甲醇和乙醇的三維熒光光譜特性研究

第32卷,第2期光譜學(xué)與光譜分析Vol.32,No.2,pp420-4242012年2月Spectroscopy and Spectral AnalysisFebruary, 2012甲醇和乙醇的三維熒光光譜特性研究卜貴軍1,2,何小松3,鄭小江12,艾訓儒12,石友香4湖北民族學(xué)院生物資源保護與利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗室,湖北恩施4450002.湖北民族學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,湖北恩施450003.北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院,北京1008754.成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院,四川成都610059摘要為闡明甲醇和乙醇的光譜學(xué)特性,建立兩者快速的辨析方法。采用三維熒光光譜,對甲醇和乙醇的熒光特性進(jìn)行了研究。分析結果顯示,甲醇的三維熒光光譜中出現了兩個(gè)特征熒光峰,其熒光強度在甲醇體積濃度小于15%時(shí)與其濃度成正相關(guān),乙醇的三維熒光光譜中出現了一個(gè)完整的特征熒光峰,其熒光強度在乙醇體積分數小于50%時(shí)與乙醇濃度成相關(guān),甲醇比乙醇具有更高的熒光效率,以甲醇為有機溶劑研究化合物的熒光特性時(shí),需要考慮甲醇的本底熒光。甲醇和乙醇的特征熒光峰位置差別較大,前者特征熒光峰出現在225/350m和250/375m處,而后者特征熒光峰位于240/310mm,據此可以有效辨析兩種醇。關(guān)鍵詞甲醇;乙醇;三維熒光光譜;辨析中圖分類(lèi)號:Q632文獻標識碼:ADO:10.3964/.isn.10000593(2012)02042005有報道,有待進(jìn)一步闡明?；诖?本研究采用三維熒光光引言譜,對甲醇和乙醇的結構特征進(jìn)行表征,以其為二者的正確使用和快速檢測提供新的方法和技術(shù)手段甲醇和乙醇在特定波長(cháng)激發(fā)光下均能產(chǎn)生熒光。作為有機溶劑,兩種醇常用于疏水性有機物結構表征和環(huán)境行為分1實(shí)驗部分析前的提取、分離和溶解過(guò)程:。當通過(guò)熒光分析手段研究這些疏水性有機物的理化特性時(shí),需要首先闡明甲醇、乙L.1儀器與試劑醇二者本身熒光特性,以揭示其作為有機溶劑是否對體系分所用儀器為 PerkinElmer公司生產(chǎn)的 Luminescence析結果產(chǎn)生影響。此外,甲醇是一種劇毒物質(zhì),而乙醇是一 Spectrometer Ls55型熒光分光光度計。分析測試時(shí)熒光分種重要的食品和醫藥原料,但二者在色澤、氣味等諸多理化光光度計的激發(fā)光源為150W氙燈,PTM電壓700V,激發(fā)性質(zhì)上卻又相似,致使將甲醇當成乙醇誤食而中毒的事件時(shí)(Ex)和發(fā)射(Em)光譜狹縫寬度均設定為10mm,掃描波長(cháng)有發(fā)生。因此,通過(guò)現代光譜學(xué)技術(shù),建立甲醇、乙醇高效范圍Ex=200~400mm,Em=280~500nm,掃描速度1200的辨析方法,對于正確使用甲醇和乙醇作為有機溶劑,提高mm·min1。飲食安全,都具有重要的意義所用甲醇和乙醇均為色譜純,蒸餾水為MliQ超純水朱拓等4先后采用紫外吸收光譜和熒光發(fā)射光譜對甲( Millipore,18.2Mn·cm)。醇和乙醇的光譜學(xué)特性進(jìn)行了研究,建立了最長(cháng)吸收波長(cháng)和1.2方法熒光發(fā)射光譜中峰中心位置來(lái)區別甲醇和乙醇的方法。近年根據預實(shí)驗結果,將甲醇以0.1%,0.5%1%5%來(lái),三維熒光光譜被廣泛應用于有機物結構組成的表征,相10%及15%的體積比溶于超純水,配置成不同體積分數的甲對于常規的熒光發(fā)射光譜,它能同時(shí)給出激發(fā)光譜發(fā)射光醇溶液;將乙醇以5%,10%,20%,30%,40%及50%的體譜熒光強度三者信息,更能全面反映出待檢有機物結構特積分數溶于超純水,配置不同濃度比的乙醇溶液,進(jìn)行熒光征η,但采用三維熒光光譜研究甲醇和乙醇結構,目前鮮分析。此外,分別將50mL甲醇和乙醇盛在燒杯中,100℃收稿日期:2011-0513,修訂日期:20110820基金項目:國家自然科學(xué)基金項目(51078340)和北京師范大學(xué)優(yōu)秀博土學(xué)位論文培作者簡(jiǎn)介:卜貴軍,1981年生,湖北民族學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院助教 e-mail:中國煤化工兼通訊聯(lián)系人 e-mail;hexs82@126.cmCNMHG第2期光譜學(xué)與光譜分析下烘干,然后在烘干的燒杯中各加入20mL超純水,測試溶在260mm附近。本研究對甲醇溶液的三維熒光光譜分析顯液的熒光特性。示,甲醇分子在275m處也能產(chǎn)生一個(gè)特征熒光峰,顯示1.3數據分析在該波長(cháng)下甲醇分子也有較強吸收,進(jìn)一步精確了甲醇溶液所有實(shí)驗數據分析均在 Microsoft excel2003和SPSS的最大吸收波長(cháng)。相對于熒光發(fā)射光譜,三維熒光光譜能給16.0上進(jìn)行出激發(fā)光譜發(fā)射光譜熒光強度的三維信息,因此更能精確地給出有機分子的光譜特征參數。