pH值对秸秆腐殖化溶解性有机质紫外光谱和荧光光谱的影响

秸秆是农业生产的主要副产物,也是农业面源污染的新源头。秸秆还田能有效解决其减量化和资源化利用问题,国家“十二五”规划已明确提出“加大秸秆还田力度,保障农业的稳产、增产和可持续发展”。现阶段,对于典型地区不同环境条件下还田秸秆腐殖化行为的研究不多,同时对于腐殖化组分的精细化检测和分析也有待加强。针对黄土区秸秆还田问题,以紫外光谱法和荧光光谱法为切入点,分析pH值对腐殖化产物溶解性有机质(Dissolved organic matter, DOM) 性质的影响,深度揭示秸秆腐殖化过程的内在本质。结果表明：在200～700 nm波长范围内,DOM的紫外吸收强度先增加后减小,主要吸收峰出现于240 nm附近。相对于中性(pH 7)体系,酸性(pH 6)和碱性 (pH 8和9) 条件下的最大吸收波长λ_max值红移。SUVA₂₅₄,E₃/E₄和A₂₅₃/A₂₀₃比值的规律性变化说明反应体系腐殖化程度较低,这与秸秆腐殖化周期较短有关。黄土浸提液DOM的荧光峰主要位于λ_ex/em=250/330和λ_ex/em=325/450区域,分别归属为紫外区类富里酸荧光峰和可见光区类富里酸和腐殖酸类物质荧光峰。随着腐殖化体系pH值的升高,荧光峰位发生红移,表明DOM苯环结构逐渐增多,共轭度有所增加,同时在λ_ex/em=250/450附近检测到新荧光峰。pH值对荧光强度的影响主要体现在紫外区类富里酸荧光峰,峰强先升高后下降,而对可见光区荧光峰强影响不大,这与浸提液的缓冲效应、荧光猝灭(或副反应)和DOM组分结构有关。紫外光谱和荧光光谱能够一定程度上阐释pH值对秸秆腐殖化DOM性质的影响。     

制革废水处理过程溶解性有机物的光谱特性研究

制革工业是我国国民经济的传统产业,制革废水已成为工业废水的重要组成部分。现阶段对于制革废水的研究多关注于进水和出水的水质状况,对于废水处理过程溶解性有机物(DOM)的转化规律和净化行为涉及很少。通过紫外光谱和三维荧光光谱跟踪识别制革废水不同处理工段水体DOM的生成特性,尝试建立总荧光强度与水质参数的线性关系。结果表明：废水DOM的吸光度随着紫外波长的增加先上升后下降,最大吸收峰位于230 nm附近。A₂₅₃/A₂₀₃比值和SUVA₂₅₄的参数值先增大后减小,暗示了废水游离取代基和芳环取代基种类和数量的变化。废水原水荧光峰主要出现在λ_ex/em=320～350/440～460和λ_ex/em=270～300/390～420区域,分别归属为可见光区类腐殖酸荧光峰和可见光区类富里酸荧光峰。随着废水处理过程的进行,相继检测到类腐殖酸荧光峰蓝移(水解酸化池)、类色氨酸荧光峰(λ_ex/em=290/340,二级生化池)、弱荧光峰(λ_ex/em=350/520,四级生化池)以及荧光特性趋于稳定(二沉池和出水口)等现象,证实了废水有机物的降解特性和生成规律对荧光图谱的影响。制革废水总荧光强度去除率与总有机碳去除率的线性关系更好,相关系数r为0.835 5。紫外光谱和荧光光谱能在一定程度上揭示制革废水的净化规律和机制。     

