PARAFAC法解析太湖水体DOM三维荧光光谱

采用平行因子法(PARAFAC法)对太湖水样溶解性有机质(DOM)三维荧光光谱进行解析。通过比较因子数分别为3,4和5时,PARAFAC模型的核一致函数、激发和发射光谱误差平方和、各水样模拟的三维荧光光谱和残差谱图等情况,选择因子数为3作为太湖水样DOM三维荧光光谱PARAFAC模型的最佳因子数。太湖水样DOM的3类主要荧光组分分别是类腐殖质荧光物质、类色氨酸荧光物质、类酪氨酸荧光物质。     

径流污染对城市污水处理过程的DOM荧光特性影响研究

结合污水处理流程,分别采集重庆市某污水厂晴天和雨天的污水,用三维荧光光谱分析了污水中的溶解性有机物(dissolved organic matter,DOM)的荧光特性。结合DOM的DOC(dissolved organic carbon,DOC)、COD(chemieal oxygen demand,COD)、荧光指数(f_(450/500))和紫外区富里酸和可见区富里酸的荧光强度比值r(A,C)的变化特征,分析了雨天径流污染对污水DOM的影响。实验表明:该污水厂DOM的荧光指纹与典型城市生活污水有较大差异,主要成分为低激发波长类色氨酸(Peak S),长激发波长类色氨酸(Peak T)次之;A~2/O工艺对雨天和晴天的类蛋白物质的去除效果相当,但是雨天的类富里酸以及DOC和COD的去除率较晴天高,经过生化处理后的荧光峰均发生细微的红移;晴天和雨天污水的DOM荧光指纹差异明显,雨天紫外富里酸(Peak A)荧光中心由晴天的240~248/390~440 nm蓝移到240~250/370~400nm。虽然晴天和雨天的DOM种类相同,但是雨水径流使富里酸的来源复杂,组分比例发生了较大变化,雨天色氨酸(Peak S)的比例下降了10%,紫外富里酸(Peak A)的比例上升7%。     

复合垂直流人工湿地净化过程中DOM的三维荧光光谱分析

三维特征荧光参数可以反映污水处理过程中污染物的种类、性质和含量变化等丰富信息。通过对水样进行三维荧光特性分析和常规有机污染物指标COD,TN,TP的对比分析,确定表征污水中溶解性有机污染物种类、组成和含量的三维特征荧光。对进水、间隙水和出水中DOM的四种不同组分的荧光光谱图、荧光峰值(R.U.)、荧光指数FI、腐殖化指数HIX以及与COD,TN,TP的相关性进行研究可知:污水处理前后特征荧光峰中心位置和强度均发生明显的改变,表明污水中有机物的相对组成和含量随处理过程而变化;类腐殖质组分的降解情况不显著,而类蛋白组分的降解情况显著,类蛋白组分与COD,TN,TP呈现显著正相关。采用三维荧光光谱法分析了污水处理过程中溶解性有机物的荧光特性变化规律,探讨三维荧光技术用于描述污水处理过程中溶解性有机污染物降解规律的可行性。     

污染水体溶解有机物诱导荧光猝灭特性的实验研究

溶解有机物的含量是衡量水质的常用指标,利用荧光方法可以实现对自然水体溶解有机物的浓度进行高灵敏在线遥测.文章利用三维荧光光谱技术对溶解有机物进行了荧光表征,实验研究了溶解有机物浓度与荧光强度的关系,以及水体酸碱度和金属离子对荧光强度的影响.研究表明,当溶解有机物浓度在小于10 mg·L-1,pH值在6.5～7.5范围内时,荧光强度与浓度具有很好的线性关系;金属离子对溶解有机物诱导荧光有较大猝灭作用,不同金属离子对诱导荧光强度的猝灭效果有显著不同.     

