城市生活污水处理过程三维荧光光谱在线监测分析方法

采用三维荧光光谱(3D-EEMs)结合主成分分析(PCA)方法,将城市生活污水的三维荧光光谱分为芳香性蛋白类、微生物代谢产物、腐殖酸类和富里酸类物质四个光谱区域,判断各区域的主成分贡献率,求取各区域的第一主成分区域值,建立其与水体化学需氧量(COD)和总氮(TN)关系,研究了城市生活污水处理效果快速分析评价方法。研究结果表明,城市生活污水荧光物质主要由方香性蛋白类物质、微生物代谢产物、腐殖酸类和富里酸类物质构成,各物质的荧光区域分布不同,在污水处理过程中芳香性蛋白类物质和微生物代谢产物区域光谱变化明显,腐殖酸类和富里酸类物质区域光谱变化较小;光谱各区域第一主成分区域值与水体COD及TN之间具有良好相关性,其中芳香性蛋白类物质光谱第一主成分区域值与COD相关系数达到97.63%,芳香性蛋白类物质和微生物代谢产物第一主成分区域值之和与腐殖酸类和富里酸类物质第一主成分区域值之和的比值(Y_p/Y_f)与TN相关系数达到94.02%。通过将水体三维荧光光谱结合主成分分析方法,实现了对污水处理各流程的荧光光谱的信息降维提取,避免了各物质荧光峰的重叠和光谱信息冗余;通过水体中各物质的光谱特性将光谱分割为不同的物质区域,求取各区域内光谱第一主成分区域值,提高了物质识别的准确率,有效地解决了各物质光谱信息识别问题;通过利用芳香性蛋白类物质光谱第一主成分区域值和Y_p/Y_f与常规水质指标COD和TN作相关性分析,为污水处理监测提供了一种实时有效的监测生活污水水质状况方法,解决了污水处理流程难以实时准确监测的问题。因此,利用三维荧光光谱结合主成分分析方法可对城市生活污水处理过程进行快速判别,为污水处理过程中水质监测、工艺优化及处理效果评估提供了一种全新的快速在线监测分析方法。     

不同溶解氧水平上覆水中DOM荧光特性及总氮含量评估

采用荧光光谱技术研究不同溶解氧(DO)水平下二十埠河底泥上覆水中溶解性有机物(DOM)转化特性及类蛋白荧光强度与总氮浓度的关系。三维荧光光谱显示：上覆水中DOM主要由三种类蛋白物质(高激发波长类酪氨酸、低激发波长类酪氨酸、低激发波长类色氨酸)和两种类富里酸物质(紫外区类富里酸、可见区类富里酸物质)组成,类蛋白物质是上覆水中DOM的主要成分。经过曝气后类蛋白荧光强度均存在明显降低,其中低激发波长酪氨酸和低激发波长色氨酸相对于高激发波长酪氨酸更易被微生物降解。而类富里酸荧光强度则均呈现增强趋势,表明类富里酸物质属于难降解有机物。上覆水中DOM荧光指数介于1.65~1.8之间,表明上覆水体DOM既有陆源又有生物源但以生物源为主。荧光指数随DO增加而增大,说明随着DO增加微生物量及微生物活性逐渐增加,微生物代谢功能增强,使得上覆水中DOM的生物源成份加大。在较高的溶解氧水平下,即DO分别为2.5,3.5和5.5 mg·L-1时,高激发波长类酪氨酸峰A的荧光强度与上覆水中总氮浓度有良好的相关性,相关系数(r2)分别为0.956,0.946,0.953,说明可以通过三维荧光技术监测高激发波长类酪氨酸峰A的荧光强度而快速分析上覆水中总氮浓度,为河道水体诊断、治理及修复提供快速有效的技术参考和理论支持。     