2結果與討論甲醇分子的兩個(gè)特征熒光峰中,Peak1的熒光強度強于Peak2,這可能與Peak1處于低激發(fā)波長(cháng)下,吸收能量較高2.1甲醇的三維熒光光譜特性有關(guān)。圖1顯示,當溶液中甲醇體積分數為0.1%,甲醇溶液已有對有機物三維熒光光譜的分析,主要從有機物特征的三維熒光光譜中Peak1的熒光強度已達到122.7,顯示甲熒光峰位置和峰強度進(jìn)行的10。圖1為不同濃度條件下甲醇分子熒光效率較高,在較低濃度就能產(chǎn)生較強的熒光強醇溶液的三維熒光光譜圖,該圖顯示,不同濃度的甲醇溶液度,因此在利用甲醇作為溶劑分析有機物的熒光特性時(shí),要在其三維熒光光譜中出現了兩個(gè)特征熒光峰:Peak1和特別考慮到甲醇分子本身的熒光特性。圖2顯示,在較低體Peak2,對應的熒光峰位置依次為225/350mm和250/375積分數下(<15%),甲醇分子兩個(gè)特征熒光峰熒光強度與溶nm。甲醇的分子結構中包含一個(gè)甲基和羥基,甲基的吸收波液體積分數成線(xiàn)性相關(guān),并且Peak2與溶液中甲醇的體積濃長(cháng)小于200mm,而羥基能吸收波長(cháng)大于200m的紫外光,度相關(guān)性更好些(R2=0.9955),因此,可通過(guò)該峰熒光強度產(chǎn)生nx躍遷,致使分子處于不穩定的激發(fā)態(tài),當分子從分析甲醇含量。但溶液中甲醇體積濃度超過(guò)15%后,由于熒激發(fā)態(tài)返回基態(tài)時(shí),吸收的能量以熒光的形式釋放出來(lái),光自猝滅效應,熒光強度與甲醇體積濃度相關(guān)性較差(結果因此,甲醇分子具有較強的熒光特性。朱拓等口通過(guò)紫外吸未列出)。收光譜和熒光發(fā)射光譜研究顯示,甲醇分子的最大吸收波長(cháng)350350目400250250)A400Fig 1 Influence of the concentration on the three-dimension fluorescence excitorectra of800y55189xl11979809x+662400中國煤化工68101214Concentration/%CNMHGFig 2 Influence of the concentration of methanol on the intensities of its peaks422光譜學(xué)與光譜分析第32卷22乙醇的三維熒光光譜特性射波長(cháng)位于310mm處。與前人的研究相比12),三維熒光與甲醇類(lèi)似,不同體積分數的乙醇溶液也展現了兩個(gè)熒光譜不僅揭示了乙醇分子最大發(fā)射波長(cháng),而且還表明了乙醇光峰:Peak3和Peak4(圖3),其峰位置分別為210/33m的最大激發(fā)波長(cháng)為240m。圖4顯示,在一定乙醇體積濃度和240/310mm。與Peak4相比,Peak3未形成完整的熒光下(<50%),兩個(gè)熒光峰(Peak3和Peak4熒光強度均與乙峰,部分峰位置位于激發(fā)波長(cháng)200mm以下。乙醇分子中包醇濃度成線(xiàn)性正相關(guān),由于Peak3未完全形成,最大熒光峰含一個(gè)甲基、一個(gè)亞甲基和一個(gè)羥基,這三個(gè)官能團中,只位置不易確定,因此,盡管其在相同條件下熒光強度更強,有羥基能在200m以上產(chǎn)生吸收和發(fā)射熒光。前人的研究靈敏度更高,在實(shí)際檢測分析中,Peak4更適于乙醇的鑒別顯示4,乙醇分子的熒光發(fā)射峰位于307mm附近,這與本和分析。研究報道的Peak4發(fā)射波長(cháng)310mm一致,即乙醇的最大發(fā)20%Peak 4400500280400%Fig, 3 Influence of the concentration on the three-dimension fluorescence excitionremission matrix spectra of ethanoly1884.3x+22532y1876.7x87.542i叫0ig. 4 Infuence of the concentration of ethanol on the intensities of its peaks2.3甲醇與乙醇熒光特性的對比研究積分數下的熒光強度更弱,甲醇溶液在體積分數為15%時(shí)的圖5顯示,同種醇中兩個(gè)特征熒光峰均有較高的相關(guān)熒光強度與乙醇溶液在體積分數為50%時(shí)的熒光強度相當,性,這可能與它們來(lái)自同種物質(zhì)有關(guān)。Lu等(B,10對滲濾液均在800左右。根據已有的報道可知,甲醇分子中未共享電中有機物的研究也發(fā)現,同種物質(zhì)產(chǎn)生的不同熒光峰的熒光子產(chǎn)生熒光的主躍遷能級差約為366eV,而乙醇分子中對強度具有較好的相關(guān)性。有機分子吸收光子后,處于不穩定應的主躍遷約為4.05eV,因此,相同能量照射下,甲醇分激發(fā)態(tài),當分子從最低激發(fā)態(tài)返回基態(tài)時(shí),就產(chǎn)生了熒光,子比乙醇分V凵中國煤化工光,具有更高的熒光由于基態(tài)能級含有不同的振轉動(dòng)能級,所以受激電子返回基效率因此強CNM態(tài)時(shí)發(fā)射的熒光波長(cháng)是不同的,導致有機分子的發(fā)射波長(cháng)不圖6時(shí)如人20mL蒸餾水后同,同種有機分子產(chǎn)生多個(gè)特征熒光峰。