光纖化學(xué)傳感同步吸收-熒光法的建立

章立華， 艾爾肯·依不拉音

1. 棗莊市婦幼保健院藥學(xué)部， 山東 棗莊 277100

2. 新疆醫(yī)科大學(xué)中心實(shí)驗(yàn)室， 新疆 烏魯木齊 830011

光纖化學(xué)傳感同步吸收-熒光法的建立

章立華1， 艾爾肯·依不拉音2*

1. 棗莊市婦幼保健院藥學(xué)部， 山東 棗莊 277100

2. 新疆醫(yī)科大學(xué)中心實(shí)驗(yàn)室， 新疆 烏魯木齊 830011

建立一種光纖化學(xué)傳感同步測定吸收光譜和熒光光譜的新方法。 自制同步吸收-熒光比色皿， 結(jié)合光纖化學(xué)傳感技術(shù)， 建立同步吸收-熒光光譜法檢測儀器， 分別測定羅丹明B， 維生素B2， 維生素B6等溶液的同步吸收-熒光光譜， 且與傳統(tǒng)的紫外-可見吸光光度法和熒光法進(jìn)行對比。 同步吸收-熒光光譜法測得羅丹明B， 維生素B2， 維生素B6與傳統(tǒng)吸光光度法和熒光光譜法檢測的吸收光譜圖和熒光光譜的圖譜大體一致。 最大熒光強(qiáng)度波長與傳統(tǒng)的熒光方法比較準(zhǔn)確度高， 但最大吸收波長略有偏差。 同步吸收-熒光光譜法等同于同步測定熒光物質(zhì)的吸收光譜和熒光光譜， 實(shí)現(xiàn)二光譜合二為一， 測定最大發(fā)射波長時(shí)準(zhǔn)確度高， 但最大吸收波長略有偏差， 值得深一步研究。

光纖化學(xué)傳感； 同步吸收-熒光法； 吸光光度法； 熒光法

引 言

光纖化學(xué)傳感器是20世紀(jì)70年代末發(fā)展起來的一項(xiàng)重大技術(shù)， 也是光纖、 光譜、 材料和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合形成的新技術(shù)[1]， 具有操作簡便、 快速、 便攜， 具有響應(yīng)快、 靈敏度高、 抗電磁干擾能力強(qiáng)、 體積及功耗小、 耐高溫與腐蝕等特點(diǎn)， 與傳統(tǒng)傳感器相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)[2]。 光纖化學(xué)傳感器吸收法是利用光纖化學(xué)傳感技術(shù)結(jié)合紫外-可見分光光度法對物質(zhì)溶液進(jìn)行光譜分析， 特點(diǎn)是基于入射光180°方位檢測吸收光譜圖， 測定藥物溶出度[3]， 氣體含量[4-5]， 金屬離子[6-7]等， 在藥學(xué)， 環(huán)境大氣， 環(huán)境水質(zhì)當(dāng)中取得良好應(yīng)用。 光纖化學(xué)傳感器熒光法是利用光纖化學(xué)傳感技術(shù)結(jié)合熒光分析法對物質(zhì)進(jìn)行光譜分析， 特點(diǎn)是基于入射光90°方位檢測熒光光譜圖， Hummad等[8]綜述了近年來該方法在醫(yī)學(xué)[9]， 藥學(xué)[10]， 環(huán)境中新的研究進(jìn)展[11]， 由于其敏感、 在位、 連續(xù)檢測等優(yōu)點(diǎn)， 已在醫(yī)學(xué)、 藥學(xué)、 化學(xué)反應(yīng)監(jiān)測等方面得到較廣泛的應(yīng)用[12]。 本研究通過自制同步吸收-熒光石英比色皿， 結(jié)合光纖化學(xué)傳感技術(shù)， 建立光纖化學(xué)傳感同步吸收-熒光光譜檢測儀器， 實(shí)現(xiàn)吸收光譜和熒光光譜的同時(shí)檢測并建立三種熒光物質(zhì)的吸收光譜和熒光光譜同時(shí)檢測的方法并探討其原理。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

光源： 氘鎢燈(DH-2000), 氙燈(HPX-2000)； 光纖： QP400-2-UV/Vis； 樣品室(流通池)： qpod； 檢測器： 紫外-可見吸收光譜儀(HR4000)， 熒光光譜儀(QE65000-ABS)； 軟件： SpectraSuite。 以上儀器均為海洋光學(xué)公司。 筆記本電腦： SL410K(IBM)； 電子天平： AB135-S(Mettler Toledo公司)； 超聲儀： C9860A Ultrasonic clearners； 石英比色皿； 錫紙。

