三维荧光光谱研究溶解有机质与汞的相互作用

随着荧光光谱技术的进展,三维荧光光谱被广泛应用于研究各种天然水体中溶解有机质(包括腐殖质)的各种环境行为.本文利用三维荧光光谱和荧光猝灭滴定技术研究河流溶解有机质与Hg(Ⅱ)的相互作用.结果表明,溶解有机质中含有的3种类型荧光基团都能够不同程度地被Hg(Ⅱ)猝灭,并采用非线性回归分析拟合出Hg(Ⅱ)与3种荧光基团之间的条件稳定常数.pH值对Hg(Ⅱ)-DOM体系具有显著影响.Cl^-对Hg(Ⅱ)-DOM体系具有强烈的竞争作用.Ca(Ⅱ)能够使Hg(Ⅱ)-DOM体系荧光增强,而Mg(Ⅱ)对之影响很小.此外,Cu(Ⅱ)与Hg(Ⅱ)都是DOM的荧光猝灭剂,但是其猝灭机理存在差异.     

水环境中天然溶解有机质分子量的研究现状及意义

溶解有机质存在于所有的水环境中,它是组成不均匀、结构复杂和分子量分布很宽的有机化合物混合体。本文综述了测量溶解有机质分子量的主要方法,各种方法的原理和优缺点,其中详细介绍了高效体积排阻色谱法的原理,平均分子量和分散系数的计算,以及分子量的校正;同时介绍了可能影响分子量分布的主要地球化学因素,以及天然水中溶解有机质的分子量分布的特征。     

长江溶解有机质三维荧光光谱的平行因子分析

利用三维荧光光谱(EEMs)研究了2009年9月长江上游至河口近4000km主流区域溶解有机质(DOM)的荧光组分特征及分布变化,结合紫外可见吸收光谱a350,旨在认识长江DOM的组成、来源和迁移转化过程.通过平行因子法(PARAFAC)解谱,得到3个类腐殖质组分H1、H2、H3及2个类蛋白质组分P1、P2.溶解有机碳(DOC)在上游浓度最低,在三峡库区万州附近明显增加,而后趋于稳定.荧光组分峰值之和(∑Fluo)呈类似趋势,和DOC相关性分析(R2=0.92)说明EEMs-PARAFAC可有效示踪溶解有机质的分布.其中蛋白质信号∑P约占∑Fluo的1/4,叶绿素a与∑P、DOC的弱相关性说明自生源不能主导DOM荧光组分分布;不同类腐殖质组分变化趋势不同,H3(Ex/Em:250/450~485nm)在库区后的水体有明显富集,而H1、H2占∑Fluo百分比则有所下降,a350也呈优先降解的趋势,反映了长江DOM迁移转化过程的选择性.     

贵州百花湖水中溶解有机质的分子量分布随深度的变化规律

利用高效体积排阻色谱法测量了百花湖水中溶解有机质的分子量及其分布。结果表明百花湖水中溶解有机质（DOM）主要以分子量小于3500道尔顿（Da）的组分为主,其中重均（Mw）和数均（Mn）分子量分别界于2300～2500 Da和1900～2150 Da之间,说明其主要来源于降水对土壤有机物的淋滤和径流作用。根据色谱分析的结果,可以把溶解有机质的分子量分布分为四个组分：大分子量组分（MW〉3500 Da）;中等偏大分子量组分（3500～2000 Da）;中等分子量组分（2000～1000 Da）和小分子量组分（MW〈1000 Da）。由于生物活动和光降解作用以及有机物的分解作用,导致各分子量组分随深度的变化规律不同,其中分子量在3500～2000 Da之间的有机物的含量随深度的增大而增大,其余组分的含量随深度的增大而减少。计算所得的溶解有机质的Mw和Mn在表层较小,在中部随深度基本保持不变,到底部又变大。这种变化趋势与分子量组分的变化结果一致。     

