三維熒光技術(shù)在水質(zhì)監(jiān)測方面的應(yīng)用與發(fā)展

王士峰（西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院,四川 綿陽 621010)

三維熒光技術(shù)在水質(zhì)監(jiān)測方面的應(yīng)用與發(fā)展

王士峰
（西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院,四川 綿陽 621010)

摘 要:三維熒光技術(shù)在水質(zhì)表征方面具有較大潛力。根據(jù)已有的研究成果，對近年來該技術(shù)在天然水質(zhì)表征方面的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)。根據(jù)天然水中主要存在6個(gè)熒光峰（Peak A、Peak C、Peak M、Peak B、Peak T1和Peak T2）和各類熒光峰的差異可以分辨出不同來源的水樣的水質(zhì)狀況、污染程度等。

關(guān)鍵詞:三維熒光技術(shù)；溶解有機(jī)質(zhì)；環(huán)境；水質(zhì)

目前，地表飲用水源的污染類型日益惡劣，且愈顯復(fù)雜。美國的研究報(bào)告表明（1974年以來），飲用水中有近百種致癌物質(zhì)，這也讓飲用水源安全的問題成為世界廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)之一。天然水域（河流、湖泊、海洋等）中廣泛存在著溶解性有機(jī)質(zhì)DOM（dissolved organic matter），其官能團(tuán)豐富，且遷移率高。加之其中富含C、N、P等營養(yǎng)元素，進(jìn)而參與水環(huán)境中的多種理化反應(yīng)過程，對水環(huán)境質(zhì)量有重要影響。比如，其能與金屬離子形成絡(luò)合物，影響金屬的毒性及溶解性；另外，在水處理過程中，DOM會(huì)使消毒過程產(chǎn)生更多的副產(chǎn)物。因?yàn)镈OM的分子量、官能團(tuán)等的分布范圍較大，因此對其各種成分進(jìn)行詳盡分析變得困難。三維熒光光譜（Three-dimensional Excitation-Emission Matrix Spectra），簡稱EEM，具有多種優(yōu)點(diǎn)，比如無需預(yù)處理、準(zhǔn)確度高、速度快、靈敏度高、所需樣品較少等，信息種類豐富且圖像直觀，圖譜與污染物質(zhì)種類、含量相對應(yīng)，就好像人的指紋具有唯一性一樣，所以也被稱為“熒光指紋”，是DOM表征的首選方法。

1 三維熒光峰的分類情況

表1 自然環(huán)境中的水樣熒光峰常見類型及其分布位置

2 環(huán)境因素對DOM熒光的影響

2.1 金屬離子

天然水中的類腐殖酸熒光強(qiáng)度受金屬離子的影響最為明顯。DOM易與金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，致使DOM的熒光強(qiáng)度發(fā)生猝滅的后果。一般而言，如Cu2+、Fe3+、Hg2+、Ni2+、Zn2+等順磁性金屬離子易導(dǎo)致腐殖酸的熒光猝滅；如Al3+、Mg2+、Ca2+和Cd2+等反磁性金屬離子的影響較為復(fù)雜，它們與腐殖質(zhì)絡(luò)合后其熒光可能增強(qiáng)，可能猝滅或者影響不明顯。針對于相關(guān)的研究來看，目前主要是在實(shí)驗(yàn)室條件下采用加入自由金屬離子的方法進(jìn)行，而金屬在自然環(huán)境中主要以顆粒物和有機(jī)物的形式存在，所以關(guān)于金屬離子對DOM熒光強(qiáng)度是否有顯著影響還存在爭議。

2.2 溫度

溫度對熒光強(qiáng)度的影響較大，有研究表明溫度對熒光強(qiáng)度的影響是可逆的，因?yàn)闇囟炔⒉桓淖僁OM的分子結(jié)構(gòu)。但也有觀點(diǎn)與之相反，主張溫度對熒光強(qiáng)度的影響是不可逆的，這可能由于升溫促使DOM發(fā)生了光降解或者分解所致。

2.3 pH對于DOM熒光強(qiáng)度的影響

高pH值條件可導(dǎo)致熒光強(qiáng)度增強(qiáng)；而低pH值條件下則可以導(dǎo)致熒光強(qiáng)度降低。pH值為2～ 12之間是三維熒光光譜技術(shù)較適宜的范圍，但為了減小誤差，有時(shí)在測定前可將pH調(diào)至6～7的中性范圍。天然水（pH值5～ 9）熒光峰的熒光強(qiáng)度的變動(dòng)并不明顯，最大變化可達(dá)10%左右，說明仍可以較好的表征DOM。

3 三維熒光技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

3.1 海洋環(huán)境

海洋或入海口處的海洋微生物的生物、浮游生物與海洋DOM的關(guān)系可以較好的用三維熒光技術(shù)來表征。海洋腐殖酸（Peak M）是在海洋環(huán)境中新產(chǎn)生的腐殖酸，而不同于陸源腐殖酸（Peak C）。如影響海水中的類蛋白熒光峰（Peak B、Peak T1、Peak T2）的因素主要分為內(nèi)源和外源類：海域自身產(chǎn)生的類蛋白物質(zhì)為內(nèi)源，由外來途徑引入的類蛋白稱為外源。人類活動(dòng)對海水的影響可以表征為Peak T1和Peak T2的變化。腐殖酸熒光強(qiáng)度與海水深度及離海岸線距離有關(guān)。腐殖酸（Peak A）離海岸線和入海口越遠(yuǎn)，其熒光強(qiáng)度越低。鹽度對Peak M的熒光影響明顯有關(guān)，因此在分辨河流水和海洋水時(shí)，可根據(jù)隨著鹽度降低，Peak M是否逐漸向長波長的Peak C區(qū)域紅移來判斷。

3.2 淡水環(huán)境

因?yàn)榈蠨OM的濃度相對穩(wěn)定，差異性不大，所以可利用三維熒光技術(shù)的高靈敏度來檢測不同樣品間的細(xì)微不同。一般而言，污水中的類蛋白物質(zhì)較多，而淡水中含有較多的腐殖酸（Peak A 和 Peak C 熒光強(qiáng)度大）。常用類蛋白和類腐殖質(zhì)熒光強(qiáng)度的比值r（類蛋白/類腐殖質(zhì)）來判斷水體污染情況，r值較大時(shí)，說明類蛋白熒光強(qiáng)度較大，可以推測水質(zhì)受到外源污染。r值較小，說明水體未受污染，而受污染的河流r則較大。

4 小結(jié)

由于溶解性有機(jī)質(zhì)（DOM）的廣泛存在，對水環(huán)境質(zhì)量影響嚴(yán)重，目前已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一。三維熒光技術(shù)在快速有效檢測DOM 濃度以及特征的微小變化方面具有明顯優(yōu)點(diǎn)，在表征水體DOM方面可以提供豐富的信息。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣鳳華,楊黃浩,黎先春等.膠州灣海水溶解有機(jī)物三維熒光特征研究[J].光譜學(xué)與光譜分析,2007,27(09):1765-1769.

[2]劉明亮,張運(yùn)林,秦伯強(qiáng).太湖入湖河口和開敞區(qū)CDOM吸收和三維熒光特征 [J].湖泊科學(xué),2009,21(02):234-241.

作者簡介：王士峰（1989-），男，山西晉城人，研究生，水質(zhì)監(jiān)測，學(xué)生，西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院。