浓度对罗丹明B水溶液荧光强度影响研究

琚 敏，王昊琳，徐 沛，董开拓，张亚萍

(中国石油大学(华东) 理学院，山东 青岛 266580)



浓度对罗丹明B水溶液荧光强度影响研究

琚 敏，王昊琳，徐 沛，董开拓，张亚萍

(中国石油大学(华东) 理学院，山东 青岛 266580)

配制了较宽浓度范围(10-1～10-5g/L)的罗丹明B水溶液，测量其发射光谱。结果表明：荧光强度随溶液浓度的升高先增大，后降低。在低浓度范围内(10-3～10-5g/L)，荧光强度与罗丹明B溶液浓度有很好的线性关系，并且拟合出经验公式；当浓度大于5×10-3g/L时，荧光强度与罗丹明B溶液浓度近似成e指数关系，并且随着溶液浓度的增大，荧光强度减小，最大荧光强度的发射波长λem红移(即向波长增大的方向移动)。更重要的是，利用拟合的公式，通过荧光强度的测量推算出的溶液浓度与配制的浓度值符合很好，说明反测量溶液浓度方法的可行性与准确性，本工作对于实现罗丹明B溶液溶度快速、准确测量有重要意义。

罗丹明B；荧光光谱法；浓度推算

罗丹明B(RhB)是以氧杂蒽为母体的碱性染料，属于三苯甲烷类碱性染料，作为荧光试剂，具有光稳定性好、对pH不敏感、较宽的波长范围和较高的荧光量子产率等优点，在生物、药学、化学分析等领域都有重要应用[1-2]。黄保军等[3]进行了一些浓度和荧光强度相关的工作。本文在此基础上，配制了更多不同浓度的罗丹明B水溶液，并进行曲线精确拟合，推算出荧光强度和浓度的拟合经验公式，利用此公式，在低浓度和高浓度的两种荧光强度下，反推出具体的浓度数值，与实际配制的浓度数值符合度很高。

1 实验器材及方法

1.1实验器材

7-PL荧光光谱仪，赛凡光电有限公司；罗丹明B，分析纯，C28H31CLN2O3，广东和为化工有限公司；比色皿(光程1 cm)，25 mL量筒，100 mL量筒，250 mL烧杯，100 mL烧杯等。

1.2实验方法

1.2.1 样品制备

称量0.02 g罗丹明B粉末，200 mL去离子水，配制浓度为10-1g/L的罗丹明B母溶液，盖保鲜膜混合搅拌10 min，然后分别稀释出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一系列浓度的水溶液，盖保鲜膜，避光储存。

1.2.2 发射谱的测量

激发波长550 nm，起始波长560 nm，终止波长660 nm，扫描间隔2 nm，扫描速度255，将样品置于四通光比色皿中，固定于样品室中，测量其发射光谱。

2 结果分析

2.1 RhB溶液浓度与荧光强度的关系

实验中测量不同浓度RhB溶液荧光光谱，结果如图1。

图1 不同浓度RhB水溶液的荧光光谱

在图1中，RhB溶液荧光强度随浓度增大先增大再降低。在浓度为0.000 01～0.005 g/L之间时，随着浓度增大，荧光光强增大，而当溶度大于0.005 g/L时，荧光光强随浓度增大而降低。

图2 RhB溶液荧光光强与浓度关系

图2是RhB溶液最高峰λem的强度随浓度变化曲线，可以看出当浓度在0.000 01～0.005 g/L之间时，荧光光强与浓度之间有很好的线性关系；当浓度继续增大时，荧光强度增大，但不再存在线性关系。而当溶液浓度大于0.005 g/L时，随着浓度的增大，荧光强度逐渐减小。

