濃度對羅丹明B水溶液熒光強(qiáng)度影響研究

琚 敏，王昊琳，徐 沛，董開拓，張亞萍

(中國石油大學(xué)(華東) 理學(xué)院，山東 青島 266580)

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濃度對羅丹明B水溶液熒光強(qiáng)度影響研究

琚 敏，王昊琳，徐 沛，董開拓，張亞萍

(中國石油大學(xué)(華東) 理學(xué)院，山東 青島 266580)

配制了較寬濃度范圍(10-1～10-5g/L)的羅丹明B水溶液，測量其發(fā)射光譜。結(jié)果表明：熒光強(qiáng)度隨溶液濃度的升高先增大，后降低。在低濃度范圍內(nèi)(10-3～10-5g/L)，熒光強(qiáng)度與羅丹明B溶液濃度有很好的線性關(guān)系，并且擬合出經(jīng)驗(yàn)公式；當(dāng)濃度大于5×10-3g/L時(shí)，熒光強(qiáng)度與羅丹明B溶液濃度近似成e指數(shù)關(guān)系，并且隨著溶液濃度的增大，熒光強(qiáng)度減小，最大熒光強(qiáng)度的發(fā)射波長λem紅移(即向波長增大的方向移動)。更重要的是，利用擬合的公式，通過熒光強(qiáng)度的測量推算出的溶液濃度與配制的濃度值符合很好，說明反測量溶液濃度方法的可行性與準(zhǔn)確性，本工作對于實(shí)現(xiàn)羅丹明B溶液溶度快速、準(zhǔn)確測量有重要意義。

羅丹明B；熒光光譜法；濃度推算

羅丹明B(RhB)是以氧雜蒽為母體的堿性染料，屬于三苯甲烷類堿性染料，作為熒光試劑，具有光穩(wěn)定性好、對pH不敏感、較寬的波長范圍和較高的熒光量子產(chǎn)率等優(yōu)點(diǎn)，在生物、藥學(xué)、化學(xué)分析等領(lǐng)域都有重要應(yīng)用[1-2]。黃保軍等[3]進(jìn)行了一些濃度和熒光強(qiáng)度相關(guān)的工作。本文在此基礎(chǔ)上，配制了更多不同濃度的羅丹明B水溶液，并進(jìn)行曲線精確擬合，推算出熒光強(qiáng)度和濃度的擬合經(jīng)驗(yàn)公式，利用此公式，在低濃度和高濃度的兩種熒光強(qiáng)度下，反推出具體的濃度數(shù)值，與實(shí)際配制的濃度數(shù)值符合度很高。

1 實(shí)驗(yàn)器材及方法

1.1實(shí)驗(yàn)器材

7-PL熒光光譜儀，賽凡光電有限公司；羅丹明B，分析純，C28H31CLN2O3，廣東和為化工有限公司；比色皿(光程1 cm)，25 mL量筒，100 mL量筒，250 mL燒杯，100 mL燒杯等。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品制備

稱量0.02 g羅丹明B粉末，200 mL去離子水，配制濃度為10-1g/L的羅丹明B母溶液，蓋保鮮膜混合攪拌10 min，然后分別稀釋出1×10-2，2×10-2，3×10-2，5×10-2，7.5×10-2，5×10-3，1×10-3，7.75×10-4，5.5×10-4，3.25×10-4，1×10-4，1×10-5g/L一系列濃度的水溶液，蓋保鮮膜，避光儲存。

1.2.2 發(fā)射譜的測量

激發(fā)波長550 nm，起始波長560 nm，終止波長660 nm，掃描間隔2 nm，掃描速度255，將樣品置于四通光比色皿中，固定于樣品室中，測量其發(fā)射光譜。

2 結(jié)果分析

2.1 RhB溶液濃度與熒光強(qiáng)度的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)中測量不同濃度RhB溶液熒光光譜，結(jié)果如圖1。

圖1 不同濃度RhB水溶液的熒光光譜

在圖1中，RhB溶液熒光強(qiáng)度隨濃度增大先增大再降低。在濃度為0.000 01～0.005 g/L之間時(shí)，隨著濃度增大，熒光光強(qiáng)增大，而當(dāng)溶度大于0.005 g/L時(shí)，熒光光強(qiáng)隨濃度增大而降低。

