三维荧光光谱法分类测量水体浮游植物浓度

测量了富营养化水体中13 种浮游植物的活体三维荧光光谱和激发荧光光谱,通过光谱相似性原则将浮游植物分成3 种光谱组,分析了光合色素组成与各光谱组三维荧光光谱特征的关系.选择梅尼小环藻、小球藻和铜绿微囊藻纯种培养体,配制10 种不同浓度比例的浮游植物混合培养体,利用平行因子模型算法(PARAFAC)对混合培养体的三维荧光光谱进行了拟合,成功地区分了3 种浮游植物组分.组分1(梅尼小环藻)、组分2(小球藻)和组分3(铜绿微囊藻)在模1 上得分与其在混合样品中的实际相对浓度具有良好的线性关系,相关系数分别达到0.98222, 0.97865 和0.99788,证实了利用三维荧光光谱和PARAFAC 模型分类测量浮游植物浓度的可行性.     

污水厂深度处理过程中有机物三维荧光光谱的平行因子分析研究

基于三维荧光光谱考察了污水厂深度处理过程中溶解性有机物(DOM)的荧光组分特征,结合平行因子分析(PARAFAC)解析出3个荧光组分,包括2个腐殖质类物质(C1、C3)和1个色氨酸类蛋白物质(C2).臭氧工艺对组分C1、C2、C3去除率分别为69.1%、71.5%和66.5%,表明臭氧对DOM有较好去除效果.三维荧光光谱结合PARAFAC分析能够较好反映水中DOM的去除情况,有利于污水处理效果的定性分析、定量评价,易于实时在线监测.     

喹诺酮类典型抗生素对反硝化细菌的联合药敏试验研究

抗生素对反硝化过程有不同程度的影响,为快速了解喹诺酮类抗生素对水土环境中反硝化可能产生的影响,选取5种典型的喹诺酮类药物:左氧氟沙星(OFL)、盐酸洛美沙星(LOM)、环丙沙星(CIP)、恩诺沙星(ENR)、诺氟沙星(NOR)对反硝化细菌进行单一及联合药敏试验,探究抗生素单独使用和联用时对反硝化细菌的作用效果.本文首先...     

有机蔬菜中喹诺酮类抗生素污染特征与风险评价

该研究利用高效液相色谱-串联质谱分析技术,对广东省5个典型有机蔬菜基地生产的39份有机蔬菜中4种喹诺酮类抗生素(诺氟沙星(NOR)、恩诺沙星(ENR)、环丙沙星(CIP)和洛美沙星(LOM))的含量进行分析和健康风险评价,研究结果阐明,4种喹诺酮类抗生素在39份有机蔬菜样品中检出率为52%～100%,其中NOR和ENR高达100%,有50%以上样品中4种喹诺酮类抗生素被同时检出,总含量(ΣQNs)为1.18～124.30μg/kg,有96%的样品低于50.00μg/kg。3种不同类型有机蔬菜中平均含量大小:叶菜类(20.36μg/kg)瓜果类(14.10μg/kg)根茎类(8.05μg/kg),其中有2%叶菜类有机蔬菜样品中喹诺酮类抗生素总含量在100.00μg/kg以上。人体摄入不同有机蔬菜的Σ(CIP+ENR)的ADI值对成人和儿童ADI值的平均贡献率较低,其对人体的健康风险相对较低,但人体长期摄入抗生素的潜在健康风险不容忽视。     

北京东南郊土壤剖面氟喹诺酮类抗生素分布特征

采用Geoprobe在北京东南郊地区实施了土壤剖面钻探,针对8种不同类型土地利用状况的土壤剖面进行土壤采集工作,11个采样点共采集86个土壤样品,分析了土壤样品的理化参数,并且采用高效液相色谱法对土壤样品中5种氟喹诺酮类抗生素(FQs)进行了定量分析.结果表明,北京地区土壤样品中5种氟喹诺酮类抗生素总含量的平均值为46.1μg·kg-1,组成以氧氟沙星(OFL)为主,其次为诺氟沙星(NOR),而恩诺沙星(ENR)、环丙沙星(CIP)和洛美沙星(LOM)的含量很低;不同土壤剖面中氟喹诺酮类抗生素的含量和组成差异明显.5种氟喹诺酮类抗生素总含量的平均值随土壤深度的增加呈现降低的趋势.OFL、NOR、LOM和ENR的平均含量随着深度增加而降低;CIP的平均含量随深度增加先降低后升高.对42个位于浅层(0~3 m)的土壤样品进行模糊聚类分析,结果表明,蔬菜大棚、树林、再生水灌区、地下水灌区(清灌区)、养殖场、排污河沉积物的浅层土壤样品中的喹诺酮类抗生素具有相似的组成特征,即抗生素污染水平较低、种类较少;而制药企业及垃圾填埋场的组成特征与前者明显不同,即抗生素污染水平中等、种类较多.     