黄土区秸秆腐殖化溶解性有机质对土壤铅赋存形态的影响机制

重金属是土壤中最具代表性的污染物之一,重金属的赋存形态直接关系到其生理毒性和迁移行为,是重金属污染研究的重要方向。重金属形态与环境条件关系密切,鉴于土壤系统的高度复杂性,相近条件下的重金属形态转化行为也可能不尽相同。相关研究目前尚未有统一定论,成为有待验证的理论问题。在实验了解秸秆腐殖化DOM性质 (紫外光谱、三维荧光光谱和红外光谱) 的基础上,借助Tessier连续提取-AAS法分析DOM作用下铅的形态转化规律,据此建立溶解性有机碳 (DOC) 与有机结合态铅的线性关系,并辅以FTIR明确DOM官能团对铅形态转化的贡献。结果发现：DOM紫外吸收主峰位于229 nm处,荧光组分集中于λ_ex/em=250/350 nm,λ_ex/em=250/450 nm和λ_ex/em=330/450 nm区域,归属为紫外区类富里酸和可见光区类腐殖酸荧光峰。DOM的官能团组成比较复杂,—OH,CO,N—H等振动峰比较明显。DOM能够影响黄土铅的赋存形态,其存在有助于降低可交换态、铁锰氧化态和残渣态铅含量,但对碳酸盐结合态铅含量影响甚微。DOC含量与有机结合态铅含量正相关(r=0.691 8),表明DOM可以有效络合铅离子;DOM中的—OH,CO, —COOH等基团对铅离子的形态转化具有关键作用。     

复合污染黄土异位柱淋洗淋溶组分的光谱特性研究

土壤污染已成为威胁全球人类生存的重大战略性问题。据统计,中国至少有1/5的耕地受到重金属污染,总面积达2 000万ha。由土壤污染引发的食品安全问题、人类健康问题、生态环境问题愈演愈烈,污染程度有逐年加重的趋势。及时有效地治理污染土壤已成为学者们关注的重点。化学淋洗法是较为有效的污染土壤修复方法,但土壤淋洗过程组分流失现象不可忽视,因为这可能在去除土壤污染物的同时,导致土壤肥力下降、理化属性改变或土壤生态功能的彻底丧失。土壤淋洗过程淋溶组分的光谱特性研究,可以为污染场地修复工程提供决策参考,对于恢复土壤生态功能具有重要的指导意义,但目前来看这方面的研究还略显欠缺。本研究以乙二胺四乙酸(EDTA)为淋洗液,通过异位柱淋洗实验研究铅/镉复合污染黄土淋洗过程中的组分淋失特性,主要包括黄土盐基离子、黄土养分、粘土矿物和有机质。借助X射线衍射(XRD) 和扫描电镜 (SEM) 分析淋洗过程对黄土粘土矿物的影响,同时跟踪识别淋洗液中可溶性有机质 (DOM) 的三维荧光光谱 (3D-EEM) 特性。研究表明：EDTA对污染黄土的淋洗过程能够造成组分淋失。淋洗过程结束的240 min时,EDTA对铅和镉最终淋洗率分别为49.86%和62.25%。盐基离子中的Na离子和黄土养分中的硝态氮最易淋失,淋洗过程对黄土粘土矿物的影响基本可以忽略。反应前期(10 min) 淋洗液中最先出现的是类富里酸类物质(E_ex/em=240～250/320～340, E_ex/em=260～290/450~470);到淋洗中期 (60 min) 类胡敏酸类物质荧光峰(E_ex/em=290~320/430~490) 开始出现,同时类富里酸荧光峰(E_ex/em=240/320)有减弱趋势;反应后期(120和240 min) 荧光峰强度均明显降低,这反映了淋洗液中荧光组分组成特性差异。光谱联用技术可以有效表征污染黄土淋洗过程淋失组分特性差异。     

介质pH对渗滤液中水溶性有机物荧光光谱特性的影响

采用荧光分析方法,对不同pH条件下3个填埋年限渗滤液中水溶性有机物(DOM)的荧光特性进行了研究。同步荧光光谱表明,填埋1年及10年渗滤液DOM的同步荧光图中各峰的荧光强度pH 4时最强;填埋5年渗滤液DOM在pH 12时荧光强度最强,而pH 4时的荧光强度次之。渗滤液DOM三维荧光光谱表明,填埋1及5年类蛋白峰强度在pH 10达到最大,而填埋10年在pH 8荧光强度最强;可见区类富里酸峰强度在pH=10达到最大值,而紫外区类富里酸峰较强的荧光强度则分别在pH 4和10时;与类富里酸物质相比,类蛋白物质更容易受pH的影响。紫外区类富里酸荧光强度与可见区类富里酸荧光强度比值[r_{(A, C)}]受pH的变化影响较大,因此,当比较不同来源DOM的r_{(A, C)}值时,应使其pH处于同一水平。     

