综述：荧光激发-发射矩阵光谱技术及仪器

《TrAC Trends in Analytical Chemistry》：Techniques and Instruments for Fluorescence Excitation-Emission Matrix Spectroscopy

　　

摘要

荧光激发-发射矩阵光谱法是一种常用的光谱技术，可用于对环境、生物、医药和化学样品进行分类。大多数商用EEM光谱仪都基于类似的光学架构：它们使用单色器选择激发波长，再通过第二个单色器或阵列探测器来记录荧光光谱。

在本文中，我们介绍了研究实验室中存在的各种不同的光学配置、它们的应用以及独特特点。我们重点讨论了在EEM光谱仪中使用的新型光学组件，如超连续光源、干涉测量方法和复用方法。此外还简要介绍了基于智能手机等消费电子设备的EEM光谱技术。

我们还对用于解读一系列EEM光谱并提取化学信息的最常见多元分析技术进行了简要比较总结。

章节节选

荧光EEM光谱法的应用

激发-发射矩阵光谱法是一种强大的工具，可用于识别和量化分子，尤其是在液体溶液中。目前，EEM光谱法最常见的两种应用是依据荧光团的组成对样品进行分类，以及通过测定不同时刻荧光团的相对贡献来研究样品的转化动力学。当然，并非所有分子在可见光或近红外区域都会展现出强烈的荧光光谱

商用EEM光谱仪

商用EEM光谱仪，也被称为荧光计、分光荧光计、荧光光谱仪或分光光度计，通常用于分析未知的液体样品。自20世纪60年代这类仪器开始商业化以来，采用两个单色器的设备便成为了激发-发射矩阵光谱法的行业标准（见图9a）。如今，许多化学和生物化学实验室都在使用诸如Cary Eclipse这样的商用荧光EEM光谱仪

扫描光源：单色器、激光器、滤光轮

近期的一些发展为激发光源带来了新的可能性。这些发展包括蓝色、紫色和紫外线LED灯161、162、163，OLED和LCD屏幕[164]，市面上的超连续光纤激光器165、166，激光泵浦等离子体光源134、167，以及声光可调谐滤波器。光纤耦合激光器和光纤耦合LED灯因其体积小而具有很高的灵活性，而声光可调谐滤波器则能加快扫描速度

检测方法的示例

用于检测荧光发射的光谱探测器可分为检测荧光强度的单像素探测器、用于记录分散荧光发射光谱的线性阵列探测器、成像阵列探测器，以及高光谱成像阵列探测器。使用“单像素”系统测量荧光光谱时，需要一个色散元件和一个灵敏的宽频带光电探测器。该色散元件可以是扫描单色器，但也可能是其他类型

使用PARAFAC模型进行EEM分析

为了获取化学信息，必须对激发-发射矩阵进行数学解析。并没有一种技术适用于所有情况，研究人员需要选择最符合自身需求的模型。模型和算法的开发是一个活跃的研究领域，相关内容可在专门的综述中找到。在此，我们将重点介绍多元分析技术，并阐述一些最常用的模型及其差异、功能等

结论

虽然商用EEM光谱仪似乎遵循相似的设计原则，但许多研究团队还是开发出了更快、更小、更便宜或经过特殊定制的专用仪器。不过，很少有自制的仪器能够具备与商用仪器相当的光谱范围和分辨率。如果样品种类繁多，且时间和成本不是问题，那么购买合适的仪器似乎是开展EEM研究的最佳方式

CRediT作者贡献说明

Sarah-Johanna Klose：撰写——初稿，正式分析，概念构思。Emma X. Abbey：撰写——初稿，概念构思。Travis Ferguson：撰写——初稿，正式分析，概念构思。Hans-Peter Loock：撰写——审阅与编辑，监督，资源提供，项目管理，数据整理

利益冲突声明

作者声明自己没有已知的可能影响本文研究工作的财务利益或个人关系。

以下是与本文相关的补充数据：

利益冲突声明

? 作者声明存在以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Hans-Peter Loock拥有由维多利亚大学申请的美国专利号10,481,092，同时还有一项名为US-2023-0309834A1的专利正在申请中，该专利同样属于维多利亚大学所有。如果还有其他作者，他们则声明自己没有已知的可能影响本文研究工作的财务利益或个人关系

致谢

作者感谢哥本哈根大学的Rasmus Bro博士以及维多利亚大学的Ryland Giebelhaus博士，感谢他们对本文第五部分的建议。同时，我们也感谢加拿大自然科学与工程研究委员会以及维多利亚大学提供的资金支持。

Sarah-Johanna Klose|Emma X. Abbey|Travis Ferguson|Hans-Peter Loock

加拿大不列颠哥伦比亚省维多利亚市芬纳蒂路3800号，维多利亚大学化学系，邮编V8P 5C2