三维荧光与高分辨率质谱技术在溶解性有机物结构解析中的研究进展

三维荧光光谱耦合平行因子分析技术(EEM-PARAFAC)可解析溶解性有机物结构,但目前对PARAFAC拟合组分的性质尚不了解,高分辨率质谱能从分子层级解析溶解性有机物结构;本文总结近年来三维荧光光谱技术(EEM-PARAFAC)及高分辨率质谱技术(FT-ICR-MS)用于溶解性有机物研究进展,介绍了两种技术的表征方法和应用情况,分析了两种技术的发展、联系以及目前面临的问题与挑战。     

广州市蔬菜中喹诺酮类抗生素污染特征及健康风险初步研究

采用高效液相色谱-荧光检测器(HPLC-FD)分析了广州市蔬菜中4种喹诺酮类抗生素的含量,并根据ADI值评估了蔬菜中喹诺酮抗生素污染对人体的健康风险.结果表明,96%的市售蔬菜样品中不同程度地检出了喹诺酮抗生素,总含量为1.0～1683.1μg/kg(鲜重),高低顺序为叶菜类蔬菜瓜果类蔬菜根茎类蔬菜;4种喹诺酮类抗生素检出率大小顺序为NORCIPLOMENR;包括无公害蔬菜、绿色蔬菜和有机蔬菜在内的安全蔬菜样品中除恩诺沙星外,环丙沙星、洛美沙星、诺氟沙星和总含量均显著高于普通蔬菜;食用蔬菜对成人和儿童喹诺酮类抗生素ADI值(以CIP+ENR计)的最高贡献率分别高达41.5%和83%.     

碘氧化铋/钨酸铜复合材料的制备及对氟喹诺酮类抗生素的吸附性能

为开发高效抗生素吸附剂,将钨酸铜通过静电作用负载到碘氧化铋晶体表面,制备了新型多金属氧酸盐复合材料（BiOI/CuWO₄）,并以扫描电镜、傅里叶红外光谱与X射线能谱等对其进行表征.选用环丙沙星（CIP）、恩诺沙星（ENR）、诺氟沙星（NOR）、氧氟沙星（OFL）这4种典型氟喹诺酮类抗生素（FQs）作为研究对象,在建立同时测定这4种FQs的高效液相色谱分析方法基础上,研究了BiOI/CuWO₄对FQS的吸附性能及溶液pH值和吸附剂量等对吸附的影响.结果表明,实验浓度范围内BiOI/CuWO₄对NOR、CIP、ENR和OFL的最大吸附量分别为277.8、149.3、113.6和112.4 mg·g^-1,且能够在3 h内达到吸附平衡,吸附动力学符合准二级吸附动力学模型,对CIP、ENR和OFL的吸附等温线基本复合Langmuir模型,而对NOR的吸附则更加符合Freundlich模型.与其它吸附剂相比,BiOI/CuWO₄对4种典型FQs具有较高的吸附量及较好的重复利用性,更符合实际应用需求.     

南昌市湖泊水体中不同粒径胶体的三维荧光光谱特征研究

基于切向流超滤系统及三维荧光光谱(3D-EEM)技术,结合平行因子分析法(PARAFAC)及自组织映射神经网络(SOM),对南昌市典型湖泊水体中不同粒径胶体的荧光物质组分、来源及结构等进行分析.通过PARAFAC解谱发现,各粒径胶体主要由5种荧光组分组成,即类腐殖质组分(C1~C3)及类蛋白质组分(C4~C5).其中,类腐殖质组分主要集中在小分子量(1~10 k Da)胶体中,而类蛋白质组分则主要存在于大分子量(100 k Da~0.45μm)胶体中.同时,利用光谱指数(FI、BIX、HIX、UV254)表征胶体组分来源及其特性,结果表明,大分子量胶体以自生源为主,而小分子量胶体的腐殖化程度及芳香性更高,这与其较高比例的类腐殖质组分有关.经SOM训练,探讨了不同粒径分级胶体在SOM映射图中的分布情况,其结果与PARAFAC所得结果一致,即小分子量胶体及大分子量胶体主要分别映射于SOM的下部和上部,而类蛋白质荧光峰强度占总荧光强度的比例为自右上至左下方向递减.PARAFAC与SOM的有效结合,可为了解水体中的物质组成、掌握胶体在水环境中的环境行为及其与污染物在水体中的归趋作用提供数据支持.     

