffering第五十一页，共一百三十三页，2022年，8月28日1409DSA1220Quantulus1414SeriesWallacProductOffering第五十二页，共一百三十三页，2022年，8月28日

BaFBr:Eu2+*BaFBr:Eu2+Cyclone的工作原理第五十三页，共一百三十三页，2022年，8月28日紫外透照灯光谱范围和对应的检测仪器

400nm

650nmUltraVioletVisibleNearInfrared白光透照灯、普通酶标仪、荧光化学发光酶标仪、测序仪、扫描仪显微镜测序仪、扫描仪凝胶图像分析系统、核酸蛋白检测仪、光密度扫描仪、激光扫描仪、荧光显微镜分光光度计、荧光分光光度计、扫描酶标仪第五十四页，共一百三十三页，2022年，8月28日紫外线紫外线是德国物理学家里特在1801年发现的，一切高温物体，如太阳、弧光灯发出的光都含有紫外线。紫外线的作用主要是化学作用。紫外线有很强的荧光效应，能使很多物质发出荧光。第五十五页，共一百三十三页，2022年，8月28日主要部件紫外灯管和滤光片波长254nm、302nm、365nm或2个、3个波长组合一体用于检测凝胶和膜上紫外线激发的荧光染料EB、Sybr-Green等紫外透照仪第五十六页，共一百三十三页，2022年，8月28日可见光

第五十七页，共一百三十三页，2022年，8月28日主要部件日光灯管和磨砂玻璃波长可见光用于检测凝胶和膜上的染料硝酸银、考马斯亮蓝等及放射自显影胶片白光透照仪第五十八页，共一百三十三页，2022年，8月28日主要部件光学系统（光源、滤光片、光电倍增管）机械运动和定位系统（步进马达）自动控制系统数据处理和传输系统波长：340-700nm用于各种微孔板检测普通酶标仪第五十九页，共一百三十三页，2022年，8月28日Elx-800酶标仪工作原理光电倍增管计算机打印机酶标板滤光片光源第六十页，共一百三十三页，2022年，8月28日光电效应在光（包括不可见光）的照射下从物体发射出电子的现象叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子。真空光电管：真空的玻璃泡或在内充有少量惰性气体（如氩、氖、氦等）。泡的内半壁涂有碱金属，例如钠、锂、铯，作为阴极K，泡内另有一阳极A。将光电管连在电路里，当光照射到阴极K时，电路里就产生电流，电流的强度取决于照射光的强度。光电管产生的电流很弱，可以用放大器把它放大。第六十一页，共一百三十三页，2022年，8月28日Elx-808酶标仪工作原理滤光片轮卤素灯第六十二页，共一百三十三页，2022年，8月28日组成：CCD摄像头变焦镜、滤光片、近摄镜暗箱紫外透照仪PCI图像捕捉卡图像捕捉及分析软件热敏打印机电脑及显示器（OPTION）功能：图像采集和分析凝胶图像分析系统第六十三页，共一百三十三页，2022年，8月28日主要部件光学系统（光源、滤光片、光电倍增管）数据处理和传输系统微量比色杯波长：230、260、280、320、562、595nm用于各种生物样品检测核酸蛋白检测仪第六十四页，共一百三十三页，2022年，8月28日核酸蛋白检测仪滤光片光源比色杯光电倍增管第六十五页，共一百三十三页，2022年，8月28日主要部件光学系统（光源、单色器、光电倍增管）机械运动和定位系统（步进马达）自动控制系统数据处理和传输系统波长：200-999nm，1nm步进用于各种微孔板检测全波长扫描酶标仪PowerWaveHTSynergy第六十六页，共一百三十三页，2022年，8月28日全波长扫描酶标仪工作原理第六十七页，共一百三十三页，2022年，8月28日荧光技术简介第六十八页，共一百三十三页，2022年，8月28日一、荧光发生过程