温度和铅离子对秸秆腐殖化溶解性有机质三维荧光光谱的干扰效应

秸秆还田是秸秆资源化和减量化的主要途径之一,是国家“十二五”期间的重要政策导向。还田秸秆能够发生天然腐殖化,逐步完成溶解性有机质(DOM)的生成和转化过程。现阶段,针对黄土地区环境因子对秸秆腐殖化调控作用的研究较少,从荧光光谱角度分析腐殖化组分与金属离子的结合特性也有待完善。以荧光光谱法为切入点,探讨温度和铅离子对秸秆腐殖化DOM三维荧光光谱峰位和峰强的影响,借助修正型Stern-Volmer方程推算Pb(Ⅱ)-DOM的配位参数,辅以Van’t Hoff方程揭示结合过程的热力学特性。结果表明：腐殖化温度没有引起DOM荧光峰位的明显偏移,三维荧光光谱中没有发现新荧光峰的出现或已有荧光峰的消失,荧光峰强随温度的升高而降低。铅离子浓度的增加导致DOM主要荧光峰强下降,这是铅离子对DOM组分的荧光猝灭作用。经修正型Stern-Volmer方程计算可知：铅离子对可见光区类富里酸组分的配位能力最强,较大的配位荧光基团比例f值暗示DOM中较多的活性基团与铅离子发生配位作用,猝灭机理以静态猝灭为主。配位过程自发、吸热,反应体系分子组成的复杂性和无序度较低。三维荧光光谱能够有效揭示温度和铅离子对秸秆腐殖化DOM性质的影响。     

鸡粪堆肥有机质转化的荧光定量化表征

采用荧光分析技术和数学分析方法,对不同阶段鸡粪堆肥样品提取出的水溶性有机物进行了特征荧光参数定量化表征。结果显示：随着堆肥的进行,类腐殖质荧光峰与类蛋白荧光峰荧光强度的比值I₃₃₀/I₂₈₀、465 nm激发波长下发射光谱中470～640 nm范围内荧光积分面积A_470～640及240 nm激发波长下发射光谱中后四分之一波段与前四分之一波段的荧光强度积分面积比A_{435～480 nm}/A_{300～345 nm}均不断增大,表明堆肥腐殖化程度加大。三维荧光光谱显示,随着堆肥的进行类蛋白峰强度不断降低,而类富里酸峰强度不断增大,至堆肥结束类蛋白荧光基本消失;紫外区与可见区类富里酸峰荧光强度的比值r_{(A, C)}随着堆肥的进行总体呈明显下降趋势,但出现了较大波动。相关性分析显示,I₃₃₀/I₂₈₀,A_470～640及A_{435～480 nm}/A_{300～345 nm}两两间显著相关,而r_{(A, C)}受其他因素影响较大,与上述３个参数未达到显著相关水平。结果表明,I₃₃₀/I₂₈₀,A_470～640及A_{435～480 nm}/A_{300～345 nm}均能有效表征堆肥腐殖化进程。     

环滇池土壤溶解性有机质(DOM)的光谱特征及来源分析

利用紫外-可见光谱和三维荧光光谱技术,结合平行因子分析法,对环滇池地区土壤中溶解性有机质(dissolved organic matters, DOM)的结构特征和来源进行了研究。结果显示,所有样品的紫外-可见光谱曲线均呈现出相似的特征,吸收系数随着波长的增加而降低,并在250～280 nm波段存在一个明显的肩状吸收峰。柴河水库和滇池东部地区土壤DOM的芳香性(A₂₅₀/A₃₆₅)、分子量(S_R)、腐殖化程度(SUVA₂₅₄)和所含疏水组分(SUVA₂₆₀)均高于其他三个区域。三维荧光光谱显示,环滇池土壤DOM中含有紫外可见光区类富里酸峰、可见光区类富里酸峰和两种类腐殖酸峰。荧光指数(fluorescence index, FI)和自生源指标(autochthonous index, BIX)均表明该地区土壤DOM有着典型的陆源特征,且类蛋白成分生成量较少,生物可利用性较低。平行因子分析法(PARAFAC)将土壤DOM分成四个荧光组分,四个组分之间有着非常显著的相关性(p＜0.01),表示具有同源性。此外,类富里酸荧光组分对DOM的贡献率最大,说明土壤DOM中富里酸物质的含量相对较多。     