鄱阳湖沉积物溶解性有机质光谱特征

目前针对鄱阳湖流域沉积物溶解性有机质(DOM)光谱特征的研究仍较少,因此基于紫外-可见光谱和三维荧光光谱技术,并结合平行因子分析法(PARAFAC),对鄱阳湖沉积物中DOM的物质组成和来源特征进行了解析.结果表明,鄱阳湖沉积物DOM的腐殖化程度较高,是陆源输入和藻类、浮游生物等内源产生的混合型,且以陆源输入为主.与碟形湖区相比,通江水域沉积物DOM的有色溶解性有机质浓度更高、 DOM粒径更大且芳香性及腐殖化程度更高.通过PARAFAC共解析出3个类腐殖质组分(C1、 C2、 C4)和1个类蛋白组分(C3).与碟形湖相比,腐殖质组分均表现为通江水域更高,其中C1组分在两区域的占比均为所有组分中最高,前者为42%,后者为46%.空间分布上,4个组分荧光强度总体上呈现东高西低的趋势,高值主要分布在都昌和南矶湿地水域附近,分析主要与丰水期水位上涨、大量植物被淹死亡和人类活动有关.主成分分析结果表明,湖区不同沉积物DOM荧光组分差异较小,但以碟形湖区沉积物DOM腐殖化程度略高.     

基于PARAFAC分析的二级出水DOM臭氧化特性研究

基于三维荧光平行因子分析(PARAFAC analysis),对污水处理厂二级出水溶解性有机物(DOM)在不同臭氧投加量下的反应特性进行了研究,PARAFAC分析确定了污水厂二级出水中共有3个荧光组分,其中组分1为蛋白质类物质,组分2和3为腐殖质类物质.当臭氧为0.98mgO3/mgTOC时,3个组分中的荧光基团均可以和臭氧发生比较彻底的反应.线性回归分析表明,臭氧与组分1和组分2中荧光基团的反应可以很好地解释臭氧化对色度、UV254、UV280的去除.HPLC-SEC的结果进一步验证了PARAFAC的分析结果.同时,对于蛋白类物质组分1而言,臭氧主要和其中小分子物质的荧光基团发生反应,与其大分子物质几乎不发生反应.     

岗南水库沉积物间隙水有色溶解有机物的时空分布特征及差异分析

有色可溶性有机物(CDOM)作为溶解性有机物的重要组分,影响着水体中污染物质的形态特征和迁移转化过程.本研究运用紫外-可见光谱技术(UV-vis)以及三维荧光光谱(EEMs)技术结合平行因子分析法(PARAFAC),对岗南水库自入库河口到坝前主库区四季演变过程中沉积物间隙水CDOM的分布、光谱特征以及来源进行解析.结果表明,岗南水库沉积物间隙水CDOM的相对浓度a_(254)、a_(260)、a_(280)和a_(355)存在显著的季节差异,并且相对浓度大小为夏季春季秋季冬季;沉积物间隙水CDOM的E2/E3、E3/E4、E4/E6以及S_R存在显著的季节差异,呈现冬季高夏季低的特征;秋冬季的E2/E3以及E3/E4明显高于春夏季,并且秋冬季的E3/E4大部分均大于3.5,表明秋冬季沉积物间隙水CDOM具有更小的分子量和更低的腐殖化程度;三维荧光光谱通过PARAFAC解析出3种组分,分别为类酪氨酸(C1)、短波类富里酸(C2)和降解的腐殖类物质(C3),并且3种荧光组分间具有显著的正相关性(P0.001);岗南水库沉积物间隙水的CDOM总荧光强度和各荧光组分荧光强度呈现显著的季节差异,总荧光强度以及各组分的荧光强度呈现春季的最高、秋冬季次之、夏季最低的分布特征;秋冬季各个荧光组分占比不存在显著差异,春夏季各个荧光组分占比不存在显著差异,秋冬季与春夏季各个荧光组分占比存在显著差异;秋冬季沉积物间隙水CDOM生物源指数(BIX)和荧光指数(FI)均高于春夏季,表明秋冬季CDOM的自生源强于春夏季,与腐殖程度指标(HIX)的结果相吻合;PCA结合Adonis分析显示沉积物间隙水CDOM的光谱特征呈现显著的季节差异(P0.001);并且组分C1、C2、C3以及水质参数[氨氮、硝氮、亚硝氮、溶解性总氮以及溶解性总磷]均有很好的线性回归方程.综上,通过对岗南水库沉积物间隙水CDOM光谱特征进行研究,可以为分析岗南水库有机物污染特征和水质管理提供技术支持.     