羅丹明B(北京朝陽西會化工廠， 批號： 8701226， 分析純)； 維生素B6(天津市福晨化學(xué)試劑廠， 批號： 20091201， 生物試劑)； 維生素B2(天津市福晨化學(xué)試劑廠， 批號： 20110921， 生物試劑)。

分別精密稱量20 mg羅丹明B， 維生素B2， 維生素B6于100 mL容量瓶中， 加1%的乙酸水溶液定容， 得0.2 mg· mL-1儲備液。 再將儲備液分別稀釋為吸收組(羅丹明B 2.7 μg· mL-1， 維生素B267 μg· mL-1， 維生素B619 μg· mL-1)和熒光組(羅丹明B 0.4 μg· mL-1， 維生素B212.5 μg· mL-1， 維生素B60.2 μg· mL-1)。

1.2 裝置及原理

1.2.1 同步吸收-熒光比色皿的自制

將石英比色皿外包一層錫紙， 在石英比色皿一面中間距離底部0.2 cm處挖出半徑為0.4 cm的包層錫紙圓孔， 與該面垂直方位挖出同樣的圓孔。 如圖1所示見圖1中④Cuvettes。

1.2.2 光纖化學(xué)傳感同步吸收-熒光光譜檢測系統(tǒng)裝置

如圖1所示。 ①光源： 氙燈； ②光纖； ③樣品室； ④自制同步吸收-熒光比色皿； ⑤光纖； ⑥檢測器： 熒光檢測器； ⑦數(shù)據(jù)線； ⑧筆記本電腦。

Fig.1 Devices of detection systems of fiber optic chemical sensor synchronous absorption-fluorescence

原理： ①氙燈光源發(fā)出強(qiáng)復(fù)合光， 在②光纖中發(fā)生全反射， 復(fù)合光經(jīng)過③樣品室， ④自制同步石英比色皿, ⑤光纖

在入射光90°方位接受吸收光譜和熒光光譜， 并傳送⑥光譜儀， ⑧電腦顯示該溶液同步吸收光譜-熒光光譜圖。

1.2.3 同步吸收-熒光光譜法的原理

同步吸收-熒光光譜檢測方法基于入射光90°方位能同步檢測吸收-熒光光譜， 原因是入射光在自制同步吸收-熒光比色皿中產(chǎn)生空腔漫反射， 改變了光沿著直線傳播路徑， 經(jīng)多次漫反射最終于入射光90°方位光反射出， 在這個(gè)過程中， 對光有一定的吸收， 因此檢測了吸收光譜。 毫無疑問， 在入射光垂直方位能檢測的熒光光譜， 但由于使用的分析軟件是測定吸光度數(shù)據(jù)模型， 所以呈現(xiàn)的是倒立的熒光圖譜其值為負(fù)， 見圖2(a)。

1.2.4 吸收光譜法， 一個(gè)光譜與同步吸收-熒光光譜的區(qū)別

三種方法的主區(qū)別在于光纖的連接上有所區(qū)別， 其中吸收光譜法采用入射光纖與接受光的光纖的角度成180°連接， 使用的比色皿也不同， 傳統(tǒng)的比色皿， 光源使用的是氘燈。 熒光光譜法與同步吸收-熒光法的主要區(qū)別在于使用的比色皿上， 熒光法使用傳統(tǒng)的四面透明的比色皿， 而同步吸收-熒光光譜使用1.2.1的比色皿， 兩種方法使用的光源都是氙燈， 見表1。

2 結(jié)果與討論

2.1 羅丹明B的三種圖譜

按1.2.4的方法操作， 用光纖化學(xué)傳感同步吸收-熒光光譜法， 吸收光譜法， 熒光光譜法分別測得羅丹明B的同步吸收-熒光光譜， 吸收光譜和熒光光譜， 見圖2—圖4所示。

Table 1 Main difference of instrument parts between fiber optic chemical sensor

Fig.2 Spectrums of Rhodamine B measured by three methods

由圖2可以看出， 其中圖2-A為同步吸收-熒光光譜圖， 圖分為兩部分朝上為吸收光譜與圖2(b)相似， 朝下部分為熒光光譜圖與圖2(c)相似。 另： 同步吸收-熒光法測得最大吸收波長為517.04 nm， 最大發(fā)射波長為580.13 nm； 吸收光譜法測得最大吸收波長556.51 nm， 熒光光譜法測得最大發(fā)射波長為580.90 nm。 吸收光譜測定最大吸收有一定差異， 不一定所有的吸收光譜都可以激發(fā)熒光光譜, 其差值為-39.47 nm。