水体有色溶解有机质的研究进展

有色溶解有机质（CDOM）是溶解有机质（DOM）的重要组成部分,它影响着碳的生物地球化学循环,为水生微生物提供重要的碳源和能源。文章介绍了国内外CDOM的研究进展和动态．主要包括CDOM的紫外吸收光谱研究,荧光光谱研究,并对CDOM中主要成分的荧光峰位置及峰值变化、来源进行论述．最后对CDOM的研究重点作了展望。     

河流-湖泊系统中溶解有机质的示踪及迁移

应用同步和三维荧光光谱对夏季贵州红枫湖、百花湖河流-湖泊系统的DOM(溶解有机质)进行识别和示踪,重点揭示了人为来源DOM的迁移和影响.结果表明,人为来源DOM比例较大的水体r(287 nm/332 nm)(同步荧光光谱指数)均大于1,r(B/C)(三维荧光光谱指数)较高,287 nm处的同步荧光峰是有机污染物的特征峰.与红枫湖表层水相比,百花湖表层水出现明显的类蛋白荧光峰,且r(287 nm/332 nm)(2.7)远大于红枫湖(0.7),指示百花湖中人为来源ρ(DOM)高于红枫湖.东门桥河向百花湖输送了较多人为来源DOM,但在百花湖水体纵向剖面4 m以下受到的影响较小.经过稀释和净化百花湖出口人为来源的ρ(DOM)已降至较低水平.同步荧光和三维荧光光谱联合可用来识别和示踪水体中人为来源ρ(DOM).      

辽河水体中溶解有机质的光谱初步研究

文章分析了辽河流域水体中溶解有机质的吸收光谱,荧光特性及其主要来源。对比紫外可见吸收和散射2种模型,结果表明DOM对紫外可见光既有吸收也有散射。运用平行因子分析法(parallel factor analysis,PARAFAC),对三维荧光激发-发射矩阵(EEM)进行分析,发现3种荧光团,包括1种类蛋白荧光团和2种类腐殖质荧光团。荧光指数(FIX)为1.60～2.10,初步认为此时段辽河流域DOM的来源为多重来源,生物源比重较大。大多数SUVA_(254)在1.22～2.82L/(mg·m)之间,同文献报导的来自于土壤或者高等植物的DOM相比,值相对较小,DOM的芳构化程度较低,进一步表明DOM来源以生物源为主。     

九龙江河口有色溶解有机物的三维荧光光谱特征

采用三维荧光光谱(EEMs)技术,结合EEMs全光谱及特定光谱区荧光强度积分的方法,研究了九龙江口有色溶解有机物(CDOM)入海过程中在来源及性质上发生的变化特征,并分析了河口外高盐度海区CDOM各荧光组分的垂直分布特征.结果表明,九龙江河口区CDOM含有类腐殖质荧光峰A、C、M以及类色氨酸荧光峰T1、T2,而在口外高盐度海区还观测到类酪氨酸荧光峰B.EEMs总荧光强度积分值(TOT)可作为表征河口区CDOM浓度的一个良好指标,且优于常规的单点荧光法.从河端至外海,TOT及CDOM各荧光团的荧光强度积分值(IFI)不断减小,表明陆源输入为河口区CDOM的主要来源.而在河口高盐度海区,类蛋白质荧光团T1、T2在TOT中的比例不断升高,显示了生物活动的贡献.九龙江口外高盐度站位中层各荧光峰尤其是类蛋白质荧光峰(T1、T2、B)强度高于表、底层,反映了CDOM光化学反应和生物作用的共同影响.沉积物间隙水中C峰极其微弱,而类蛋白质荧光峰T1、T2、B却非常强烈,反映了沉积物中微生物活动对蛋白质的显著降解作用.     