圖2 RhB溶液熒光光強(qiáng)與濃度關(guān)系

圖2是RhB溶液最高峰λem的強(qiáng)度隨濃度變化曲線，可以看出當(dāng)濃度在0.000 01～0.005 g/L之間時(shí)，熒光光強(qiáng)與濃度之間有很好的線性關(guān)系；當(dāng)濃度繼續(xù)增大時(shí)，熒光強(qiáng)度增大，但不再存在線性關(guān)系。而當(dāng)溶液濃度大于0.005 g/L時(shí)，隨著濃度的增大，熒光強(qiáng)度逐漸減小。

2.2熒光強(qiáng)度和濃度值的擬合

2.2.1 線性區(qū)間

表1是濃度在0.000 01～0.001 g/L之間時(shí)，不同濃度下測得的λem熒光強(qiáng)度值。

表1 線性區(qū)間RhB濃度對熒光光譜的影響

圖3是據(jù)此做出的熒光光強(qiáng)與濃度的關(guān)系點(diǎn)線圖?？梢钥吹接休^好的線性關(guān)系，并且最強(qiáng)發(fā)射波長λem沒有明顯移動，擬合后得到經(jīng)驗(yàn)公式：

I=4.786 15×109C-100 078.311 41

式中C——RhB溶液溶度，g/L；

I——熒光強(qiáng)度。

圖3 RhB溶液濃度與熒光強(qiáng)度的線性關(guān)系

2.2.2 e指數(shù)區(qū)間

表2是當(dāng)溶液濃度大于0.005 g/L時(shí)，在不同濃度下測得的λem的熒光強(qiáng)度值。

表2 e指數(shù)區(qū)間RhB濃度對熒光光譜的影響

圖4是據(jù)此做出的熒光光強(qiáng)與濃度的關(guān)系點(diǎn)線圖。隨著溶液濃度的增大，熒光強(qiáng)度減小，且呈e指數(shù)關(guān)系，擬合后得到經(jīng)驗(yàn)公式：

y=e16.388 02-26.047 25x-2 013.473 27x2

式中x——RhB溶液溶度，g/L；

y——熒光強(qiáng)度。

圖4 RhB溶液濃度與熒光強(qiáng)度的e指數(shù)關(guān)系

2.3 λem與濃度的關(guān)系

表3是最大發(fā)射波長λem與濃度的關(guān)系，圖5是配制的一系列濃度與最大發(fā)射波長λem的點(diǎn)線圖。

表3 最大發(fā)射波長λem與濃度關(guān)系

圖5 濃度與最大發(fā)射波長λem關(guān)系

濃度在0.000 01～0.00 1 g/L之間時(shí)，最大熒光光強(qiáng)對應(yīng)的波長λem在578 nm附近，幾乎沒有明顯位移。而當(dāng)溶液濃度大于0.001 g/L時(shí)，λem隨著濃度增大而變大，發(fā)生明顯紅移。

2.4機(jī)理分析

羅丹明B濃度在0.000 01～0.001 g/L區(qū)間內(nèi)時(shí)，最大發(fā)射波長λem沒有明顯移動，即水溶液中羅丹明B的分子聚集環(huán)境沒有發(fā)生變化。此時(shí)造成熒光強(qiáng)度線性增加的原因是在入射光強(qiáng)不變的條件下，羅丹明B水溶液濃度增大時(shí)，熒光產(chǎn)量增大，熒光強(qiáng)度自然也增大。但當(dāng)濃度繼續(xù)大于0.005 g/L時(shí)，濃度的繼續(xù)導(dǎo)致熒光強(qiáng)度降低，最大發(fā)射波長λem發(fā)生紅移。我們認(rèn)為主要有兩方面因素：其一，最初發(fā)射的熒光產(chǎn)量不變，但越高濃度的溶液對熒光的吸收會增加，最終導(dǎo)致測得的熒光強(qiáng)度降低；另外，羅丹明B濃度增大之后，羅丹明B分子之間通過π鍵的相互作用而結(jié)合在一起(二聚體或多聚體狀態(tài))，進(jìn)而使得基態(tài)到激發(fā)態(tài)的能量躍遷變小，導(dǎo)致發(fā)射的熒光波峰λem紅移，即波長增大。

