光纤化学传感同步吸收-荧光法的建立

章立华， 艾尔肯·依不拉音

1. 枣庄市妇幼保健院药学部， 山东 枣庄 277100

2. 新疆医科大学中心实验室， 新疆 乌鲁木齐 830011

光纤化学传感同步吸收-荧光法的建立

章立华1， 艾尔肯·依不拉音2*

1. 枣庄市妇幼保健院药学部， 山东 枣庄 277100

2. 新疆医科大学中心实验室， 新疆 乌鲁木齐 830011

建立一种光纤化学传感同步测定吸收光谱和荧光光谱的新方法。 自制同步吸收-荧光比色皿， 结合光纤化学传感技术， 建立同步吸收-荧光光谱法检测仪器， 分别测定罗丹明B， 维生素B2， 维生素B6等溶液的同步吸收-荧光光谱， 且与传统的紫外-可见吸光光度法和荧光法进行对比。 同步吸收-荧光光谱法测得罗丹明B， 维生素B2， 维生素B6与传统吸光光度法和荧光光谱法检测的吸收光谱图和荧光光谱的图谱大体一致。 最大荧光强度波长与传统的荧光方法比较准确度高， 但最大吸收波长略有偏差。 同步吸收-荧光光谱法等同于同步测定荧光物质的吸收光谱和荧光光谱， 实现二光谱合二为一， 测定最大发射波长时准确度高， 但最大吸收波长略有偏差， 值得深一步研究。

光纤化学传感； 同步吸收-荧光法； 吸光光度法； 荧光法

引 言

光纤化学传感器是20世纪70年代末发展起来的一项重大技术， 也是光纤、 光谱、 材料和计算机技术结合形成的新技术[1]， 具有操作简便、 快速、 便携， 具有响应快、 灵敏度高、 抗电磁干扰能力强、 体积及功耗小、 耐高温与腐蚀等特点， 与传统传感器相比具有明显的优点[2]。 光纤化学传感器吸收法是利用光纤化学传感技术结合紫外-可见分光光度法对物质溶液进行光谱分析， 特点是基于入射光180°方位检测吸收光谱图， 测定药物溶出度[3]， 气体含量[4-5]， 金属离子[6-7]等， 在药学， 环境大气， 环境水质当中取得良好应用。 光纤化学传感器荧光法是利用光纤化学传感技术结合荧光分析法对物质进行光谱分析， 特点是基于入射光90°方位检测荧光光谱图， Hummad等[8]综述了近年来该方法在医学[9]， 药学[10]， 环境中新的研究进展[11]， 由于其敏感、 在位、 连续检测等优点， 已在医学、 药学、 化学反应监测等方面得到较广泛的应用[12]。 本研究通过自制同步吸收-荧光石英比色皿， 结合光纤化学传感技术， 建立光纤化学传感同步吸收-荧光光谱检测仪器， 实现吸收光谱和荧光光谱的同时检测并建立三种荧光物质的吸收光谱和荧光光谱同时检测的方法并探讨其原理。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

光源： 氘钨灯(DH-2000), 氙灯(HPX-2000)； 光纤： QP400-2-UV/Vis； 样品室(流通池)： qpod； 检测器： 紫外-可见吸收光谱仪(HR4000)， 荧光光谱仪(QE65000-ABS)； 软件： SpectraSuite。 以上仪器均为海洋光学公司。 笔记本电脑： SL410K(IBM)； 电子天平： AB135-S(Mettler Toledo公司)； 超声仪： C9860A Ultrasonic clearners； 石英比色皿； 锡纸。

罗丹明B(北京朝阳西会化工厂， 批号： 8701226， 分析纯)； 维生素B6(天津市福晨化学试剂厂， 批号： 20091201， 生物试剂)； 维生素B2(天津市福晨化学试剂厂， 批号： 20110921， 生物试剂)。

分别精密称量20 mg罗丹明B， 维生素B2， 维生素B6于100 mL容量瓶中， 加1%的乙酸水溶液定容， 得0.2 mg· mL-1储备液。 再将储备液分别稀释为吸收组(罗丹明B 2.7 μg· mL-1， 维生素B267 μg· mL-1， 维生素B619 μg· mL-1)和荧光组(罗丹明B 0.4 μg· mL-1， 维生素B212.5 μg· mL-1， 维生素B60.2 μg· mL-1)。

1.2 装置及原理

1.2.1 同步吸收-荧光比色皿的自制

将石英比色皿外包一层锡纸， 在石英比色皿一面中间距离底部0.2 cm处挖出半径为0.4 cm的包层锡纸圆孔， 与该面垂直方位挖出同样的圆孔。 如图1所示见图1中④Cuvettes。