三维荧光光谱应用于海水中有色溶解有机物分析的探讨

对三维荧光光谱(excitation emission matrix spectroscopy,EEMs)应用于海水中有色可溶性有机物(chromophoricdissolved organic matter,CDOM)分析进行了综述。阐明了海水中CDOM在海洋生物地球化学循环和气候变化中的重要作用,指出了传统分析方法的不足,论述了EEMs用于CDOM分析的优势和不足,总结了国内外在该领域的研究概况,详述了影响海水中CDOM三维荧光光谱特性的主要影响因素,最后对EEMs技术在海水CDOM分析中应用的前景和待解决的问题进行了展望。     

太湖溶解有机质光谱和氮磷污染的区域分布差异特征

对太湖水体溶解有机质三维荧光光谱、紫外吸收系数、溶解性有机碳(DOC)、总氮和总磷的分布特征进行了研究,定量估算了溶解有机质的来源. 研究发现:太湖水体溶解有机质的各物理化学参数以及氮磷质量浓度的区域分布特征明显. 水体三维荧光光谱显示有2个特征的类蛋白荧光峰,但不同湖区水样荧光峰位置以及强度并不完全一致. ρ(DOC)和荧光强度〔Fn(355)〕与吸收系数(α)有显著的相关性,但其相关关系也存在明显的区域特征. 根据有机质光谱学和理化指标的分布特点、梯度变化规律及地理特征要素,将太湖分为4个区域(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ和Ⅳ区),讨论了各区域的特征和变化规律. 利用有机质来源与荧光光谱指数的定量关系,估算了溶解有机质的来源贡献率,结果显示,北部湖区城市污水、陆源和生物活动对DOM的来源均有影响,其他湖区DOM以生物作用为主,陆源贡献率均不超过25%.      

胶州湾赤潮暴发水体中溶解有机物质荧光特征

利用荧光激发-发射矩阵光谱(Excitation-Emission Matrix Spectroscopy,EEMS)技术研究了胶州湾2004-02赤潮暴发期间水体中溶解有机物类蛋白和类腐殖质荧光特性,探讨了各种荧光性质与浮游植物增殖、溶解有机碳、盐度、溶解氧和pH的关系,并对切向超滤前后类蛋白和类腐殖质荧光的变化进行了初步评估.结果表明,赤潮过程中溶解有机物类蛋白荧光较强而类腐殖质荧光较弱,并且高和低激发波长类蛋白荧光同源;类蛋白和类腐殖质荧光强度与叶绿素a的对应关系与浮游植物的增殖阶段有关,但整体趋势上却是随着浮游植物量的增大而增强,并且浮游植物量越大,新生成的有机物质占的比例也越大;类蛋白荧光以及类蛋白和类腐殖质荧光强度之比与溶解有机碳具有较好的正相关性,表明赤潮过程中溶解有机物主要由新生成的物质组成;盐度、溶解氧和pH对类蛋白和类腐殖质荧光的影响很小;切向超滤前后类蛋白和类腐殖质荧光峰的位置基本一致,切向超滤前后荧光平衡差于溶解有机碳平衡,在切向超滤的评价上,荧光只能作为溶解有机碳平衡的一个补充.     

海洋溶解有机物荧光特征研究进展

20世纪90年代以来,三维荧光光谱技术的应用促进了海洋溶解有机物荧光特性研究的飞速发展,本文对海洋溶解有机物荧光的类型、荧光峰的位置、荧光效率、荧光定性定量,以及荧光与浮游植物增殖的关系、荧光在河口和大洋区的分布等进行了综述.     

两个水库型湖泊中溶解性有机质三维荧光特征差异

应用三维荧光光谱技术(3D-EEM),研究了两个典型水库型湖泊(长寿湖和大洪海)水体中溶解性有机质(DOM)的荧光光谱特征,结合沿岸生态系统差异,讨论其对两个湖泊中DOM性质及来源的影响.结果表明,沿岸生态系统的差异性(尤其是人为干扰)是导致两个水体DOM地球化学特征存在明显差异的重要原因.两湖水体中DOM均存在4个荧光峰,且长寿湖样本中类蛋白物质含量更高;而大洪海水体中腐殖化程度较高的组分(C峰)含量较高.相关性分析表明,两湖DOM样本中类蛋白和类腐殖组分来源不同,而A、C峰代表的类腐殖组分存在共源性.通过荧光参数分析显示,沿岸以森林系统为主的大洪海水体DOM陆源性更强,腐殖化程度高;而长寿湖受两岸农田、果园的输入以及人为排放影响,其水体DOM具有明显的自生源特征,新生DOM含量较高,其荧光特征也反映了该区域水体受人为干扰较大.与其他不同湖泊对比,进一步表明沿岸生态系统类型及人为土地利用是决定水体DOM来源和特性的关键因素.     