荧光产生于某些分子（通常是含多聚芳香烃的碳水化合物或杂环化合物）称为荧光体或荧光染料。荧光探针是一个荧光体设计用于定位生物样品的特异性区域或对特异性刺激因子发生反应。荧光发生是一个3阶段的过程。第六十九页，共一百三十三页，2022年，8月28日①激发

外源的白炽灯或激光提供的能量（hvEX）的光子被荧光体吸收，产生被激发的电子单峰态（S1’）。这个过程是荧光和化学发光的区别，化学发光的激发态是由化学反应产生的。

第七十页，共一百三十三页，2022年，8月28日②激发态的寿命期

激发态存在一个有限的时间（通常是1-10x10-9秒）。在这时间，荧光体经历构象的改变和容易受到分子环境的相互作用的影响。这些过程有两个重要的结果。第一，S1’的能量部分被消耗，形成一个衰减的单峰激发态（S1）即荧光发射的初始。第二，不是最初被激发的所有分子都通过荧光发射回到基态。其他的过程，象振动淬灭，荧光能量传递也在S1’衰减。荧光量子的产生量，取决于激发的荧光光子数量与吸收的光子数量的比率，是衡量荧光效率的参数。

第七十一页，共一百三十三页，2022年，8月28日③荧光发射

能量（hvEM）光子被激发，荧光体回到基态S0。由于能量在激发态寿命期的部分消耗，这些光子的能量较低，因此比激发光子hvEX有更长的波长。这种由于（hvEM-hvEX）呈现的能量或波长的差异称作Stokes漂移。Stokes漂移奠定了荧光技术灵敏性的基础，因为它可以与激发光子在光谱上分离，而在一个较低的背景下检测发射光子。相比较而言，吸收光分光测定法在透射光检测时相对于较高水平的同一波长的光。

第七十二页，共一百三十三页，2022年，8月28日EmissionFExcitation荧光分子受到激发后释放能量的3种方式：发光第七十三页，共一百三十三页，2022年，8月28日EmissionExcitationF2F1Transfer荧光分子受到激发后释放能量的3种方式：传递第七十四页，共一百三十三页，2022年，8月28日ExcitationBHFTransfer荧光分子受到激发后释放能量的3种方式：发热第七十五页，共一百三十三页，2022年，8月28日二、荧光光谱

荧光发生的整个过程是循环的，除非荧光体在激发态不可逆转的破坏（一个重要的现象称作光漂白），同一荧光体可以反复地激发和检测。对于溶液中多原子分子，由hvEX和hvEM呈现的不连续的电子跃迁被一个较宽的能量光谱称作荧光激发光谱和荧光发射光谱取代。在两种或更多的荧光体同时检测时，这些光谱的带宽是非常重要的参数。除了很少的例外，一般在稀释溶液中单种荧光体的荧光激发光谱和它的吸收光谱是相同的。在同样条件下，由于在激发态寿命期激发能量的部分消耗，荧光发射光谱与激发波长是分离的。荧光发射强度是与在激发波长的荧光激发光谱振幅成比例的。第七十六页，共一百三十三页，2022年，8月28日荧光光谱第七十七页，共一百三十三页，2022年，8月28日三、荧光检测荧光检测仪器

荧光检测系统的4个基本要素是：⑴激发光源，⑵荧光体，⑶将激发光子与发射光子分离的特定波长的滤光片，⑷检测器记录发射光子并输出，通常是电子信号或图像。3种主要的荧光检测仪器提供不同的数据。荧光分光光度计：测定液体样品（uL-mL）荧光显微镜：解析荧光作为二维或三维空间位置定位功能流式细胞仪：测定流体中每个细胞的荧光，在大量样品中进行分选并识别和定量激光扫描仪第七十八页，共一百三十三页，2022年，8月28日荧光信号