溶解有机质的三维荧光光谱特征研究

利用三维荧光光谱研究了河流、湖泊等不同来源溶解有机质（DOM）的荧光光谱特性。河流DOM的三维荧光光谱图中含有类富里酸荧光峰A和C以及类蛋白荧光峰B和D,一般而言,类富里酸荧光峰强度比较大,或者只有类富里酸荧光,但是受人类活动污染河流DOM的三维荧光光谱图中具有极强的类蛋白荧光。同样,红枫湖DOM可以由陆源输入,还可以由水体内微生物活动产生,具有4个荧光峰,受人类活动影响比较显著的百花湖DOM则表现出强的类蛋白荧光。贵阳市地下水中DOM含量相对较低,一般只含有类富里酸荧光峰,但是若受生产生活污水污染,也可检测出强的类蛋白荧光峰。考察DOM含量（以DOC表示）与类富里酸荧光强度（peak C）以及在254nm处紫外吸收光谱强度的关系时发现它们都具有良好的线性相关关系（r^2=0．82和0．95）,而紫外区类富里酸荧光与可见区类富里酸荧光之间也存在良好的线性相关关系（r^2=0．96）。此外,pH对DOM的三维荧光光谱具有显著影响,并且类富里酸荧光峰A和C的pH值效应基本一致,荧光强度最大值出现在pH10左右,类蛋白荧光峰B的pH值效应与之略有区别,荧光强度最大值出现pH8．5左右。     

激光诱导荧光探测水体中溶解有机物浓度

用Nd∶YAG激光器的三倍频355 nm光作为激发光源,根据激光诱导荧光(LIF)方法激发并探测污染水体的荧光光谱.通过对荧光光谱的分析处理研究归一化荧光强度,即450 nm处水中溶解有机物(DOM)峰与405 nm处水的拉曼峰的比值,反演溶解有机物浓度.用商品腐殖酸和去离子水配置成已知浓度的溶液代替标准DOM溶液进行标定,得到回归方程.结果证明,DOM的归一化荧光强度与水体中DOM浓度有较好的线性关系,因此LIF方法是对大面积水域水质进行动态遥测的较理想方法.     

店埠河农业小流域水体溶解性有机质三维荧光光谱的平行因子分析

店埠河农业小流域是巢湖的主要水源地之一,研究该流域水体溶解性有机质（DOM）组分及来源对了解巢湖水生生态系统至关重要。本研究结合水体的三维荧光光谱,利用平行因子分析（PARAFAC）方法对测定的三维荧光光谱矩阵进行拉曼及瑞利散射校正、组分提取等相关处理,实现对店埠河农业小流域水体DOM的分析,包括三维荧光光谱特征分析、三维荧光组分比例分析、三维荧光特征参数分析以及荧光特征与水质参数的相关性分析,以探究该流域水体DOM的组分及来源。实验结果显示：店埠河农业小流域水体DOM包含两个有效的荧光组分,分别为类蛋白质物质（类色氨酸组分）和类腐殖质物质（类富里酸组分）,荧光组分比例表明类色氨酸组分是该流域水体DOM的主要组成部分;水体的荧光指数FI、自生源指标BIX以及腐殖化指标HIX指明该水体中DOM具有强自生源特性和弱腐殖化特征,其内源主要来源于藕塘内部植物及水体其他微生物代谢活动,外源来自于生活污水及养殖饲料的输入,其中内源为水体DOM来源的主要贡献;溶解性有机碳（DOC）与DOM中类色氨酸组分C1呈现极显著正相关,类蛋白质荧光组分可用于该流域水体的DOC动态追踪;pH值与类富里酸组分C2呈现正相关,故水体pH值和类富里酸组分同步增加,说明该流域内水体碱化会伴随着溶解性有机质中类腐殖质物质的增加;溶解氧（DO）与类色氨酸组分C1呈现负相关,说明类色氨酸组分受到水体溶解氧含量的影响。该研究示踪了店埠河农业小流域水体DOM的荧光特征及其组分来源响应机制,可以更好的理解其在生态系统的功能及其环境地球化学循环过程,从而为该流域环境综合治理提供一定的科学依据。     

水体的温度变化对测定溶解有机物浓度的影响

用激光诱导荧光(LIF)方法研究了水体的温度变化对溶解有机物(DOM)发射荧光强度的影响.随着温度的增加,DOM的荧光强度和水的拉曼散射强度不断降低.在20～75℃范围之内,对归一化荧光强度与温度关系曲线进行线性拟合,计算出归一化荧光强度随温度升高的变化梯度平均值为一5.24×10-4℃-1,根据归一化荧光强度与浓度的关系,给出了所测DOM的浓度随着温度升高的平均下降速率为-3.45×10-3(mg·L-1)·℃-1.因此,在这一温度范围内测量时,假设归一化荧光强度不变,则温度变化将引起DOM浓度最大为8.45%的相对变化.     

