多波長便攜式有機污染物光譜快速檢測裝置的研制及應用

摘要 針對地表水中有機污染物現場、快速和準確檢測的需求，采用紫外發光二極管（UV-LED）研制了一種多波長便攜式光譜檢測裝置，并開發了相應的光譜檢測方法。通過測量熒光光譜和吸收光強度，結合多波長光譜相關性計算方法對目標物進行分析，可對在260～370 nm 紫外區有響應的有機污染物進行定性和定量檢測。應用本裝置和建立的方法對多環芳烴（PAHs）和羅丹明B 進行檢測，在吸收模式下，蒽和羅丹明B 的線性范圍分別為10～100 mg/L 和8.5～100 mg/L；在熒光模式下，蒽和羅丹明B 的線性范圍分別為0.006～50 mg/L和0.02～0.78 mg/L；在吸收/熒光雙模式下，蒽和羅丹明B 的檢測范圍可分別擴大到0.006～100 mg/L 和0.02～100 mg/L。在吸收和熒光模式下，本方法檢測地表水中PAHs 的加標回收率分別為97.4%～105.1%（蒽）和84.5%～91.2%（蒽、萘和芘），兩種模式下均具有良好的檢測準確性。采用優化的多波長光譜相關性計算方法對PAHs 混合物進行識別驗證，結果表明，在目標物的線性濃度范圍內，本方法用于識別含有單一或混合目標物的兩種不同濃度溶液時，其相似度可達到75%以上；在識別兩種不同物質的溶液時，相似度低于25%，表明本方法對目標物具有較好的識別性。本研究將熒光和吸收光譜雙檢測模式結合，拓展了光譜法在水質污染物快速識別和檢測中的應用范圍，為地表水中PAHs 的現場快速檢測提供了有效手段。

關鍵詞 熒光光譜；多波長紫外發光二極管；地表水；多環芳烴；快速檢測

地表水水質監測是保障水質安全的重要手段之一，目前常用的一些水質監測指標如溶解氧、電導率、pH 值、氧化還原電位、濁度、鹽度、硝酸鹽、氨氮及部分鹵離子等均可實現現場快速檢測，但是對于水中低含量的毒性有機污染物則缺乏有效的現場快速檢測手段。由于地表水水質（特別是水源地）直接關系到人類健康，國家對地表水的監測要求不斷提高，水質的現場快速檢測指標已從常規指標擴展到特征污染物指標，水中毒性有機污染物含量已成為重點監控指標之一[1-2]。多環芳烴（PAHs）是一類對人體具有較強的毒性、致突變性和致癌性的有機污染物，在水環境中廣泛存在，是地表水環境質量重點監控的污染物之一[3]。目前，對PAHs 的檢測主要在實驗室內進行，檢測方法主要包括氣相色譜法、氣相色譜-質譜聯用法和高效液相色譜法等[4-6]。這些方法通常需要對樣品進行前處理[7]，操作較繁瑣且耗時較長[8]，難以滿足對該類污染物現場快速篩查和分析的需求[9]。目前已有的PAHs 快速檢測技術主要包括熒光檢測技術和電化學傳感器技術等[10-12]，其中，熒光檢測技術應用最廣，但常用的便攜式熒光檢測儀存在光源波長單一、靈敏度低和檢測范圍窄等不足。針對地表水中PAHs 復雜多變的特點[13]，亟需開發污染物快速識別及準確定量的檢測方法及儀器。

本研究針對地表水中有機污染物PAHs準確、快速檢測的需求[14]，搭建了一個基于多波段光譜的便攜式檢測裝置，并開發了相應的快速檢測方法。本裝置具有熒光和吸收兩種檢測模式，能夠對目標物進行選擇性識別和高靈敏檢測，可檢測在260～370 nm紫外區有吸收的物質，適用于地表水中PAHs的現場快速檢測。