2.5反推法測量RhB水溶液的濃度

配制已知濃度為6.625×10-3，2.125×10-4g/L的RhB溶液，測量其熒光發(fā)射光譜，根據(jù)我們提出的兩個(gè)區(qū)間的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算濃度，結(jié)果如表4所示。

表4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

可以看出相對誤差小于2.40%，驗(yàn)證了熒光光譜法測量RhB溶液濃度的可行性，以及我們提出經(jīng)驗(yàn)公式的準(zhǔn)確性。

3 結(jié) 論

1) 在濃度為0.000 01～0.005 g/L之間時(shí)，隨著濃度增大，溶液中羅丹明B分子的數(shù)量增大，因此熒光光強(qiáng)增大；而當(dāng)濃度大于0.005 g/L時(shí)，熒光產(chǎn)量不變，但濃度越高能吸收越多的熒光，導(dǎo)致體系的熒光強(qiáng)度隨著羅丹明B濃度的增加反而減小。

2) 羅丹明B濃度在0.000 01～0.001 g/L區(qū)間內(nèi)時(shí)，最大發(fā)射波長λem沒有明顯移動，當(dāng)濃度繼續(xù)大于0.005 g/L時(shí)，最大發(fā)射波長λem發(fā)生紅移?？赡苁且?yàn)槿芤簼舛容^大時(shí)，單個(gè)羅丹明B分子聚合成二聚體或多聚體，從而造成第一電子激發(fā)單線態(tài)的能量比單體的第一電子激發(fā)單線態(tài)低，最終導(dǎo)致熒光λem紅移。

3) 反向濃度推算驗(yàn)證相對誤差小于2.40%，驗(yàn)證了熒光光譜法測量RhB溶液濃度的可行性，以及我們提出經(jīng)驗(yàn)公式的準(zhǔn)確性。

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AnEffectofConcentrationontheFluorescenceIntensityofRhBAqueousSolution

JU Min, WANG Haolin, XU Pei, DONG Kaituo, ZHANG Yaping

(ChinaUniversityofPetroleumCollegeofScience,Qingdao,Shandong266580,China)

In this work, RhB aqueous solution with a wide concentration range (10-1～10-5g/L) was prepared and its emission spectra were measured. The results showed that the fluorescence intensity increased with the increase of the concentration of the solution, and then decreased. In the low concentration range (10-3～10-5g/L), fluorescence intensity has a good linear relationship with the concentration of RhB solution and the fitting formula; when the concentration is greater than 5×10-3g/L, the fluorescence intensity and the concentration of RhB is similar to e index. In the concentration increasing, fluorescence intensity decreases with the maximum fluorescence intensity the emission wavelength of the EM redshift (i.e. moving towards the longer wavelength). More importantly, the use of the fitting formula to measure the fluorescence intensity of the calculated solution concentration, preparation concentration values in good agreement will illustrate the feasibility and accuracy of inverse solution concentration measurement method, including the work for the realization of RhB solution solubility. The ccurate measurement has its important significance.

RhB; Fluorescence spectrometry; Concentration estimation

2016-08-10

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(21476262)；中國石油大學(xué)(華東)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目(201610425066)

琚敏(1992-)，女，河北衡水人，在讀本科生，研究方向：羅丹明衍生物的合成及熒光效應(yīng)，手機(jī)：15610451069，E-mail：13954299758@163.com；通訊作者：董開拓(1987-)，男，山東濟(jì)寧人，碩士，助理實(shí)驗(yàn)師，研究方向：污水處理、光電化學(xué)轉(zhuǎn)化和碳材料，手機(jī)：15092073046，E-mail：dkt3030@163.com.

O657.3

：Adoi：10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.04.023