1.2.2 光纤化学传感同步吸收-荧光光谱检测系统装置

如图1所示。 ①光源： 氙灯； ②光纤； ③样品室； ④自制同步吸收-荧光比色皿； ⑤光纤； ⑥检测器： 荧光检测器； ⑦数据线； ⑧笔记本电脑。

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

原理： ①氙灯光源发出强复合光， 在②光纤中发生全反射， 复合光经过③样品室， ④自制同步石英比色皿, ⑤光纤

在入射光90°方位接受吸收光谱和荧光光谱， 并传送⑥光谱仪， ⑧电脑显示该溶液同步吸收光谱-荧光光谱图。

1.2.3 同步吸收-荧光光谱法的原理

同步吸收-荧光光谱检测方法基于入射光90°方位能同步检测吸收-荧光光谱， 原因是入射光在自制同步吸收-荧光比色皿中产生空腔漫反射， 改变了光沿着直线传播路径， 经多次漫反射最终于入射光90°方位光反射出， 在这个过程中， 对光有一定的吸收， 因此检测了吸收光谱。 毫无疑问， 在入射光垂直方位能检测的荧光光谱， 但由于使用的分析软件是测定吸光度数据模型， 所以呈现的是倒立的荧光图谱其值为负， 见图2(a)。

1.2.4 吸收光谱法， 一个光谱与同步吸收-荧光光谱的区别

三种方法的主区别在于光纤的连接上有所区别， 其中吸收光谱法采用入射光纤与接受光的光纤的角度成180°连接， 使用的比色皿也不同， 传统的比色皿， 光源使用的是氘灯。 荧光光谱法与同步吸收-荧光法的主要区别在于使用的比色皿上， 荧光法使用传统的四面透明的比色皿， 而同步吸收-荧光光谱使用1.2.1的比色皿， 两种方法使用的光源都是氙灯， 见表1。

2 结果与讨论

2.1 罗丹明B的三种图谱

按1.2.4的方法操作， 用光纤化学传感同步吸收-荧光光谱法， 吸收光谱法， 荧光光谱法分别测得罗丹明B的同步吸收-荧光光谱， 吸收光谱和荧光光谱， 见图2—图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

由图2可以看出， 其中图2-A为同步吸收-荧光光谱图， 图分为两部分朝上为吸收光谱与图2(b)相似， 朝下部分为荧光光谱图与图2(c)相似。 另： 同步吸收-荧光法测得最大吸收波长为517.04 nm， 最大发射波长为580.13 nm； 吸收光谱法测得最大吸收波长556.51 nm， 荧光光谱法测得最大发射波长为580.90 nm。 吸收光谱测定最大吸收有一定差异， 不一定所有的吸收光谱都可以激发荧光光谱, 其差值为-39.47 nm。

2.2 维生素B2的三种图谱

按1.4的方法操作， 用光纤化学传感同步吸收-荧光法， 吸收光谱法， 荧光光谱法分别测得维生素B2的同步吸收-荧光光谱图， 吸收光谱图和荧光光谱图。

Fig.3 Spectrums of VB2 measured by three methods

由图3可以看出， 其中图3(a)为同步吸收-荧光光谱图， 图分为两部分朝上为吸收光谱图部分与图3(b)相似， 朝下为荧光光谱图与图3(c)相似。 由图3(a)同步吸收-荧光法测得最大吸收波长为436.32 nm， 最大发射波长为530.93 nm， 图3(b)吸收法测得最大吸收波长为444.98 nm， 图3(c)荧光法测得最大发射波长为533.16 nm， 图3(a)与(b)吸收波长相差-10.55 nm。

2.3 维生素B6的三种图谱

按1.4的方法操作， 用光纤化学传感同步吸收-荧光法， 吸收法， 荧光法分别测得维生素B6的同步-吸收图谱， 吸收图谱和荧光图谱。

通过图3可以看出， 其中图4(a)为同步吸收-荧光光谱图， 图分为两部分上部分为吸收光谱图与图4(b)相似， 下部分为荧光光谱图与图4(c)相似。 由图4(a)同步吸收-荧光法测得最大吸收波长为293.97 nm， 最大发射波长为394.88 nm， 图4(b)吸收法测得最大吸收波长为289.82 nm， 图4(c)荧光法测得最大发射波长为393.31 nm， 图4(a)与图(b)吸收波长相差4.15 nm。

Fig.4 Spectrums of VB6 measured by three methods

3 结 论

光纤化学传感同步吸收-荧光法能够同步测定吸收光谱和发射光谱， 为分析仪器的检测和发展提供一个全新的研究方向。 本方法为同步吸收-荧光法的建立提供一定的思路， 在一定程度上填补了在线光纤传感同步吸收-荧光光谱仪在食品、 药品残留量检测的应用[14]中缺乏理论依据。 同步吸收-荧光法用于荧光物质的定性分析还有待进一步研究。

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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

国家自然科学基金项目(21162030)资助

章立华， 1987年生， 枣庄市妇幼保健院药学部药师 e-mail： 631348063@qq.com *通讯联系人 e-mail： arkinxyd@sina.com

O657.3

A

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