保定府河溶解性有机质三维荧光光谱分析(英文)

利用三维荧光光谱法(3D-EEM)研究了保定府河溶解性有机质(DOM)的荧光特性,根据三维荧光光谱图中荧光峰的位置、数量及强度变化,荧光峰之间的相关性,初步判断荧光物质的类别、分布和来源。府河水体溶解性有机质主要有类蛋白质和类溶解性微生物代谢产物两类,类蛋白荧光峰Ex/Em=225~230/340nm(A);类溶解性微生物代谢产物荧光峰Ex/Em=275/340~350nm(B)。不同采样时间和采样点,府河水体基本上都存在类蛋白荧光峰和类溶解性微生物代谢产物荧光峰。分析各荧光峰强度与水质指标相关性发现,两荧光峰之间呈显著性相关,表明研究区域中类蛋白质和类溶解性微生物代谢产物具有同源性;DOM两类荧光峰与COD,TN,TP,NH3-N呈显著正相关,表明通过两类荧光峰强度可推测府河污染程度,为府河污染防治和沿河流域生态环境治理提供参考。     

人体血清血糖浓度对血清荧光强度的影响

血液在临床医学诊断和治疗中有着重要的价值,很多疾病都可能导致血液成分或性质发生特征性的变化.因此,对血液中的糖进行分析将是十分重要且有实用意义的.文章研究了正常血清与高血糖血清在光激发下荧光强度的差异.结果表明在365 nm处荧光图像的平均灰度值随血糖的浓度增大呈现明显增大的趋势;但在353,405,369 nm处的荧光图像的平均灰度变化不大.这表明葡萄糖主要影响血清365 nm处的荧光强度.由于荧光强度与荧光物质的浓度有关,所以血糖浓度变化直接影响365 nm处的荧光强度.因此,可以根据365 nm处的荧光强度的大小来判断血清中的血糖含量是否超标,这为光学技术应用于血液疾病诊断方面提供实验依据.     

太阳辐射对溶解有机质荧光光谱特征的影响

利用三维荧光光谱研究了太阳辐射对溶解有机质(DOM)荧光光谱特征的影响.实验结果表明,太阳辐射使DOM的荧光发射光谱强度减弱.在三维荧光光谱图中,红枫湖样品的荧光峰A,C,南明河样品的荧光峰A,B,C,尤其是荧光峰C的λExmax/λEmax位置随着太阳辐射时间的延长而逐渐向短波长移动.从腐殖酸样品的三维荧光光谱图中则发现,原始样品荧光峰位置出现在λEx/λEm=275/500nm处,光照作用后出现两个荧光峰:λEx/λEm=245/450 nm和310/450 nm.太阳辐射对DOM中不同荧光组分的光降解速率存在差异,从荧光峰A和C的比值r(A,C)随太阳辐射时间的变化趋势得知,荧光峰C比荧光峰A的荧光丢失速率更大,即对于太阳辐射作用更敏感.在整个光降解过程中,红枫湖、南明河DOM的r(A,C)值比标准腐殖酸Fluka HA的r(A,C)值的变化更显著.通过本研究表明,可以利用三维荧光光谱所提供的完整的光谱信息来研究DOM在光降解过程中的光谱特征以及物理化学组成等变化.     

