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、12,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、12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、12、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.     

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%.      

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。     

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.     

二级处理出水中溶解性有机物的荧光特性

为研究二级处理出水中溶解性有机物的荧光特性,以沈阳市B污水处理厂为研究对象,利用XAD树脂对二级处理出水中的溶解性有机物(DOM)进行分级分离。按照DOM在不同树脂上的吸附特性将其分为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)。研究结果表明,DOM组分中含有类腐植酸荧光团、类富里酸荧光团、类芳香族蛋白质荧光团和类溶解性微生物代谢产物荧光团,此外,还含有具有多环芳香结构的荧光物质。DOM中的荧光物质主要集中在HPO-N和TPI-N中。类腐植酸荧光团、类富里酸荧光团和类溶解性微生物代谢产物荧光团在TPI-N中的含量最高,而类芳香族蛋白质荧光团在HPO-N中的含量最高。对于HPO-A、TPI-A和TPI-N来说,类富里酸荧光峰的强度最高;类芳香族蛋白质荧光峰是HPO-N的最强峰;类溶解性微生物代谢产物荧光峰是HPI的最强峰。     

大沽河-胶州湾段溶解有机物类腐殖质荧光特征变化

利用荧光激发-发射矩阵光谱(excitation-emission matrix spectroscopy,EEMS)技术研究了溶解有机物类腐殖质荧光特征从大沽河到胶州湾的变化及其与盐度、pH、叶绿素a、溶解有机碳、化学需氧量和碳水化合物的关系.结果表明,大沽河溶解有机物类腐殖质荧光强度较大,胶州湾溶解有机物类腐殖质荧光强度较小,大沽河是胶州湾类腐殖质荧光物质的重要来源.类腐殖质荧光强度与叶绿素a含量的相关性较差,说明浮游植物并不是大沽河类腐殖质荧光物质的主要来源.类腐殖质荧光强度与溶解有机碳、化学需氧量和碳水化合物的相关性较好,说明类腐殖质荧光物质是水体溶解有机物的重要组成部分,其分布情况一定程度地反映了水体中有机物的分布.     

太湖典型草、藻型湖区有色可溶性有机物的吸收及荧光特性

2004年4月对太湖典型草、藻型湖区东太湖和梅梁湾有色可溶性有机物(CDOM)的吸收和荧光特性进行了研究.通过实验测定方法得到东太湖和梅梁湾CDOM的光谱吸收系数及其荧光值.结果表明,溶解性有机碳(DOC)的浓度在6.3～17.2 mg/L间变化,其均值为9.08±2.66 mg/L;CDOM在280 nm和355 nm的吸收系数分别为11.2～32.6 m^-1(平均值17.46m-1±5.75 m^-1)和2.4m～8.3 m^-1(平均值4.17 m^-1±1.47 m^-1);355 nm波长处CDOM的比吸收系数为0.31～0.64 L·(mg·m)^-1,平均值0.46L·(mg·m)^-1±0.08 L·(mg·m)^-1.355 nm的激发波长、450 nm的发射波长处的荧光值的变化范围0.50～3.91 nm^-1(平均值1.32nm-1±0.84 nm^-1).2类草、藻型湖区的DOC浓度、CDOM吸收系数、355 nm处荧光值均存在显著性差异,但CDOM比吸收系数和指数函数斜率则没有显著性差异,由此则反映了CDOM来源的一致性.CDOM的吸收系数与DOC浓度的相关性随波长的降低而增加,在短波部分存在明显的正相关.355 nm处的荧光值、DOC浓度与CDOM吸收系数存在如下显著性的正相关关系:F_n(355)=0.544(±0.035)a(355)-0.946(±0.152),DOC=1.537(±0.196)a(355)+2.683(±0.862).280～500 nm、280～360 nm、360～440 nm指数函数斜率分别为14.37μm^-1±0.73μm^-1、19.17μm-1±0.84μm^-1、13.38μm-1±0.82μm^-1.     

腐蚀电池-Fenton处理渗滤液溶解性有机物光谱特征

为了研究垃圾渗滤液中溶解性有机物（DOM）在腐蚀电池-Fenton（CCF）深度处理过程中的去除特性,采用XAD-8和XAD-4树脂将DOM分成5种组分（亲水性有机物HPI、疏水性有机酸HPO-A、过渡亲水性有机酸TPI-A、疏水性中性有机物HPO-N、过渡亲水性中性有机物TPI-N）,并用紫外和荧光光谱对各组分的降解...     

荧光光谱结合平行因子分析研究夏季周村水库溶解性有机物的分布与来源

利用三维荧光光谱(EEMs)并结合平行因子分析(PARAFAC)模型,解析了2015年8月夏季周村水源水库中溶解性有机物(DOM)的组分并利用主成分分析法对影响水体DOM的主要因素及其相对贡献量进行了研究.结果表明,周村水库水体中的DOM可分为3个组分,分别为类富里酸荧光组分C1(260,350/420 nm)、类蛋白荧光组分C2(280/360 nm)和类腐殖酸组分C3(270,390/530 nm),且3个组分具有同源性;各组分平面分布均匀,入库口总荧光强度略高;较高的荧光指数FI,较高的自生源指标BIX,较低的腐殖化指标HIX以及接近于1的新鲜度指数(β∶α)综合表明夏季周村水库DOM的来源以自生源为主,并结合主成分分析得出,内源对DOM贡献率高达70.96%.与此同时,周村水库水体DOM各组分与aph(440)拟合相关性较好.因此可以通过对DOM三维荧光光谱的研究,有助于水库管理者更有目的地进行污染源的控制和治理,同时可以在一定程度上指示周村水库水体富营养化水平.     