溶液的三維熒光光譜特性,結果顯示,甲醇即使在100℃烘圖3和圖4顯示,與甲醇溶液相比,乙醇在相同濃度體干后,其加入水后形成的溶液還具有較高的熒光強度,其特第2期光譜學(xué)與光譜分析R2-09950020040060080010002004006008001000Peak 1Peak 3Fig 5 Correlation between different peaks of methanol and ethanol征熒光峰Peak1的熒光強度為756,Peak2為771;與此不同的是,乙醇在100℃烘烤2h后,其三維熒光光譜與蒸餾水的相同,未出現特征熒光峰。根據甲醇和乙醇的理化特性可知,甲醇比乙醇在相同條件下更容易發(fā)生揮發(fā),因此,造成上述結果可能的原因是,兩種醇在100℃下烘烤均未揮發(fā)殆盡,但是由于甲醇分子的熒光效率較高,而乙醇分子的熒光效率較低,致使甲醇在烘干后加入蒸餾水仍顯示出較強的熒光特性,而乙醇烘干后配成的溶液幾乎未檢查到熒光。250上結果進(jìn)一步揭示,在使用甲醇和乙醇作為有機溶劑研究疏水性有機物的熒光特性時(shí),需考慮到甲醇溶液本身的熒光。4005003結論Fig 6 Three-dimensional fluorescence excitationr-emission of(1)甲醇和乙醇均為熒光物質(zhì),當體積濃度小于15%時(shí)methanol making the solution after drying at 100 C甲醇溶液特征熒光峰的熒光強度與其體積分數成正相關(guān);當體積分數小于50%時(shí),乙醇溶液特征熒光峰的熒光強度與其(2)甲醇和乙醇可通過(guò)特征熒光峰位置進(jìn)行辨析:甲醇體積濃度成相關(guān)。甲醇比乙醇具有更高的熒光效率,當以甲的特征熒光峰位于225/350mm和250/375m處,而乙醇特醇為有機溶劑時(shí),需要考慮其熒光特性。征熒光峰在240/310mReferences[1] DAI Jing-yu, QIN Shu-ping, ZHoU Jiang-min(代靜玉,秦淑平,周江敏). 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College of Environment and Civil Engineering, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, ChinaAbstract For the purpose of revealing the spectra characteristics of methyl and ethanol, and establishing a method for distinguishing each other, the fluorescence features of methyl and ethanol were studied by three-dimensional fluorescence excitation-mission matrix spectra. The results obtained showed that there were two peaks in the three-dimensional fluorescence excitation-emission matrix spectra of methyl, and the intensities of the two peaks were positively related to the concentration of methylwhen it was less than 15%. On the other hand, a whole fluorescence peak was only observed in the three-dimensional fluores-cence excitation-emission matrix spectra of ethanol, and the intensity of the peak was positively correlated to the content of ethanol when it was less than 50%. There was a higher fluorescence efficiency for the methanol as compared to the ethanol. Whened for organic solvents to study the fluorescent nature of the organic matter, the fluorescence emitted by themethyl should be deduced. The locations of the fluorescence peaks of the methyl and ethanol were different. The peaks of themethyl were located at 225 /350 nm and 250/375 nm, while the peak of the ethanol was characterized by 240/310 nm. Thereforethe fluorescence peak locations of the two alcohols could be applied to discriminate each other.Keywords Methanol; Ethanol; Three-dimensional fluorescence excitation-emission matrix spectra; DiscriminationReceived May 13, 2011; accepted Aug. 20, 2011)w Corresponding author中國煤化工CNMHG