荧光强度的定量取决于这些参数：吸光度-由Beer-Lambert定律定义为摩尔消光系数的产物，光径和稀释浓度，染料的荧光量子的产量，激发光源强度和仪器荧光采集效率。在稀释溶液或悬液中，荧光强度与这些参数成线性比例关系。当样品吸光度在1cm光径超过0.05时，线性关系被自身吸收和内滤光效应扭曲。通过一个大的荧光Stokes漂移（例如分离为A1和E1）可以容易从Rayleigh散射激发光（EX）分离出荧光发射信号（S1）。标记有荧光探针的生物分子通常都含有超过1个的荧光物，使信号分离更加复杂。另一个光信号（S2）可能是背景荧光或第二个荧光探针。第七十九页，共一百三十三页，2022年，8月28日背景荧光

荧光检测的灵敏性会受到背景信号的很大影响，这些背景信号来自样品内在组分（自发荧光）或未结合的和非特异性结合的探针（试剂背景）。检测中可以通过选择滤光片或通过选择更长波长吸收和发射的探针来减小E2自发荧光对E1的影响。尽管将荧光检测带宽变窄增加了E1和E2间的分辨力，但是会影响总的荧光检测强度。对于细胞、组织和生物体液的自发荧光，可以采用激发光＞500nm的探针减小荧光信号失真。但是，较长波长的激发光会受到密度介质如组织的影响而发散减弱，就需要更强穿透力的激发光。第八十页，共一百三十三页，2022年，8月28日荧光的两种检测光路第八十一页，共一百三十三页，2022年，8月28日直接标记－将荧光团通过化学反应直接衔接在核酸的双链或单链上间接标记－将带有荧光团标记的NTP或dNTP通过酶反应掺入到新合成的核酸链中荧光对核酸的修饰和标记第八十二页，共一百三十三页，2022年，8月28日PhysicalDataforIRDye700-CDImax=680nmemission=715nm=190,000LMol-1cm-1PhysicalDataforIRDye800-CDImax=780nmemission=815nm=205,000LMol-1cm-1核酸染料IRDye结构第八十三页，共一百三十三页，2022年，8月28日HybridizeLabelDNA5minFastConvenientRobustLowcostIRDyeDNADNALabeling第八十四页，共一百三十三页，2022年，8月28日切口平移法随机引物掺入法逆转录合成掺入法AminallyldUTP与荧光团的结合间接荧光标记第八十五页，共一百三十三页，2022年，8月28日UniversalLinkageSystem(ULS)platinum-basedchemistry氨基或硫醇基修饰的核酸可直接连接荧光团胞嘧啶的硫化介导的荧光团标记直接荧光标记第八十六页，共一百三十三页，2022年，8月28日IRDye800Excitationmax=778nmEmissionmax=806nmE=180,000M-1cm-1Quantumyield=0.34Cy5.5Excitationmax=675nmEmissionmax=694nmE=250,000M-1cm-1Quantumyield=0.28蛋白染料IRDye结构第八十七页，共一百三十三页，2022年，8月28日AntigenonMembrane1º1º+2ºOR1º+2º1º+2º+3ºIRDye800andCy5.5SecondaryandTertiaryLabeledAntibodiesLabeledAntibodies第八十八页，共一百三十三页，2022年，8月28日主要部件光学系统（光源、滤光片、光电倍增管）机械运动和定位系统（步进马达）自动控制系统数据处理和传输系统波长：激发波长：300-650nm

发射波长：350-700nm

发光波长：350-700nm用于各种微孔板检测荧光、化学发光酶标仪Flx800Synergy第八十九页，共一百三十三页，2022年，8月28日主要部件共聚焦光学系统（激光光源、滤光片、光电倍增管）机械运动和定位系统（步进马达）自动控制系统数据处理和传输系统波长：激发波长：488、514、543、594、633nm

发射波长：500-700nm用于玻璃载片的生物芯片检测ScanArray激光共聚焦扫描仪第九十页，共一百三十三页，2022年，8月28日ScanArray激光共聚焦原理第九十一页，共一百三十三页，2022年，8月28日ScanArray荧光激发第九十二页，共一百三十三页，2022年，8月28日显微镜光路图第九十三页，共一百三十三页，2022年，8月28日红外线红外线是英国物理学家赫谢尔在1800年发现的。红外线最主要的作用是热作用。红外线的波长较长，因此衍射现象比较显著，穿透力很强。第九十四页，共一百三十三页，2022年，8月28日主要部件共聚焦光学系统（激光光源、光电倍增管）机械运动和定位系统（步进马达）自动控制系统数据处理和传输系统波长：激发波长：685、785nm

