荧光光谱仪基本构成
荧光光谱仪由光源、单色器（滤光片或光栅）、狭缝、样品室、信号检测放大系统和信号读出、记录系统组成。光源用来激发样品，单色器用来分离出所需要的单色光，信号检测放大系统用来把荧光信号转化为电信号，联结于放大装置上的读出装置用来显示或记录荧光信号。
下面介绍现用仪器（即法国Horiba Jobin Yvon生产的FluorLog-3荧光光谱仪）的各组件。
1、激发光源
理想化的激发光源：由于荧光体的荧光强度与激发光的强度成正比，因此，作为一种理想的激发光源应具备：①足够的强度；②在所需光谱范围内有连续的光谱；③其强度与波长无关，即光源的输出应是连续平滑等强度的辐射；④光强要稳定。符合这些要求的光源实际上并不存在。可作为激发光源的主要有氙灯、汞灯、氙-汞弧灯、激光器以及闪光灯。高压氙弧灯是荧光光谱仪中应用最广泛的一种光源。本仪器所用的激发光源即为450W氙灯。这种光源是一种短弧气体放电灯，外套为石英，内充氙气，室温时其压力为5atm，工作时压力约为20atm。250～800nm光谱区呈连续光谱，450nm附近有几条锐线。其工作时，在相距约8mm的钨电极间形成一强的电子流（电弧），氙原子与电子流相撞而离解为氙正离子，氙正离子与电子复合而发光。氙原子的离解发射连续光谱，而激发态的氙则发射分布于450nm附近的线状光谱。氙弧灯的光谱输出，短于280nm区的强度迅速下降。有的氙弧灯为无臭氧灯，即工作时氙灯周围不产生臭氧，这种灯所用的石英外套不投射波长短于250nm的光，但这种灯的输出信号强度随波长缩短而迅速下降。工作时，氙灯灯光很强，其射线会损伤肉眼视网膜，紫外线会损伤肉眼角膜，因此，工作者应避免直视光源。
2、单色器和滤光片
⑴光栅单色器
光栅单色器有两个主要性能指标，即色散能力和杂散光水平，色散能力通常以nm/mm表示，其中mm为单色器的狭缝宽度。通常人们总是选用低杂散光的单色器，以减少杂散光的干扰，同时选用高效率的单色器来提高检测弱信号的能力。单色器一般都有进、出光两个狭缝，出射光的强度约与单色器狭缝宽度的平方成正比，增大狭缝宽度有利于提高信号强度，缩小狭缝宽度有利于提高光谱分辨力，但却牺牲了信号强度。对于光敏性的荧光体测量，有必要适当减少入射光的强度。 光栅单色器的透射率为波长的函数，机刻光栅的输出最强光的波长被称为闪耀波长。光栅的闪耀波长由光栅的闪耀角而定，而闪耀角则由光栅的线槽角而定。为了弥补激发光源（氙灯）紫外区能量弱的缺点，荧光光谱仪多选用闪耀波长落于紫外区（例如300nm）的单色器为激发单色器。由于荧光体的荧光波长多落于400～600nm，因而发射单色器常采用闪耀波长为500nm左右的光栅。光栅单色器的另一重要特性在于它的透射率与偏振光有关。对于荧光测量来说，单色器的杂散光指标是一个极关键的参数。杂散光被定义为除去所需要波长的光线以外，通过单色器的所有其他光线的强度。首先考虑激发单色器，通常紫外线被用来激发荧光体，而氙灯中的紫外线强度仅约为可见光的1%。荧光体的荧光一般都很弱，通过激发单色器的长波长的杂散光，容易被当做荧光来检测。许多生物样品都有较大的浊度，结果入射的杂散光被样品散射而干扰荧光强度的测量。因此，某些荧光光谱仪采用双光栅单色器，这样，虽然杂散光可降至峰强度的10-8～10-12，可是其灵敏度也将降低。
⑵滤光片
