叶明树;田治富;胡庆;庄其仁
【摘 要】太阳能学报In this paper, light-emitting diode (LED) source as excitation light pulses is used to study the transient spectra characteristics of rhodamine B. Excitation light source with three central wavelengths are 406 ran, 464 nm and 528 ran super bright purple, blue and green LED. Experimental results show that the fluorescence intensities are very different with the different excitation light color (wavelength), pulse duration and different concentration of the rhodamine B. In the same concentration, if the excitation duration (pulse width) is less than 10 tns? Only green fluorescent excitation can produce strong fluorescence, purple and blue light can not produce fluorescence; if the pulse width is greater than 20 ms, the purple and blue can excite fluorescence but the intensity of excitation is much smaller than that of the green, and the fluorescence of blue is weakest Using a suitable pulse width of purple, blue and green LED as the excitation source, the characteristics of the fluorescence spectra of rhodamine B can be obtained.%采用发光二极管(LED)脉冲光源作为激发光,研究罗丹明B荧
光的瞬态光谱特征.激发光源为3个中心发射波长分别为406,464和528 nm的超高亮紫光、蓝光和绿光LED.实验结果表明:不同激发光颜(波长)、不同脉冲宽度和不同罗丹明B浓度得到的荧光强度有很大差别；在同一浓度下,激发光持续时间(脉冲宽度)小于10 ms,只有绿光激发能产生强的荧光,紫光和蓝光不能产生荧光；而脉冲宽度大于20 ms时,紫光和蓝光激发有荧光出现,但强度都比绿光激发时小很多,并且蓝光激发时荧光最弱.采用合适脉冲宽度的紫光、蓝光和绿光LED作为激发光源,可以得到罗丹明B的特征荧光光谱. 【期刊名称】《华侨大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2011(032)006
【总页数】5页(P623-627)
【关键词】发光二极管;罗丹明B;荧光光谱;脉冲宽度
【作 者】氨基甲酸酯叶明树;田治富;胡庆;庄其仁
【作者单位】华侨大学信息科学与工程学院,福建泉州362021;华侨大学信息科学与工程学
院,福建泉州362021;华侨大学信息科学与工程学院,福建泉州362021;华侨大学信息科学与工程学院,福建泉州362021
【正文语种】中 文
【中图分类】TN29
传统的荧光仪器大多采用脉冲氙灯、激光器、汞灯等作为激发光源，不仅需要高压供电，而且体积大、成本高，无法满足实时原位监测的要求.近年来，随着发光二极管（LED）技术和工艺的不断提高，各种超高亮、短波长的LED不断出现，使得LED的发射波长几乎覆盖了整个近紫外－近红外光谱区，有望取代传统激发光源［1-2］.然而，荧光光谱仪由于受到激发光源、单仪和探测器的光谱特性的影响，其荧光光谱（激发光谱和发射光谱）并不是所研究物质的真实光谱，而要得到物质的真实光谱，一般要采用罗丹明B法［3-5］对实验光谱进行校正.罗丹明B荧光染料具有光稳定性好，对pH值不敏感，较宽的波长范围和较高的荧光量子产率等优点，是分析化学和生物医药科学等生物技术领域中最常用的荧光染料.已有的文献中，采用常规光源和分光光度计法测量罗丹明B二维及三维荧光光谱的报道较多［6-9］.司马伟昌等［10］报道了采用多波长LED阵列诱导罗丹明B的荧光发射光
谱.本文采用电子快门控制光脉冲，研究LED激发罗丹明B荧光的瞬态光谱特征.
图1为实验装置原理图，由LED激发光源、样品池、聚焦透镜和光纤光谱仪共同组成.激发光源为中心发射波长分别为406，464和528nm的3个超高亮紫、蓝、绿发光二极管（LED），直径均为5mm，LED为半球形封装，具有较小的光束发散角（小于15°），样品池大小为12mm×12mm×450mm.
激发光从一个方向入射样品池，在垂直方向上由焦距50mm的聚焦透镜收集荧光，在焦点处为USB 4000型光纤光谱仪（美国Ocean Optics公司）的光纤入射端面，最后由计算机进行数据处理.LED光源采用恒流驱动输出，幅度稳定，激发光脉冲通过1／1 000s的电子快门控制，激发光脉冲宽度控制为50ms.
实验所用工作液采用母液逐级稀释得到 .首先取0.50g罗丹明B用少量水溶解，于500mL容量瓶中定容，然后取1mL罗丹明B溶液在量筒中稀释，再进行荧光测定.光纤光谱仪的积分时间是5ms，光谱仪的工作方式设定为外部触发，触发信号由控制电子快门的单片机发出.由于电子快门开启跟关闭相对于光谱仪都有延迟，所以电子快门跟光谱仪的开启时间误差会前后相减延迟而抵消，达到整个系统的时间同步.Atmega16单片机（美国Atmel公司）系
统时钟设定为8MHz，以减少定时时间误差.