发射波长：715、815nm用于测序红外激光自动测序仪第九十五页，共一百三十三页，2022年，8月28日红外激光自动测序仪第九十六页，共一百三十三页，2022年，8月28日主要部件共聚焦光学系统（激光光源、光电倍增管）机械运动和定位系统（步进马达）自动控制系统数据处理和传输系统波长：激发波长：685、785nm

发射波长：715、815nm用于杂交膜检测红外激光扫描仪第九十七页，共一百三十三页，2022年，8月28日红外激光扫描仪原理第九十八页，共一百三十三页，2022年，8月28日红外激光扫描仪荧光激发IRD700激发IRD800激发

第九十九页，共一百三十三页，2022年，8月28日荧光显微镜光路图第一百页，共一百三十三页，2022年，8月28日滤光片结构图第一百零一页，共一百三十三页，2022年，8月28日荧光显微镜滤光片光路图第一百零二页，共一百三十三页，2022年，8月28日化学发光技术简介第一百零三页，共一百三十三页，2022年，8月28日按光谱分类：狭义：可见光（400-700nm）广义：紫外光（10-400nm）可见光（400-700nm）红外光（700-40000nm）光的基本知识第一百零四页，共一百三十三页，2022年，8月28日炽热光或白炽光(incandescence)-因热而发光气体激发(gasexcitation>-因电子或热的激发而发光摩擦发光(triboluminescence)电激發光(electroluminescence)荧光(fluorescence)-因光激发而发光，但光源切断后即不再发光磷光(phosphorescence)-因光激发而发光，但光源切断后仍会持续发光化学发光(chemiluminescence>-非生物体把多余的化学能转变为光能生物发光(bioluminescence)-生物体利用化学能发光发光物质第一百零五页，共一百三十三页，2022年，8月28日

某些荧光物质（例如Luminol,C8H7N3O2）可將化学反应中产生的能量，转化成使分子內的电子由基态（groundstate）跃升到激发态（excitedstate），处于激发态的分子并不穩定，將能量以光的形式释放出來；有的光波长为可见光范围，但占多数的是荧光（fluorescence）。化学发光的原理第一百零六页，共一百三十三页，2022年，8月28日杂交检测中的信号物质（非放射性标记）：核酸杂交（Southern&NorthernBlot）蛋白印迹（WesternBlot）酶联免疫（Elisa）其他：dot/slot杂交、原位杂交、噬菌体文库筛选、菌落文库（质粒文库）筛选…

化学发光在生物学检测中的应用第一百零七页，共一百三十三页，2022年，8月28日一般需要一定的发光底物及发光增强剂（如CDP-Star，461nm，蓝光）,并配有各自的过氧化物酶系统。经过化学发光及增强作用，将光量放大后，在X片上发光自显影，将特异结合条带显示出来。化学发光检测敏感性高，除借助特殊仪器检测外，需要在暗室进行X光片曝光，曝光时间要掌握适度以便得到最佳信号强度。此外，由于不同发光底物持续发光时间和强度不同，除了摸索曝光时间外还要注意在稳定持续发光时间内可以多次曝光。。