河流与海洋溶解有机物荧光激发-发射矩阵光谱的测定

通过对河流与海洋现场样品、微藻培养液和牛血清蛋白溶液的实验,确定了HITACHI F-4500型荧光分光光度计的测定河流和海洋溶解有机物荧光激发-发射矩阵光谱的激发和发射通带分别为5 nm和10 nm,波长扫描速度为12 000 nm/min,标准偏差在0.6%~8%。     

外加葡萄糖对洱海沉积物溶解性有机质光谱特征影响

利用三维荧光光谱(3DEEM)技术,研究了外加葡萄糖对洱海沉积物中DOM(溶解性有机质)释放和转化的影响以及DOM的光谱特征变化. 培养试验设4个处理(C₁、C₂、C₃、C₄),ρ(葡萄糖)分别为0、50、100和200mg/L. 结果表明:①洱海沉积物DOM出现了6种荧光峰,分别代表类蛋白荧光物质和类富里酸荧光物质,并且荧光峰位置在1~8d呈“蓝移”现象,8~17d呈“红移”现象. ②紫外区与可见区类富里酸(峰A和峰M)随培养时间延长逐渐升高,其中C₄处理的峰A荧光强度小于C₁处理;在培养初期C₄处理的峰M荧光强度小于C₁处理,培养后期则相反. ③随着培养时间延长,上覆水中类蛋白荧光强度呈“单峰”曲线变化,其峰值均出现在培养后第8天,在整个培养过程中,类蛋白荧光强度均表现为C₄处理>C₁处理. 外加葡萄糖可促进洱海沉积物DOM转化,使部分微生物难利用的DOM转化为易被微生物利用的类酪氨酸、类色氨酸等类蛋白物质.      

三峡库区消落带水体DOM不同分子量组分三维荧光特征

本研究利用超滤技术和三维荧光光谱,以三峡库区典型消落带水体溶解性有机质(DOM)不同分子量组分为对象,分析和讨论了不同分子量级分的组成差异和输入来源.结果表明,该区域DOM分子量分布情况较为分散,但胶体(M_r1×10~3~0.22μm)和真溶态组分(M_r1×10~3)均对DOC总质量贡献相当.不同分子量级分中均存在A、C、B、T峰,其相对含量分配均呈现出一致趋势,即真溶态(M_r1×10~3)低分子量组分(M_r1×10~3~10×10~3)中分子量组分(M_r10×10~3~30×10~3)高分子量组分(M_r30×10~3~0.22μm).另外,DOM随超滤分子量等级降低,FI和BIX值增加,\"内源\"输入特征增强;腐殖化程度降低(HIX值下降).陆源输入主要影响高、中分子组分,而内源输入主要影响低分子及真溶态部分.同时,沿岸不同土地利用类型对水体DOM性质和组成影响明显.土地利用类型多样性、生态景观结构复杂程度越高,水体DOM不同分子量等级中各荧光组分也越复杂.     

乌梁素海沉积物溶解性有机质荧光光谱特性

采用三维荧光光谱技术(3DEEM)研究了乌梁素海沉积物溶解性有机质的结构组成特征.结果表明,乌梁素海沉积物溶解性有机质出现了6种荧光峰,分别代表类蛋白荧光物质和类富里酸荧光物质,且不同湖区沉积物溶解性有机质结构组成具有一定差异性.乌梁素海沉积物DOM的荧光指数处于1.74~1.96之间,及其DOM来源具有陆源和内源的双重特性,其中陆源主要来自西部河套灌区农田退水输入,内源主要来自芦苇等大型挺水植物死亡腐烂分解.因此,控制河套灌区农田退水排入以及抑制芦苇等挺水植物大量生长是保护乌梁素海生态环境和控制其富营养化的有效措施.     

