濃度對羅丹明B水溶液熒光強度影響研究

琚 敏，王昊琳，徐 沛，董開拓，張亞萍

(中國石油大學(華東) 理學院，山東 青島 266580)

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濃度對羅丹明B水溶液熒光強度影響研究

琚 敏，王昊琳，徐 沛，董開拓，張亞萍

(中國石油大學(華東) 理學院，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，測量其發射光譜。結果表明：熒光強度隨溶液濃度的升高先增大，后降低。在低濃度范圍內(10-3～10-5g/L)，熒光強度與羅丹明B溶液濃度有很好的線性關系，并且擬合出經驗公式；當濃度大于5×10-3g/L時，熒光強度與羅丹明B溶液濃度近似成e指數關系，并且隨著溶液濃度的增大，熒光強度減小，最大熒光強度的發射波長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確性，本工作對于實現羅丹明B溶液溶度快速、準確測量有重要意義。

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，具有光穩定性好、對pH不敏感、較寬的波長范圍和較高的熒光量子產率等優點，在生物、藥學、化學分析等領域都有重要應用[1-2]。黃保軍等[3]進行了一些濃度和熒光強度相關的工作。本文在此基礎上，配制了更多不同濃度的羅丹明B水溶液，并進行曲線精確擬合，推算出熒光強度和濃度的擬合經驗公式，利用此公式，在低濃度和高濃度的兩種熒光強度下，反推出具體的濃度數值，與實際配制的濃度數值符合度很高。

1 實驗器材及方法

1.1實驗器材

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實驗方法

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 發射譜的測量

激發波長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，測量其發射光譜。

2 結果分析

2.1 RhB溶液濃度與熒光強度的關系

實驗中測量不同濃度RhB溶液熒光光譜，結果如圖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，隨著濃度增大，熒光光強增大，而當溶度大于0.005 g/L時，熒光光強隨濃度增大而降低。

圖2 RhB溶液熒光光強與濃度關系

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

2.2熒光強度和濃度值的擬合

2.2.1 線性區間

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

表1 線性區間RhB濃度對熒光光譜的影響

圖3是據此做出的熒光光強與濃度的關系點線圖。可以看到有較好的線性關系，并且最強發射波長λem沒有明顯移動，擬合后得到經驗公式：

I=4.786 15×109C-100 078.311 41

式中C——RhB溶液溶度，g/L；

I——熒光強度。

圖3 RhB溶液濃度與熒光強度的線性關系

2.2.2 e指數區間

表2是當溶液濃度大于0.005 g/L時，在不同濃度下測得的λem的熒光強度值。

表2 e指數區間RhB濃度對熒光光譜的影響

圖4是據此做出的熒光光強與濃度的關系點線圖。隨著溶液濃度的增大，熒光強度減小，且呈e指數關系，擬合后得到經驗公式：

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

式中x——RhB溶液溶度，g/L；

y——熒光強度。

圖4 RhB溶液濃度與熒光強度的e指數關系

2.3 λem與濃度的關系

表3是最大發射波長λem與濃度的關系，圖5是配制的一系列濃度與最大發射波長λem的點線圖。

表3 最大發射波長λem與濃度關系

圖5 濃度與最大發射波長λem關系

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

2.4機理分析

羅丹明B濃度在0.000 01～0.001 g/L區間內時，最大發射波長λem沒有明顯移動，即水溶液中羅丹明B的分子聚集環境沒有發生變化。此時造成熒光強度線性增加的原因是在入射光強不變的條件下，羅丹明B水溶液濃度增大時，熒光產量增大，熒光強度自然也增大。但當濃度繼續大于0.005 g/L時，濃度的繼續導致熒光強度降低，最大發射波長λem發生紅移。我們認為主要有兩方面因素：其一，最初發射的熒光產量不變，但越高濃度的溶液對熒光的吸收會增加，最終導致測得的熒光強度降低；另外，羅丹明B濃度增大之后，羅丹明B分子之間通過π鍵的相互作用而結合在一起(二聚體或多聚體狀態)，進而使得基態到激發態的能量躍遷變小，導致發射的熒光波峰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，測量其熒光發射光譜，根據我們提出的兩個區間的經驗公式計算濃度，結果如表4所示。

表4 實驗驗證結果

可以看出相對誤差小于2.40%，驗證了熒光光譜法測量RhB溶液濃度的可行性，以及我們提出經驗公式的準確性。

3 結 論

1) 在濃度為0.000 01～0.005 g/L之間時，隨著濃度增大，溶液中羅丹明B分子的數量增大，因此熒光光強增大；而當濃度大于0.005 g/L時，熒光產量不變，但濃度越高能吸收越多的熒光，導致體系的熒光強度隨著羅丹明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區間內時，最大發射波長λem沒有明顯移動，當濃度繼續大于0.005 g/L時，最大發射波長λem發生紅移。可能是因為溶液濃度較大時，單個羅丹明B分子聚合成二聚體或多聚體，從而造成第一電子激發單線態的能量比單體的第一電子激發單線態低，最終導致熒光λem紅移。

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

[1] 張紅兵, 胡云霞, 連靠奇, 等. 滲透汽化流動注射高錳酸鉀-羅丹明B 化學發光法測定食品中的亞硫酸鹽[J]. 中國衛生檢驗雜志, 2013, 23(8): 1846-1851.

[2] 王春英, 朱清江, 谷傳濤, 等. 稀土Ce3+摻雜Bi2WO6光催化降解羅丹明B的研究[J]. 中國環境科學, 2015, 35(9): 2682-2683.

[3] 黃保軍, 李建軍, 屈凌波. 羅丹B熒光光譜機理的研究[J]. 天津師范大學學報, 2005, 25(3): 8-10.

[4] 尹燕霞, 向本瓊, 佟麗. 熒光光譜法在蛋白質研究中的應用[J]. 實驗技術與管理, 2010, 27(2): 33-35.

[5] 顏范勇, 陳立功, 閆喜龍, 等. 羅丹明類熒光染料的合成及應用[J]. 化學進展, 2006, 18(2/3): 232-242.

[6] 王雅娜, 崔勵, 馬杰, 等. 羅丹明B的三維熒光光譜研究[J]. 染色與染料, 2007, 44(5): 57-59.

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

國家自然科學基金面上項目(21476262)；中國石油大學(華東)大學生創新訓練項目(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，手機：15610451069，E-mail：13954299758@163.com；通訊作者：董開拓(1987-)，男，山東濟寧人，碩士，助理實驗師，研究方向：污水處理、光電化學轉化和碳材料，手機：15092073046，E-mail：dkt3030@163.com.

O657.3

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