氧化还原条件变化对上覆水体中溶解有机质的三维荧光光谱特征影响

利用三维荧光光谱(3EEMs)技术,考察了不同氧化还原条件对上覆水体中溶解有机质的三维荧光光谱特征的影响。好氧条件下上覆水体中DOM的荧光指数要高于厌氧条件,说明在不同的氧化还原条件下,上覆水体中DOM来源和组成均存在一定的差异性。上覆水体的三维荧光光谱特征也存在显著差异:好氧条件下,上覆水体中的类蛋白荧光峰强度均高于腐殖质类荧光峰强度,且三维荧光光谱图显示腐殖质类DOM存在氧化降解现象。厌氧条件下,上覆水体中腐殖质类荧光峰的强度随培养天数逐渐增加,当厌氧培养时间为21 d,C和D荧光峰的强度已分别上升至初始的3.51和3.78倍。在不同的氧化还原条件下,类蛋白和类腐殖质类DOM荧光峰位置和强度的变化,表明不同类型DOM的生物可利用性程度和在沉积物-水界面间迁移转化特征的差异性。     

河北洨河人工湿地水体溶解性有机物性质的演化过程研究

联合三维荧光光谱、紫外光谱和化学还原法,对洨河人工湿地水体DOC与COD的变化特征以及溶解性有机物(DOM)的来源、化学结构、腐殖化程度与氧化还原性质进行研究,以期为深入揭示DOM在人工湿地中的地球化学行为及其生态环境效应提供科学依据。结果显示,河流水体COD 60%以上来自DOC的贡献,而其经过人工湿地后含量的降低则主要是由有机物中的N,H,S,P元素更容易被去除所导致的,其贡献率可达65%。f_(470/520)与BIX两种指数共同指示了水体DOM主要由微生物贡献,表明水体DOM明显受到微生物的降解作用。三维荧光光谱PARAFAC模型分析显示,人工湿地水体DOM包含类蛋白和类腐殖质组分,其中类富里酸和类胡敏酸组分比类蛋白质组分更容易被降解,类富里酸与类胡敏酸组分具有相似的分解命运。有色溶解性有机物(CDOM)与荧光溶解有机物(FDOM)具有共源性,均主要由类腐殖质组成,二者进入人工湿地后没有产生选择性降解。水体进入人工湿地后E_2/E_3,A_(240~400),r_(A,C)与HIX指标没有发生显著变化,表明人工湿地对水体DOM的腐殖化程度不会产生显著影响。然而,人工湿地环境不仅有利于形成还原态的DOM,促进水体三价铁的还原,而且可以提高DOM作为电子穿梭体的能力,这可能与DOM的芳香性碳在人工湿地中能够得以更好保存有关。     

3DEEM和PARAFAC的猪场废水DOM组成特征分析

猪场废水中物质组成与其潜在的环境效应密切相关,研究废水中有机物的组成特征将可为制订科学的资源管理措施提供理论依据。通过采集江西省余江县不同养殖规模(以年出栏量计)的吴杨高(WYG,2 000头)、成林牧业(CL,5 000头)、万谷(WG,20 000头)和正邦(ZB,24 000头)等猪场自然氧化塘内的养殖废水,运用三维荧光(3DEEM)和平行因子分析(PARAFAC)模型研究废水中可溶性有机物(DOM)组成及其荧光特性。结果表明,成林和吴杨高猪场废水中化学需氧量(COD)、全氮(TN)、氨氮(NH+4)以及可溶性有机碳(DOC)浓度均显著高于万谷和正邦猪场。通过3DEEM和PARAFAC建模发现,猪场废水中可溶性有机物(DOM)主要有三个组分,其中包括两个类蛋白质组分(C1,C2)和一个类腐殖质组分(C3)。线性拟合结果表明,C1分别与C2,C3组分荧光强度间呈极显著正相关,表明不同组分间可能具有相同的物质来源或变化趋势。与养分浓度变化趋势一致,成林和吴杨高猪场DOM组分的荧光强度显著高于万谷和正邦。此外,C1和C2组分对猪场废水中DOM总的贡献率依次为成林(89.7%),吴杨高(87.9%),万谷(77.5%)和正邦(72.9%),而C3所占比例分别为成林(10.3%),吴杨高(12.1%),万谷(22.5%)和正邦(27.1%)。可见,废水中类蛋白质组分比例明显高于类腐殖质组分。与此同时,荧光指数(FI370)和腐殖化指数(humification index,HIX)的变化趋势,整体表现为正邦和万谷猪场显著高于成林和吴杨高猪场。Pearson相关性分析表明,不同的荧光指数受环境指标的影响存在一定差异,COD与DOC浓度分别与DOM组分荧光强度间呈极显著相关性。综上,不同的规模化猪场废水中养分水平在一定程度上影响着DOM组成和荧光特性的形成。     