多普勒效应宝莱坞歌舞精粹紫光、蓝光和绿光LED的发射光谱，如图2所示.3种LED光源的中心发射波长分别为406，464和528nm，峰值相对光强度相差不大（约62 000单位），光谱半高全宽分别为25，33和45nm.并且，528 nm绿光LED的发射光谱基本覆盖了罗丹明B最大量子产率的554～566nm激发波长范围［6］.
分别用上述紫光、蓝光和绿光LED光脉冲激发罗丹明B溶液（质量浓度为0.5g·L－1），其瞬态荧光光谱分别如图3～5所示.
从图3（a）可看出：紫光脉冲激发罗丹明B溶液时，荧光峰值波长在625nm左右，荧光强度逐渐增强，25 ms荧光峰值达到稳定的最大值，其相对光强度约3 000个单位，25ms后，长波长的荧光强度继续增大，40ms后荧光光谱基本稳定不变.从图3（b）可看出，当紫光脉冲熄灭后，荧光强度急剧下降，5ms后荧光强度就下降到最大值的一半以下，并且峰值波长和短波长部分下降速度最快，长波长荧光强度下降速度较慢.假死机
从图4（a）可知：蓝光激发罗丹明B荧光有很大的延迟，在激发光入射20ms后才有明显的
荧光出现，并且强度很低.20ms的荧光光强缓慢增长，45ms的荧光强度才达到最大，但幅度很小，峰值约1 750个单位.从图4（b）可以看出，蓝光激发的罗丹明B荧光的消失也比较缓慢.
从图5（a）可以看出：与紫光和蓝光激发罗丹明B荧光比较，绿光激发的荧光出现速度最快，10ms就有很明显的荧光出现，其峰值约3 000个单位；10ms的荧光强度达到最大，其峰值约9 600个单位，10ms后的荧光光谱向长波长展宽.从图5（b）可以看出，绿光激发的荧光在激发光熄灭后强度快速下降，10ms后已下降至最大值的5%以下.
不同质量浓度的罗丹明B被紫、蓝和绿LED激发出荧光的时间和荧光的熄灭时间并没有明显的不同，但是在荧光峰值和峰值中心却有着很大的差异.紫、蓝和绿LED激发不同质量浓度（ρ）的罗丹明B的荧光光谱，如图6所示.
从图6可知：不同质量浓度的罗丹明B被紫、蓝和绿LED激发出的荧光光谱同样在25，45和10ms时峰值达到最大.在罗丹明B浓度增加的情况下，光谱的峰值逐渐降低，而且荧光中心都明显的红移了.发射波长发生红移可能是由于溶液质量浓度过大，罗丹明B发生聚集状态形成了二聚体或多聚体后，导致能量在组分分子间来回转移，延长了分子在发
生荧光之前的寿命［11］.同时，由于可能存在的自熄灭作用增强，所以体系的荧光强度随着罗丹明B质量浓度的增加反而减小.
根据实验结果，罗丹明B的荧光光谱不但与激发光波长有关，还与激发光持续时间有关.从图6还可以看出，不同激发光颜（波长）和脉冲宽度得到的罗丹明B荧光强度有很大差别 .当激发光持续时间（脉冲宽度）小于10ms时，只有绿光激发能产生强的荧光，紫光和蓝光不能产生荧光；当脉冲宽度大于20ms时，紫光和蓝光激发有荧光出现，但强度都比绿光激发时小很多，并且蓝光激发时荧光最弱.
从图5（a）还可以看出，激发光持续时间（脉冲宽度）小于10ms时，绿光激发产生的荧光光谱宽度窄，激发光持续时间增加，荧光光谱宽度变宽 .因此，采用合适的激发光持续时间（脉冲宽度）的紫光、蓝光和绿光LED作为激发光源，可以得到罗丹明B的特征荧光光谱，如图7，8所示.图7，8中：激发光脉冲宽度为10ms.
上述实验结果表明，罗丹明B荧光光谱中包含荧光和磷光［12-13］现象 .当激发光持续时间（脉冲宽度）小于10ms时，发光光谱主要为荧光光谱 .这是因为荧光寿命短，有激发源时会发光，激发源去除后，荧光就立即消失.当激发光脉冲宽度大于20ms时，紫光和蓝光
激发有荧光出现，绿光激发的荧光光谱展宽，主要向长波长展宽.这部分荧光包含了磷光成分，激发源去除后荧光依然存在（缓慢减弱）.因此，罗丹明B特征荧光光谱才是没有磷光成分的纯荧光光谱，该特征光谱可用于罗丹明B成分检测和其他采用罗丹明B作为试剂的传感领域.
瞬态荧光光谱测量方法，如采用波长连续可调的激发光源，就能得到罗丹明B的四维荧光光谱（激发－发射－时间－荧光光谱）.相比较于三维荧光光谱图，罗丹明B的四维荧光光谱图更能详细描述被测组分的性质.
【相关文献】
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