蠡湖表层沉积物荧光溶解性有机质(FDOM)荧光光谱特征

应用三维荧光光谱技术(EEMS),研究了蠡湖表层沉积物荧光溶解性有机质(FDOM)光谱特征,并探讨了沉积物中FDOM来源及与有机氮(SON)、无机氮(SIN)之间的相关性.结果表明,蠡湖表层沉积物FDOM由2类3个荧光组分组成,即类腐殖质荧光组分C1(240,310/420 nm)、C2(260,360/460 nm)和类色氨酸荧光组分C3(225,275/340 nm).总荧光强度变化范围为:49.97~159.19 R.U.·g-1,在空间上呈自东向西依次递减,且沿岸区高于湖心区的趋势,C1、C2和C3相对比例分别为33.63%、26.87%、39.49%.荧光指数(FI)、生物源指数(BIX)和腐殖化指数(HIX)的变化范围分别为:1.96~2.22、0.69~0.94、2.62~4.39,显示蠡湖表层沉积物FDOM的来源具有自生源特性,主要为自生微生物、藻类等新近自生源.相关性分析表明,表层沉积物FDOM各组分与SON和SIN均呈显著正相关(P0.01),且与SIN的相关性较高.     

垃圾填埋场地下水溶解性有机物光谱特征

垃圾填埋为我国垃圾处理的最主要途径,填埋过程中渗滤液的泄漏将导致附近地下水污染.地下水中溶解性有机物(DOM)能示踪外来污染物的来源、形态和迁移转化过程,其组成、结构和分布的差异具有重要的环境指示意义.联合现代光谱技术及多元统计分析方法,研究了不同运行年限填埋场地下水中DOM来源、组成和分子结构特征,探究了不同年限地下水DOM动力学演化规律.结果表明,填埋场地下水DOM以微生物来源为主,其次为自生陆源.填埋前期阶段其微生物来源DOM较多,而在填埋后期微生物来源DOM减弱.填埋年限较短的填埋场地下水DOM主要为一些新生成腐殖化程度较低的易降解类色氨酸和类酪氨酸,其促进微生物活性,且各点位差异性较大,应提高预警措施.填埋时间相对较长的填埋场地下水有机质腐殖化率高,难降解的大分子物质累积,微生物活性减弱,填埋垃圾趋向稳定对地下水影响减弱.     

河北洨河溶解性有机物光谱学特性

基于荧光光谱、紫外吸收光谱与水质基本化学指标,联合主成分分析与相关性分析,对典型城市纳污河流——河北洨河的溶解性有机物(DOM)进行光谱学特性研究.结果表明,河流水体中DOM主要有类蛋白和类腐殖质两类,其中含氮化合物及DOM与水体COD之间相关性较高,尤其以氨氮对类腐殖质贡献较大.因此降低洨河水体中COD可通过减少氨氮与DOM来实现,同时此两类指标也应作为日后水体监控指标.干流水体样品中DOM下游相对上游类蛋白逐渐减少,而类腐殖质则呈现增加的趋势,并以类胡敏酸为主要存在形式.代表支流4种样品中,S1、S2水体DOM主要以类胡敏酸为重要成分,其组成有机物多为大分子量、芳香性高的有机物质,而S3、S6水体中主要为相对易降解的类蛋白,其相对分子质量相对较小、芳香性程度较低.针对代表支流的4个污水处理单位出水水体中的DOM特征,建议S1与S2应添加或改进对大分子物质有较好去除效果的膜处理设备,以加强对水体中相对难降解类腐殖质物质的去除;S3与S6应优化相关厌氧与好氧生物处理工艺,从而提高易降解的类蛋白物质的去除能力.     

覆盖金属氧化物对湖泊沉积物溶解性有机质特征的影响

为揭示不同金属氧化物对湖泊沉积物DOM（溶解性有机质）影响机制,通过室内模拟试验,在沉积物表层分别覆盖Fe、Al、Mn氧化物及湖沙后培养1 a,并利用三维荧光和紫外光谱方法进行表征.结果表明:① 覆盖Al、Fe、Mn氧化物和湖沙主要降低了0~3 cm沉积物的w（DOC）,降幅分别为8.61%、6.27%、22.38%和0.44%. ② 沉积物中DOM的类络氨酸峰（peak B₁）和类色氨酸峰（peak T₂）均产生较大变化.其中三种氧化物均显著降低了上层沉积物中DOM的peak T₂,使底层DOM的peakT₂显著增加. Mn氧化物使DOM的peak B₁降低,Fe和Al氧化物使DOM的peak B₁增加,湖沙则使两类峰均降低. ③ 覆盖金属氧化物改变了沉积物DOM结构特征,其中覆盖Fe氧化物增强了其芳香性,而覆盖Mn氧化物和Al氧化却降低其芳香性,但三者均使DOM腐质化程度及官能团数量增加,并使FI（Fluorescence Index,荧光指数）增大,表明DOM向生物源转化.研究显示,沉积物表层覆盖金属氧化物影响了沉积物中DOM迁移和转化,并促进了其降解,导致其分子量和腐殖化程度增加.