荧光测量的主要误差来自杂散光和散射光。消除这些误差源除用单色器外还可用滤光片。滤光片具有便宜、简单等优点，因此它在荧光光谱仪中有广泛的应用。滤光片可分为玻璃滤光片、胶膜滤光片和干涉滤光片三种。本仪器所用的是玻璃滤光片。玻璃滤光片含有各种不同的金属氧化物，因而呈现不同的颜色。它们透过的光线带宽较宽，且因受金属氧化物种类的限制，品种不多。但它具有稳定、经得起长期光照和便宜等优点。
3、检测器
检测器主要包括光电倍增管（PMT）、光导摄像管（Vidicon）、电子微分器和电荷耦合器件阵列检测器（charge-coupled device,CCD）。
目前，几乎所有普通荧光光谱仪都采用光电倍增管（PMT）作为检测器。PMT是一种很好的电流源，在一定的条件下，其电流量与入射光强度成正比。虽然PMT对各个光子均起响应，但是平时都是测量众多光子脉冲响应的平均值。光导摄像管被用来作为光学多道分析器（简称OMA）的检测器，它具有检测效率高、动态范围宽、线性响应好、坚固耐用和寿命长等优点。与PMT相比，其检测灵敏度虽不如PMT，但却能同时接受荧光体的整个发射光谱，这有利于光敏性荧光体和复杂样品的分析，且检测系统容易实现自动化[2]。获得导数（亦称微分）光谱的方式有两类，一为光谱信号输出的微分，它包括电子微分、数字微分、机械转速微分；另一类为改变光路结构，例如波长调制等。荧光光谱仪采用电子微分或微处理机微分[3-4]。电荷耦合器件阵列检测器（charge-coupled device,CCD）是一类新型的光学多通道检测器，它具有光谱范围宽、量子效率高、暗电流小、噪声低、灵敏度高、线性范围宽，同时可获取彩色、三维图像等特点。CCD是一种灵敏的固体成像装置，一般来说CCD的有效成像面积为1～8cm2。现在商品型号的CCD有576*384像素、5126*512像素、1024*1024像素、400万像素、800万像素等系列产品[5-6]。
本中心配备的荧光光谱仪的检测器是R928P PMT（photomultiplier-tube,光电倍增管）。PMT由一个光阴极和多级的二次发射电极所组成。光照射于光阴极时会引起一次电子发射，这些光电子在PMT中被电场加速飞射到第一个二次发射极（打拿极）上时，每个光电子将引起5～20个二次电子发射，这些电子又被加速到下一个电极上去，如此多次重复，最后电子被集中到阳极上去。所产生的电流被放大到可检测的水平。PMT的光电子产生率与施加于光阴极的高压值有关，一般PMT常用-500～-1000V的电压，有些型号的PMT则用-1000～-2000V。电压越高，每个二次电极发射的电子越多，因而PMT本身的放大作用就越大。PMT的灵敏度受暗电流的限制，而暗电流主要由阴极和二次发射极的热电子发射和电极间的漏电流所形成。电极间电压低时，暗电流主要来自漏电流；电极电压高时，则主要来自热电子发射。
4、读出装置
以前，荧光仪器的读出装置有数字电压表、记录仪（x～y型或x～t型）和阴极示波器等几种。数字电压表用于例行定量分析，既准确、方便又便宜。记录仪多用于扫描激发光谱和发射光谱，它可分为x～y记录仪和x～t记录仪两种。x～y记录仪的x轴表示荧光强度，它由光电检测器的输出来驱动其记录笔于相应的荧光强度位置，y轴表示波长，它与单色器扫描速度同步。x～y记录仪可来回反复扫描，其价格约为x～t记录仪的一倍。x～t记录仪的x轴显示荧光强度，t轴表示与时间有关的波长，它只能进行单向扫描。记录仪记录笔的响应时间一般为0.1～0.5s。阴极示波器显示的速度比记录仪快得多，可是质量好的阴极示波器其价格比记录仪高得多。目前，计算机软硬件技术的发展使得人们可以根据不同的需要选择不同的直观的视频读出方式。