滨湖底泥对2种喹诺酮类抗生素的吸附作用研究

吸附-解吸是环境中抗生素发生迁移转化的重要过程。文章研究选择鄱阳湖滨湖底泥,采用批平衡实验法进行2种喹诺酮类抗生素的底泥吸附-解吸实验,并考察了pH、阳离子种类及阳离子浓度等因素对吸附的影响。结果表明,底泥对2种喹诺酮类抗生素的吸附过程符合拟二级动力学方程(R~20.99)。在298 K下,Langmuir模型能够更好地描述底泥对2种抗生素的等温吸附行为,底泥对CIP和ENR的最大吸附容量Q_m分别为15.289 0 mg/g和8.649 6 mg/g。底泥对2种抗生素在pH 3～9时均具有较好的吸附率,其中pH=5时其吸附率均达90%以上。底泥对2种抗生素的吸附-解吸行为受到水环境中Ca~(2+)的明显影响。研究表明,2种喹诺酮类抗生素在鄱阳湖滨湖底泥中具有较好的吸附作用,但考虑鄱阳湖流域水环境中以Ca~(2+)为主的常量阳离子的存在,则底泥对2种抗生素的平衡吸附率为40%～50%。研究可为喹诺酮类抗生素在鄱阳湖水环境中的环境行为及归趋研究提供科学依据。     

三维荧光光谱技术在溶解性有机物研究中的应用

溶解性有机物(DOM)是天然水体中的重要组分,其结构复杂,化学形态各异,应用常规的化学实验方法难以进行有效分析、得出有价值的结论.而三维荧光光谱分析法,因其简便的操作、较高的灵敏度以及较少的样品用量等优点,被广泛的用于DOM的表征中.通过阐述近年来三维荧光光谱传统分析法及应用平行因子分析法(PARAFAC)进行DOM定性定量分析,对其应用进行了展望.     

基于UV-vis及EEMs解析周村水库夏秋季降雨不同相对分子质量DOM的光谱特征及来源

运用三维荧光光谱(EEMs)技术结合平行因子分析法(PARAFAC)以及紫外-可见光谱技术,对周村水库夏秋季降雨不同相对分子质量雨水的溶解性有机物(DOM)光谱特征和来源进行分析.结果表明,夏秋季降雨不同相对分子质量DOM的紫外-可见吸收光谱并无明显特征峰,吸收系数的变异系数在75%~469%之间,表明其性质在不同季节和相对分子质量上存在差异;a254和E3/E4变化说明DOM的相对浓度和富里酸所占DOM的比例随着季节由夏入秋而增加;三维荧光通过PARAFAC解析出4种组分,分别为类腐殖质(C1、C2)、可见区富里酸(C3)和类蛋白(C4);对4个组分进行相关性分析,结果显示C1与C2、C3以及C4具有显著的相关性(P0.01),C2与C3具有显著的相关性(P0.01);夏秋季降雨DOM总荧光强度以及各组分荧光强度差异明显(P0.05),类腐殖质(C1+C2)是其主要成分、富里酸的荧光强度和所占比例随着季节由夏入秋而增加、类蛋白随着季节由夏入秋而减少;夏秋季降雨有机物来源都呈现以自生源为主的特征,夏季降雨具有自生源特征更强、类蛋白物质含量和占比更多的特点;PCA分析显示夏秋季降雨中不同相对分子质量雨水荧光特征差异明显,并且组分C1、C2和C3与DOM特征参数[HIX、Fn(355)、Fn(280)、E3/E4、a254]以及水质参数(硝氮、氨氮、总氮以及有机碳)显著相关性(P0.01).通过对夏秋季不同降雨相对分子质量的DOM光谱特征研究,可以进一步分析水库大气沉降型外源输入的有机物污染特征,并为水库水质管理提供技术支持.     