不同溶解氧水平上覆水中DOM荧光特性及总氮含量评估（英文）

采用荧光光谱技术研究不同溶解氧(DO)水平下二十埠河底泥上覆水中溶解性有机物(DOM)转化特性及类蛋白荧光强度与总氮浓度的关系。三维荧光光谱显示:上覆水中DOM主要由三种类蛋白物质(高激发波长类酪氨酸、低激发波长类酪氨酸、低激发波长类色氨酸)和两种类富里酸物质(紫外区类富里酸、可见区类富里酸物质)组成,类蛋白物质是上覆水中DOM的主要成分。经过曝气后类蛋白荧光强度均存在明显降低,其中低激发波长酪氨酸和低激发波长色氨酸相对于高激发波长酪氨酸更易被微生物降解。而类富里酸荧光强度则均呈现增强趋势,表明类富里酸物质属于难降解有机物。上覆水中DOM荧光指数介于1.65~1.8之间,表明上覆水体DOM既有陆源又有生物源但以生物源为主。荧光指数随DO增加而增大,说明随着DO增加微生物量及微生物活性逐渐增加,微生物代谢功能增强,使得上覆水中DOM的生物源成份加大。在较高的溶解氧水平下,即DO分别为2.5,3.5和5.5mg·L-1时,高激发波长类酪氨酸峰A的荧光强度与上覆水中总氮浓度有良好的相关性,相关系数(r2)分别为0.956,0.946,0.953,说明可以通过三维荧光技术监测高激发波长类酪氨酸峰A的荧光强度而快速分析上覆水中总氮浓度,为河道水体诊断、治理及修复提供快速有效的技术参考和理论支持。     

三维荧光与神经网络研究城市河流沉积物孔隙水有机物组成与结构特征

应用三维荧光技术结合自组织神经网络方法,研究典型城市河流沉积物孔隙水中水溶性有机物(DOM)与颗粒性有机物(POM)组成结构及空间分布特征。自组织神经网络是一种非监督神经网络算法,能够从有机物三维光谱中提取不同的荧光组分,表征各组分的含量。沉积物是重要的有机碳库,而沉积物孔隙水中有机物的多寡可直接反映其环境特征。人们对水体中沉积物孔隙水中的DOM与营养盐特征的研究较多,而对POM的研究较少,尤其对重污染城市支流河的研究更少。因此,选取沈阳市白塔堡河为研究对象,沿河源、农村、城市区域河段采集沉积物孔隙水样品,提取DOM与POM,检测样品的三维荧光光谱。DOM的f_450/500值为1.82～1.91,表明DOM主要是微生物源;POM的f_450/500值为1.42～1.68,表明POM主要以陆地输入为主。自组织神经网络解析DOM与POM含有类酪氨酸、类色氨酸、类富里酸与类胡敏酸等物质,类酪氨酸主要源于新鲜的具有高氧化的类蛋白物质,而类色氨酸主要为微生物代谢产物。DOM的各组分丰度之和为POM的2倍,类酪氨酸平均相对丰度在50%以上,类色氨酸的平均相对丰度为18.8%～23.1%,类富里酸相对丰度比类胡敏酸的高,但两者在有机物组分所占比重小。通过主成分分析,DOM与POM特征呈现沿河源、农村、城市区域河段变化,表明白塔堡河深受人类活动的影响。     

垃圾渗滤液中溶解性有机物组分的三维荧光特性

运用三维荧光光谱技术研究了垃圾渗滤液中六种DOM组分的荧光特性。结果表明:类富里酸、类色氨酸和腐殖酸类物质是垃圾渗滤液DOM的主要组成,其中大量紫外区类富里酸物质的存在,是导致其可生化性差的主要原因。HOA含有较多紫外区类富里酸和较少可见区类富里酸,HIA正好相反;HIN组分主要包括紫外区和可见区类富里酸;HOB、HIB和HIN三种组分在各区域荧光信号都较强,包括HON组分在内,这四种组分荧光峰位置主要集中在类腐殖酸、紫外区类富里酸及可见区类富里酸三个区域;但不同组分的荧光强度差别较大,HOB和HIB在紫外区类富里酸有较强荧光强度,HIN在紫外区类富里酸、可见区类富里酸区域均有较强荧光强度;与这三者相比,HON在各位置的荧光信号中等;而HOA和HIA的荧光强度相对较弱,说明有机酸类物质的荧光特性较差。     

常规净水工艺去除有机物效果的三维荧光光谱分析法

有机物的荧光特性被广泛用来解析其在水体中的来源与分布。荧光光谱技术具有灵敏度高、选择性好、且不破坏样品结构的优点,非常适合用来研究有机物的化学和物理性质。运用三维荧光光谱分析技术对常规净水工艺中有机物的去除效果进行了研究。实验结果表明,三维荧光光谱技术能有效地揭示净水工艺中有机物的变化过程。在整个净水过程中,没有完全消除类富里酸荧光物质,也没有产生新的荧光物质。就类富里酸荧光物质的去除效果而言,混凝沉淀基本没有去除作用,过滤作用的去除率在5%～15%之间。     