典型除草剂生产废水的有机污染特性研究

除草剂废水作为难处理的工业废水之一,具有含盐量高、可生化性差、难生物降解等特点。该废水含有的溶解性有机物与难溶解性有机物均以含氮有机物为主,BOD∶COD=0.045,C∶N∶P=692∶426∶1。实验采用吹扫捕集、静态顶空、固相微萃取、固相萃取、液液萃取与气相色谱/质谱联用,定性分析了莠去津、乙草胺除草剂生产废水中主要有机污染物,并研究了废水及主要污染物的紫外吸收光谱、三维荧光光谱。定性结果显示,废水中含有氯代烃、苯系物和均三嗪类、酰胺类除草剂等38种挥发性、半挥发性有机物,其中莠去津、乙草胺等除草剂占87.99%。受单环或杂环类物质的影响,废水在波长210～230和250～270 nm范围内有紫外吸收,且氨基基团导致其紫外吸收红移20 nm。废水在λ_ex/λ_em=200～280/300～400 nm产生了5个荧光峰a(225/305 nm),b(265/365 nm),c(275/305 nm),d(285/390 nm),e(320/375 nm)。不同官能团特征有机物三维荧光结果显示,λ_ex/λ_em=215～230/290～340 nm附近区域为不饱和键荧光区,废水中该区域主要荧光贡献物质为烯烃、苯环、杂环;λ_ex/λ_em=270/300 nm附近区域为酚羟基、羰基荧光区,废水中该区域主要荧光贡献物质为苯酚类、酮类。     

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E₂/E₃,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。     

丁基萘磺酸钠水溶液的三维荧光特性

三维荧光光谱技术是新型高效的化学分析方法,在水环境领域的应用日益广泛,但存在水溶液中污染物的荧光信息缺乏的瓶颈。以有毒污染物丁基萘磺酸钠为例研究了其水溶液的三维荧光特征。结果表明,该溶液存在4个荧光峰,分别位于激发波长/发射波长为230/340,280/340,225/650和280/650 nm处。除225/650 nm处之外其余三个荧光峰的荧光强度均随着浓度增加而增大;而225/650 nm处的荧光强度在浓度低于0.5 mg·L-1时,随着浓度增加而增大,大于0.5 mg·L-1时则随着浓度增加而减小。pH对荧光峰的位置影响不明显,但会改变峰强度。pH为2～10时荧光特征比较稳定。荧光法直接测定水环境中丁基萘磺酸钠是可行的。测量可以采用280/340 nm作为测量波长,线性浓度范围为0～0.033 3 mg·L-1。这种简便快速的方法不需要进行复杂的样品前处理,结果可靠。     

秸秆-牛粪发酵过程中溶解性有机质的荧光光谱特征

溶解性有机质(DOM)在自然生态系统有机物向无机物的转换过程中起重要作用。DOM在发酵过程中为微生物提供营养和能量,同时对腐殖质的迁移和转化具有重要的指示作用。牛粪有助于提高玉米秸秆腐殖化效率,使农业废弃物得以更好的利用。为探讨玉米秸秆-牛粪体积比2∶8(T1)、4∶6(T2)、6∶4(T3)和8∶2(T4)处理发酵过程中DOM的特征,采用三维荧光光谱-平行因子分析法,分析发酵底物中DOM的荧光组分;通过荧光指数(FI)和自生源指数(BIX)来表征DOM的来源,用腐殖化指数(HIX)分析发酵物料的腐殖化程度,并分析DOM各组分间最大荧光强度的相关性。结果表明：4个处理过程中DOM来源受自生源和外生源的共同影响(FI>1.4,0.8类富里酸>类胡敏酸。类富里酸和类胡敏酸之间呈现极显著正相关。基于此,根据DOM荧光光谱特性,为提高玉米秸秆在有机物料发酵中的利用率,秸秆-牛粪体积比为6∶4可作为实际堆肥的参考值。     

单异硫氰基3∶1不对称酞菁锌的光谱性质研究

测定了三种含异硫氰基3∶1不对称酞菁锌配合物(RO)₆(NCS)PcZn(Ⅱ)(R=n-C₄H₉; n-C₅H₁₁; n-C₁₀H₂₁)在五种有机溶剂中的电子吸收光谱,研究了取代基和溶剂对吸收光谱的影响和规律。同时测定它们在有机溶剂中的荧光发射光谱,研究了外部取代基、溶剂和浓度对最大发射波长及荧光强度的影响规律,发现此类配合物具有特定的荧光效应,有望成为光动力诊断和治疗的有效光敏剂。