平行因子分析法在太湖水体三维荧光峰比值分析中的应用

以太湖水样三维荧光光谱数据为例,提出在采用平行因子分析法(PARAFAC)处理后的荧光数据中提取荧光峰强度计算荧光峰比值进行水环境分析评价的方法,较直接在水样原始荧光谱图中获取的荧光峰强度更加准确客观。天然水体中各水样间由于受荧光团复杂多样性等因素的影响,某类荧光物质荧光峰的激发发射波长位置并不是固定不变的,就同一水样而言各类荧光峰之间的相互重叠干扰也将影响到荧光峰强度和位置的准确判断。而在PARAFAC模型各因子中提取相应荧光峰值可以保证各水样间同类荧光物质荧光峰在同一位置又有效减弱同一水样中各类荧光物质荧光峰之间的相互干扰,更加高效准确的利用荧光峰比值进行水环境分析。区域差异性分析时水样因子得分比值的区域变化与原始荧光峰比值变化趋势是一致的。     

太湖典型湖区水体溶解有机质的光谱学特征

应用荧光光谱、紫外光谱及多种紫外参数等光谱学手段对太湖水体溶解有机质(DOM)进行分析测定,探讨太湖典型湖区水体中DOM的来源及其影响因素。结果表明:不同湖区水体DOM组成特性呈现出一定的区域特征,位于入湖河流的T1点和T2点所代表的竺山湾湖区,结构复杂的大分子物质和腐殖质类物质含量较多,这些区域受多重来源包括生物来源、陆源及生产生活污水的影响较大;以T3为代表的梅梁湾湖区、T4为代表的贡湖湾湖区和T5所处的湖心区其DOM复杂化程度相对较低;而T6点代表的东太湖湖区,因受外界环境的影响较小,以结构简单的类蛋白物质含量居多。     

激光诱导水体中DOM的荧光猝灭特性分析

以355 nm激光为激发光源,在实验室中用激光诱导荧光(LIF)方法以不同浓度的腐殖酸为测量样品研究了水体中溶解有机物(DOM)的荧光猝灭特性.研究表明,随着腐殖酸浓度的增加,水拉曼散射强度逐渐减弱,当浓度为40 mg·L-1时,水拉曼散射信号几乎完全被DOM的荧光基态分子所吸收,而DOM的荧光强度随着浓度的增加,先是线性增加,当浓度为16 mg·L-1时,荧光强度达到最大,再继续增加腐殖酸浓度,荧光强度则缓慢降低.因此,通过对不同浓度下腐殖酸荧光猝灭特性的分析,可以更加有效的实现水体中DOM浓度的探测.     

不同水文情形下巢湖有色可溶性有机物来源及分布特征

于2018年1月(枯水)、4月(平水)、7月(丰水)对巢湖开展野外观测,探讨不同水文条件下有色可溶性有机物(CDOM)的光谱组成结构及分布特征。结果表明丰水期巢湖溶解性有机碳(DOC)均值(3.90±0.40) mg·L-1与枯水期均值(3.89±0.19) mg·L-1无显著差异(t-test, p>0.05),丰水期S_275～295均值(21.48±1.56) μm-1显著大于枯水期均值(19.24±0.98) μm-1(t-test, p<0.001)。平行因子分析得到了4个荧光组分,分别为短波类腐殖质组分C1、类色氨酸组分C2、类酪氨酸组分C3和长波类腐殖质组分C4。TP,TN,Chl-a和DOC浓度与短波类腐殖质组分C1、长波类腐殖质组分C4都呈显著正相关(p<0.01);DOC与类色氨酸组分C2也存在一定正相关(p<0.05)。此外巢湖CDOM的组成与来源有明显的季节差异性,丰水期陆源类腐殖酸输入是巢湖西部湖区CDOM库主要贡献源;平水期湖泊藻类生物降解为重要贡献源。为有效保护巢湖水质,应对十五里河及南淝河流域实施一定的管控措施。