河流底泥中溶解性有机物的释放途径及影响因素研究

以沈阳市新开河底泥为研究对象,考察了河流底泥中溶解性有机物（DOM）的释放途径,并分析了时间、温度、pH值、底泥粒径、盐度和上覆水体中溶解性有机碳（DOC）浓度对河流底泥DOM释放的影响.此外,还研究了底泥释放对上覆水体中DOM的光谱学特性的影响.结果表明,对底泥DOM释放影响程度最高的是间隙水的混合作用,其次是底泥表层静态释放,而悬浮颗粒释放对底泥DOM释放的影响程度较小.底泥DOM的释放量随温度,pH值,底泥粒径,盐度的增大而增大.上覆水体DOC浓度较高时,DOM由上覆水体向底泥迁移.扰动作用能够影响底泥DOM的迁移.类富里酸荧光物质和类芳香族蛋白质荧光物质是底泥DOM中的主要荧光物质.河流底泥DOM向上覆水体释放的主要是激发波长分别为280~300nm和320~380nm的荧光物质.并且,扰动作用促进了荧光物质由底泥向上覆水体的释放.     

溶解性有机物在土壤含水层处理系统中的变化

通过实验室模拟土壤含水层处理(SAT)的土壤柱系统研究了二级处理出水中溶解性有机物(DOM)的荧光特性在SAT系统中的变化.利用XAD树脂将二级处理出水中的DOM分为5个部分:疏水性有机酸(HPO-A),疏水性中性有机物(HPO-N),过渡亲水性有机酸(TPI-A),过渡亲水性中性有机物(TPI-N)和亲水性有机物(HPI).结果表明,TPI-N中的类芳香族蛋白质荧光物质在SAT系统中优先去除.经过SAT系统处理后,类芳香族蛋白质荧光物质和类溶解性微生物代谢产物荧光物质在HPO-A,HPO-N,TPI-A和HPI中的相对含量升高.各组分中带有3~5个稠合苯环的荧光物质,以及激发波长/发射波长(λex/λem)=390~410nm/456~476nm的类腐殖酸荧光物质在SAT系统中的去除率低于相应组分中以溶解性有机碳(DOC)表征的整体有机物的去除率.不同组分中的其他荧光物质在SAT系统中去除行为不同.     

夏季白洋淀有色溶解性有机质（CDOM）光学特性及其来源分析

有色溶解性有机质(CDOM)是可溶性有机质(DOM)中较为重要的组成部分,也是水环境中最大的溶解有机碳贮库.为了揭示典型浅水湖泊—白洋淀夏季CDOM的光学特性、空间异质性和来源,本研究运用三维荧光光谱和紫外-可见光吸光度分析方法结合平行因子数据分析法,分析了夏季淀区CDOM的组成,并探索分析了CDOM的主要来源.结果表明：从光学特性上分析,白洋淀水体中CDOM主要包括C1、C3两种类蛋白质组分和C2、C4两种类腐殖质组分,其中,由内源性产生的C1、C2、C3组分占比较多,体现出白洋淀CDOM来源以内源自生为主的特征;白洋淀水体中CDOM吸光度整体呈现出丰度较高的趋势,α(355)平均达到了38.22 m^-1,光谱斜率(280～500 nm)较低,均值为0.007 nm^-1,这种高丰度低光谱斜率的特征也映证了白洋淀CDOM腐殖化程度较高的特点,根据白洋淀淀泊特征推测其来源主要为芦苇、荷花等水生植物的腐解.不同淀区CDOM分布存在差异,整体呈现出自白洋淀南部和西部向中部、北部、东部递减的空间变化特征,造成这一分布特征的原因可能为相较于白洋淀南部地...