生物学中化学发光检测原理第一百零八页，共一百三十三页，2022年，8月28日Luminol（～430nm）CSPD发光最强最持久：CDP-Star（～460nm，蓝光）Sapphire-II™发光增强剂Emerald-II™发光增强剂注：一般的试剂盒中已将发光底物与发光增强剂预先混合为发光底物Luminol几种常用的发光底物及增强剂第一百零九页，共一百三十三页，2022年，8月28日核酸杂交：生物素标探针－酶（AP）标生物素抗体或Strepavidin－CDP-Star底物生物素标探针－酶（AP）标生物素抗体或Strepavidin－CDPD底物生物素标探针－酶（HRP）标生物素抗体或Strepavidin－EnhancedLuminol底物荧光素标探针－酶（AP）标抗荧光素抗体－CDP-Star底物荧光素标探针－酶（HRP）标抗荧光素抗体－EnhancedLuminol底物地高辛标探针－酶（AP）标抗地高辛抗体－CDPD底物酶（专利的耐热AP）标探针－发光底物几种常用的试剂盒检测原理第一百一十页，共一百三十三页，2022年，8月28日核酸抽提电泳转膜生物素标记探针（随机引物法PCR掺入法）杂交、洗脱酶标生物素抗体或结合物敷育底物敷育化学发光检测：X光片压片－曝光－显影－定影实验流程

举例NEBlotPhototopeKit&Phototope-StarChemiluminescentDetectionKit第一百一十一页，共一百三十三页，2022年，8月28日特点：稳定：32P-标记的探针只能放置几天，而生物素标记的探针可放置较长时间敏感：可检测哺乳动物DNA中的单拷贝基因（<1pg），与同位素相当•快速：整个检测程序只需40分钟（曝光时间只需1-10分钟，需要优化）•发光可持续几天，可多次曝光，以获取最佳信号强度NEBlotPhototopeKit&Phototope-StarChemiluminescentDetectionKit第一百一十二页，共一百三十三页，2022年，8月28日AmbionBioDetectTMNonisotopicDetectionKit举例第一百一十三页，共一百三十三页，2022年，8月28日NEN公司化学荧光素/生物素标发光检测试剂盒晶美公司RNADetector™NorthernBlottingKit

DNADetector™GenomicSouthernBlottingKitTropix（ABI）Southern-Light™ChemiluminescenceNucleicAcidDetectionSystemSouthern-Star™ChemiluminescenceNucleicAcidDetectionSystemAmersham

AlkphosLabellingandDetectionSystemRocheDIGLuminescentDetectionKit其他产品第一百一十四页，共一百三十三页，2022年，8月28日酶（AP）标二抗－CDP-Star底物酶（AP）标二抗－CDPD底物生物素标一抗－酶（HRP）标生物素抗体或Strepavidin－ECL试剂ECL:EnhancedChemiluminescence，EnhancedLuminol底物检测限：DAB显色：对HRP敏感，1ngECL化学发光：<pgSuperSignal（PIERCE，ECL）化学发光：10-15fg蛋白杂交第一百一十五页，共一百三十三页，2022年，8月28日CSTPhototope®-HRP化学发光法Western

优点

•敏感。可检测pg级蛋白质。

•快速。整个实验过程中不超过2小时。曝光时间从数秒到10分钟。

•定量。

举例蛋白杂交第一百一十六页，共一百三十三页，2022年，8月28日ECLWesternBlottingDetectionReagentsECLPlusWesternBlottingDetectionReagents（4to20-foldsensitivity）举例AmershamECLProteinBiotinylationModule/System第一百一十七页，共一百三十三页，2022年，8月28日TropixWestern-Light™SystemWestern-Star™System（3-to4-foldsensitivity）酶（AP）标二抗－CDPD/CDP-Star底物举例其他产品第一百一十八页，共一百三十三页，2022年，8月28日酶（AP）标二抗－CDPD/CDP-Star底物酶联免疫第一百一十九页，共一百三十三页，2022年，8月28日四种底物及增强剂搭配方式适用于夹心法，竞争法免疫分析，DNA探针捕获分析配有TR717化学发光酶标仪进行检测举例TropixELISA-LightImmunoassaySystem第一百二十页，共一百三十三页，2022年，8月28日1.X光片压片（传统方法）但曝光时间需要摸索，压片法有一定不便，定量也不准2.扫描仪一定波长范围扫描3.成像仪CooledCCD4.荧光化学发光酶标仪化学发光检测方法第一百二十一页，共一百三十三页，2022年，8月28日Typhoon™8600

Typhoon™9200

Typho