利用PARAFAC及SOM研究不同来源及粒径胶体的三维荧光光谱特征

利用三维荧光光谱法(3D-EEM)结合平行因子分析(PARAFAC)和自组织神经网络分析(SOM),解析了不同来源水体中不同粒径胶体的荧光特性,同时与挑峰法进行比较,以期寻找一种更好的分析天然胶体来源、粒径、荧光特性间关系的方法.基于PARAFAC模型,研究区水体中不同粒径胶体共解析出2个类腐殖质荧光峰(C1和C3)及3个类蛋白荧光峰(C2、C4和C5).其中,300 k Da~1μm分级胶体荧光强度最高,C1、C2、C3组分的荧光强度随粒径增大而增强,C4、C5组分的荧光强度随粒径增大而减弱.不同来源胶体(生活污水:进水和出水;农业污水:大盈和天恩桥;天然水体:吴淞口)的荧光强度变化大致规律为:吴淞口进水大盈天恩桥出水.SOM分析结果与PARAFAC一致,且可视化程度更高,但EEM-SOM模型存在输入变量多、兼具挑峰法缺点的问题.而PARAFAC-SOM模型不仅兼具了前两者的优点,还具有输入变量少、运行时间短、可靠性高等优点.同时,该模型还成功应用于胶体其他理化参数的分析(Parameters-SOM模型),使得前期工作结果系统性更强、更直观.因此,PARAFAC-SOM模型是相对较好的分析天然胶体来源、粒径、荧光特性间关系的方法.     

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.     

南淝河不同排口表层沉积物DOM光谱特征

在南淝河15个排口采集了表层沉积物样品,在测定了其中溶解性有机碳(SDOC)含量的同时,采用紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱分析方法,并结合PARAFAC模型对沉积物中溶解性有机质(DOM)的荧光组分和来源进行了解析.结果表明:南淝河不同排口表层沉积物SDOC的含量在0.28~0.95g/kg之间,平均为0.63g/kg;老城区采样点沉积物SDOC明显高于其他河段,特别是靠近污水厂尾水排放口沉积物SDOC明显高于其他采样点.南淝河沉积物紫外-可见光吸收系数aλ可以很好表征沉积物DOM含量相对大小,而光谱斜率S275-295和光谱斜率比SR反映出各采样点沉积物DOM中自生源组分的差异;利用PARAFAC模型解析出DOM四种荧光组分,其中较老的自生源腐殖质C2和新近类蛋白C4所占比例高.南淝河不同排口沉积物DOM自生源组分比例存在显著差异,其中老城区排口沉积物DOM以自生源组分为主,而上游排口沉积物DOM陆源组分所占比例较高,雨污排口和污水厂尾水排口虽以自生源为主,但陆源的贡献不可忽略.结果表明,光谱分析方法能够有效表征城市河道不同排口污染源强.     

水源水库沉积物及其上覆水DOM光谱特征

为探究水源水库溶解性有机质(DOM)组成结构及来源,以深圳市茜坑水库为例,采用紫外-可见光谱技术(UV-Vis)并结合平行因子分析法三维荧光光谱技术(EEMs-PARAFAC)对水库表层沉积物及其上覆水的DOM光谱特征进行分析.结果表明:PARAFAC识别出3类荧光组分,分别是Cl(Ex/Em=270/304nm,类蛋...     

基于EEMs和PARAFAC分析典型碳材料吸附水中DOM特征研究

水中溶解性有机物(DOM)对全球污染物迁移和水处理工艺效能具有重要影响。采用3种典型碳材料,包括碳纳米管(CNTs)、颗粒活性炭(GAC)、粉末活性炭(PAC)分别吸附微污染源水中的DOM。基于荧光发射-激发光谱(EEMs)和平行因子(PARAFAC)分析,解析DOM中的有效荧光组分,评估3种材料对不同组分吸附去除的效果和吸附特征。研究表明:PARAFAC分析方法提取4种荧光组分C1和C2(腐殖酸类)、C3和C4(类蛋白类)。以TOC为基础的吸附等温线模型表明,PAC的KF值大于GAC和CNTs,PAC有丰富的中孔和较大的比表面积,吸附容量比GAC和CNTs更大。C3和C4 2个荧光组分在吸附过程中更容易被吸附,PAC对两者吸附容量最大。研究结果揭示了不同碳吸附材料对水中不同类型有机物的吸附特征,可为吸附工艺应用提供技术参考。