Phổ UV-Vis và huỳnh quang của RLED ở dạng tự do và khi có mặt các cation kim loại Hg2+, Cu2+, Zn2+, Pb2+, Cd2+, Fe2+, Co2+, Ni2+, Ag+, Na+, K+, Ca2+ và Mg2+ được trình bày trên Hình 3.55. Kết quả cho thấy ở dạng tự do RLED có ba dải hấp thụ ánh sáng ứng với bước sóng hấp thụ cực đại tại 295 nm, 407 nm và 480 nm. Kết quả tính tốn lý thuyết dự đốn RLED có hai cực đại hấp thụ và 267 nm và 375 nm. Hơn nữa ở trạng thái tự do RLED khơng có màu (Hình 3.56). Do đó dải hấp thụ tại 480 nm là bất thường so với quan sát về màu sắc và kết quả tính tốn lý thuyết phổ UV-Vis của RLED dự đốn nó là hợp chất khơng có màu. Nhiều nghiên cứu cho thấy, khi bị kích thích bởi ánh sáng tử ngoại các dẫn xuất rhodamine spirolactam có thể xảy ra phản ứng quang hóa thuận nghịch chuyển đổi từ dạng đóng vịng spirolactam (khơng màu) sang dạng mở vịng (có màu hồng) [180-182]. Do đó, có thể cực đại hấp thụ tại 480 nm là của RLED ở dạng mở vòng spirolactam tạo thành do phản ứng quang hóa của RLED khi bị kích thích bởi ánh sáng tử ngoại trong quá trình quét phổ UV-Vis.
Hình 3.55. Phổ UV-Vis (a) và huỳnh quang (b) của RLED (10,0 μM) khi thêm 10,0
μM Hg2+ và 10,0 μM các cation kim loại khác (Mn+) Cu2+, Zn2+, Pb2+, Cd2+, Fe2+, Co2+, Ni2+, Ag+, Na+, K+, Ca2+ và Mg2+
Dung dịch RLED khi có mặt Hg2+ xuất hiện một cực đại hấp thụ mới tại 530 nm trong khi các cation kim loại khác hầu như không ảnh hưởng lên phổ UV-Vis của RLED. Đúng như dự đốn lý thuyết, RLED chuyển từ dạng khơng phát huỳnh quang sang phát huỳnh quang khi tương tác với ion Hg2+ với bước sóng phát xạ cực đại là 558 nm. Hơn nữa, sự có mặt của các cation kim loại khác gần như khơng làm thay
đổi tính chất huỳnh quang của RLED. Các kết quả này mở ra khả năng sử dụng RLED làm sensor huỳnh quang để phát hiện Hg2+.
Hình 3.56. Thay đổi màu sắc (a) và huỳnh quang (b) của A (RLED), B (RLED +
Hg2+), C (RLED + Hg2+ + các cation kim loại) và D (RLED + các cation kim loại)
c. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian và pH lên phổ UV-Vis và huỳnh quang
Hình 3.57 trình bày sự thay đổi cường độ hấp thụ và huỳnh quang theo thời gian của RLED (10,0 µM), sau khi thêm 10,0 μM Hg2+. Kết quả cho thấy cường độ hấp thụ và huỳnh quang đạt giá trị cân bằng sau khoảng 30 phút. Điều này cho thấy phản ứng giữa RLED và Hg2+ xảy ra tương đối chậm. Do đó, tương tác giữa RLED và Hg2+ khơng phải là q trình tạo phức thơng thường (xảy ra rất nhanh) mà là phản ứng hóa học liên quan đến phá vỡ và hình thành liên kết.
Hình 3.57. Thay đổi mật độ quang tại 530 nm (a) và thay đổi cường độ huỳnh quang tại 558 nm (b) của RLED (10,0 M) theo thời gian khi thêm 50,0 M Hg2+
Đối với khả năng ứng dụng thực tế, khoảng pH hoạt động của sensor là một thơng số quan trọng. Hình 3.58 cho thấy, khi pH giảm từ 5,0 xuống 2,0 kéo theo sự gia tăng độ hấp thụ và cường độ huỳnh quang của dung dịch RLED tự do. Điều này có thể được giải thích là do sự mở vịng spirolactam gây ra bởi q trình proton hóa RLED (dạng cationic) như đã được tính tốn và trình bày trong phần xác định dạng
tồn tại của RLED trong dung dịch. Trong khoảng pH từ 5,0 đến 10,0 độ hấp thụ và cường độ huỳnh quang của hệ RLED – Hg2+ đạt giá trị ổn định. Các kết quả này cho thấy RLED có thể phát hiện Hg2+ trong khoảng pH rộng, từ 5,0 đến 10,0.
Hình 3.58. Mật độ quang tại 530 nm (a) và cường độ huỳnh quang
tại 558 nm (b) của RLED (10,0 μM) khi có và khơng có Hg2+ (10,0
μM) tại các pH khác nhau