2.2 維生素B2的三種圖譜

按1.4的方法操作， 用光纖化學(xué)傳感同步吸收-熒光法， 吸收光譜法， 熒光光譜法分別測得維生素B2的同步吸收-熒光光譜圖， 吸收光譜圖和熒光光譜圖。

Fig.3 Spectrums of VB2 measured by three methods

由圖3可以看出， 其中圖3(a)為同步吸收-熒光光譜圖， 圖分為兩部分朝上為吸收光譜圖部分與圖3(b)相似， 朝下為熒光光譜圖與圖3(c)相似。 由圖3(a)同步吸收-熒光法測得最大吸收波長為436.32 nm， 最大發(fā)射波長為530.93 nm， 圖3(b)吸收法測得最大吸收波長為444.98 nm， 圖3(c)熒光法測得最大發(fā)射波長為533.16 nm， 圖3(a)與(b)吸收波長相差-10.55 nm。

2.3 維生素B6的三種圖譜

按1.4的方法操作， 用光纖化學(xué)傳感同步吸收-熒光法， 吸收法， 熒光法分別測得維生素B6的同步-吸收圖譜， 吸收圖譜和熒光圖譜。

通過圖3可以看出， 其中圖4(a)為同步吸收-熒光光譜圖， 圖分為兩部分上部分為吸收光譜圖與圖4(b)相似， 下部分為熒光光譜圖與圖4(c)相似。 由圖4(a)同步吸收-熒光法測得最大吸收波長為293.97 nm， 最大發(fā)射波長為394.88 nm， 圖4(b)吸收法測得最大吸收波長為289.82 nm， 圖4(c)熒光法測得最大發(fā)射波長為393.31 nm， 圖4(a)與圖(b)吸收波長相差4.15 nm。

Fig.4 Spectrums of VB6 measured by three methods

3 結(jié) 論

光纖化學(xué)傳感同步吸收-熒光法能夠同步測定吸收光譜和發(fā)射光譜， 為分析儀器的檢測和發(fā)展提供一個(gè)全新的研究方向。 本方法為同步吸收-熒光法的建立提供一定的思路， 在一定程度上填補(bǔ)了在線光纖傳感同步吸收-熒光光譜儀在食品、 藥品殘留量檢測的應(yīng)用[14]中缺乏理論依據(jù)。 同步吸收-熒光法用于熒光物質(zhì)的定性分析還有待進(jìn)一步研究。

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*Corresponding author

The Establishment of the Method of the Fiber Optic Chemical Sensor Synchronous Absorption-Fluorescence

ZHANG Li-hua1， Arkin IBURAIM2*

1. Department of Pharmacy of Maternal and Child Health Care of Zaozhuang, Zaozhuang 277100, China

2. Central Laboratory of Xinjiang Medical University, Urumqi 830011, China

A new method of simultaneously measuring fiber-optic chemical sensor absorption spectrum and fluorescence spectrum is established. Make synchronous absorption-fluorescence cuvette, establish synchronous absorption-fluorescence spectrometry instrumentation combined by fiber optic chemical sensor technology, measure the synchronous absorption-fluorescence spectrums of solutions of rhodamine B, vitamin B2and vitamin B6, compared by absorption spectroscopy measured by traditional UV-Visible photometric method and fluorescence spectroscopy measured by traditional fluorescence method. Synchronous absorption-fluorescence method measure absorption spectrums and fluorescence spectrums the same to traditional photometric and fluorescence spectroscopy of rhodamine B, vitamin B2and vitamin B6. The maximum wavelength of fluorescence intensity method has high accuracy relatively compared with fluorescence, but the maximum wavelength of absorption has a slight deviation. Synchronous absorption-fluorescence method means simultaneously measure the absorption spectrums and fluorescence spectrums of the fluorescent substance, making two spectrums to one. The method measured the maximum emission wavelength with high accuracy, though in measuring maximum absorption wavelength there is a slight deviation, but it is worth further studying.

Fiber-optic chemical sensor; Synchronous absorption-fluorescence method; Absorption method; Fluorescent method

Dec. 26, 2014; accepted Apr. 15, 2015)

2014-12-26，

2015-04-15

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(21162030)資助

章立華， 1987年生， 棗莊市婦幼保健院藥學(xué)部藥師 e-mail： 631348063@qq.com *通訊聯(lián)系人 e-mail： arkinxyd@sina.com

O657.3

A

10.3964/j.issn.1000-0593(2016)03-0755-04