2.2荧光强度和浓度值的拟合

2.2.1 线性区间

表1是浓度在0.000 01～0.001 g/L之间时，不同浓度下测得的λem荧光强度值。

表1 线性区间RhB浓度对荧光光谱的影响

图3是据此做出的荧光光强与浓度的关系点线图。可以看到有较好的线性关系，并且最强发射波长λem没有明显移动，拟合后得到经验公式：

I=4.786 15×109C-100 078.311 41

式中C——RhB溶液溶度，g/L；

I——荧光强度。

图3 RhB溶液浓度与荧光强度的线性关系

2.2.2 e指数区间

表2是当溶液浓度大于0.005 g/L时，在不同浓度下测得的λem的荧光强度值。

表2 e指数区间RhB浓度对荧光光谱的影响

图4是据此做出的荧光光强与浓度的关系点线图。随着溶液浓度的增大，荧光强度减小，且呈e指数关系，拟合后得到经验公式：

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

式中x——RhB溶液溶度，g/L；

y——荧光强度。

图4 RhB溶液浓度与荧光强度的e指数关系

2.3 λem与浓度的关系

表3是最大发射波长λem与浓度的关系，图5是配制的一系列浓度与最大发射波长λem的点线图。

表3 最大发射波长λem与浓度关系

图5 浓度与最大发射波长λem关系

浓度在0.000 01～0.00 1 g/L之间时，最大荧光光强对应的波长λem在578 nm附近，几乎没有明显位移。而当溶液浓度大于0.001 g/L时，λem随着浓度增大而变大，发生明显红移。

2.4机理分析

罗丹明B浓度在0.000 01～0.001 g/L区间内时，最大发射波长λem没有明显移动，即水溶液中罗丹明B的分子聚集环境没有发生变化。此时造成荧光强度线性增加的原因是在入射光强不变的条件下，罗丹明B水溶液浓度增大时，荧光产量增大，荧光强度自然也增大。但当浓度继续大于0.005 g/L时，浓度的继续导致荧光强度降低，最大发射波长λem发生红移。我们认为主要有两方面因素：其一，最初发射的荧光产量不变，但越高浓度的溶液对荧光的吸收会增加，最终导致测得的荧光强度降低；另外，罗丹明B浓度增大之后，罗丹明B分子之间通过π键的相互作用而结合在一起(二聚体或多聚体状态)，进而使得基态到激发态的能量跃迁变小，导致发射的荧光波峰λem红移，即波长增大。

2.5反推法测量RhB水溶液的浓度

配制已知浓度为6.625×10-3，2.125×10-4g/L的RhB溶液，测量其荧光发射光谱，根据我们提出的两个区间的经验公式计算浓度，结果如表4所示。

表4 实验验证结果

可以看出相对误差小于2.40%，验证了荧光光谱法测量RhB溶液浓度的可行性，以及我们提出经验公式的准确性。

3 结 论

1) 在浓度为0.000 01～0.005 g/L之间时，随着浓度增大，溶液中罗丹明B分子的数量增大，因此荧光光强增大；而当浓度大于0.005 g/L时，荧光产量不变，但浓度越高能吸收越多的荧光，导致体系的荧光强度随着罗丹明B浓度的增加反而减小。

2) 罗丹明B浓度在0.000 01～0.001 g/L区间内时，最大发射波长λem没有明显移动，当浓度继续大于0.005 g/L时，最大发射波长λem发生红移。可能是因为溶液浓度较大时，单个罗丹明B分子聚合成二聚体或多聚体，从而造成第一电子激发单线态的能量比单体的第一电子激发单线态低，最终导致荧光λem红移。

3) 反向浓度推算验证相对误差小于2.40%，验证了荧光光谱法测量RhB溶液浓度的可行性，以及我们提出经验公式的准确性。

[1] 张红兵, 胡云霞, 连靠奇, 等. 渗透汽化流动注射高锰酸钾-罗丹明B 化学发光法测定食品中的亚硫酸盐[J]. 中国卫生检验杂志, 2013, 23(8): 1846-1851.

[2] 王春英, 朱清江, 谷传涛, 等. 稀土Ce3+掺杂Bi2WO6光催化降解罗丹明B的研究[J]. 中国环境科学, 2015, 35(9): 2682-2683.

[3] 黄保军, 李建军, 屈凌波. 罗丹B荧光光谱机理的研究[J]. 天津师范大学学报, 2005, 25(3): 8-10.

[4] 尹燕霞, 向本琼, 佟丽. 荧光光谱法在蛋白质研究中的应用[J]. 实验技术与管理, 2010, 27(2): 33-35.

[5] 颜范勇, 陈立功, 闫喜龙, 等. 罗丹明类荧光染料的合成及应用[J]. 化学进展, 2006, 18(2/3): 232-242.

[6] 王雅娜, 崔励, 马杰, 等. 罗丹明B的三维荧光光谱研究[J]. 染色与染料, 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

国家自然科学基金面上项目(21476262)；中国石油大学(华东)大学生创新训练项目(201610425066)

琚敏(1992-)，女，河北衡水人，在读本科生，研究方向：罗丹明衍生物的合成及荧光效应，手机：15610451069，E-mail：13954299758@163.com；通讯作者：董开拓(1987-)，男，山东济宁人，硕士，助理实验师，研究方向：污水处理、光电化学转化和碳材料，手机：15092073046，E-mail：dkt3030@163.com.

O657.3

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