污水厂出水颗粒态与溶解态有机物的红外和荧光光谱特征

城市污水处理厂出水作为再生水的主要水源,其迥异的物质组成给受纳水体带来潜在环境风险。全面掌握污水厂出水水体中有机物组成及结构信息,将为污水厂提标改造及有毒有害物质排放标准的制定提供理论支撑。采用傅里叶变换红外光谱和三维荧光光谱技术,结合二阶导数光谱及区域积分分析方法,对4个典型城镇污水处理厂(W1,W2,W3,W4)出水水体中颗粒态有机物(POM)与溶解态有机物(DOM)的物质组成及结构差异特征进行了分析。结果显示： 污水处理厂出水中POM主要组分为脂肪类、芳香类、糖类及矿物盐,而DOM主要由有机酸、蛋白质、多肽、糖类及芳香类物质组成。各污水处理厂出水水体POM中,W1芳香类物质较多而矿物盐类等颗粒较少,W2较W1含有更多的糖类物质,W3含较多脂类、蛋白类及糖类,而W4含有芳香类及羧酸物质的有机物较多。水体DOM组成中,W1和W2成分较为类似,主要为芳香性较高的大分子有机酸,其含量分别占总有机物的73.9%和67.7%;W3与W4组成中蛋白、多肽及糖类含量较高,其中类蛋白物质分别占DOM总量的71.3%和53.5%。研究结果表明,采用傅里叶变换红外光谱结合二阶导数分析能很好识别不同污水处理厂出水水体中POM与DOM主要物质组成及结构差异,同时利用区域积分方法对样品三维荧光光谱进行解析,能更进一步定量分析不同来源样品物质组成特征。     

东海海水中荧光溶解有机物质的三维荧光光谱特征

2005年3～4月在东海采集了海水样品,利用三维荧光光谱(EEMs)技术测定了水体中溶解有机物质的荧光性质,通过荧光光谱图中荧光峰的位置、数量、强度的变化及荧光峰之间的相关性,初步判断了荧光物质的种类、分布和来源。东海水体中检测到七种荧光峰,分别为高、低激发波长类色氨酸和类酪氨酸荧光峰、紫外腐殖质荧光峰、可见腐殖质荧光峰和海洋腐殖质荧光峰,其中荧光峰B, S和A出现在整个调查海区中;荧光峰T和D出现在调查海域的北部;类腐殖质荧光峰M和C只出现在部分站位的水样中。荧光物质在研究海域表层的主要来源为长江输入,在中层,荧光物质是长江输入和浮游植物共同作用的结果。不同荧光峰强度之间具有较好的正相关性,表明调查海域水体中的类蛋白荧光物质和类腐殖质荧光物质有着相同的来源或在结构上具有某种联系。     

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。     

平行因子法结合自组织映射神经网络的三维荧光特征及其与水质的关系

利用三维荧光技术进行水质监测对干旱区绿洲河流水质的有效管理具有重要的意义。以三维荧光技术为手段,以艾比湖流域地表水为研究对象,结合平行因子(PARAFAC)法和自组织特征映射神经网络(SOM)方法,探讨了艾比湖流域地表水溶解性有机质的三维荧光特征及其与地表水水质指标之间的关系。通过PARAFAC法,有效提取了艾比湖流域地表水样中的4种荧光组分,C1荧光峰对应物质为紫外区类富里酸,C2荧光峰对应物质为类富里酸,C3包括2个峰C3(T1)和C3(T2),其中C3(T1)荧光峰对应物质为类蛋白,C3(T2)荧光峰对应物质为类腐殖酸,C4荧光峰对应物质为类腐殖质。经SOM训练,在不同聚类层中探讨水质参数分布情况,水质状况由差到好的顺序依次为博河上游、精河绿洲、乌苏周边农田、艾比湖周边。在艾比湖流域丰水期,酸碱度(pH)、电导率(EC)、溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)和五日生化需氧量(BOD5)与水样的三维荧光峰具有较为显著的相关性,而总磷(TP)、总氮(TN)及氨氮(NH+3-N)与各荧光峰相关性较弱。分别建立pH、EC、DO、COD及BOD5与各荧光组分间的多元线性回归方程,求得相关系数R分别为0.579、0.632、0.502、0.762和0.785,可以在一定程度上利用各荧光组分模拟水质参数的变化情况。在利用PARAFAC探讨地表水荧光特征的基础上,SOM网络作为一种有效的水体荧光光谱分析工具,可为干旱区水质监测和河流水质污染治理提供科学依据。     

反渗透膜前预处理工艺去除渗滤液中DOM的光谱分析

考查反渗透(RO)膜处理渗滤液前所采用的预处理工艺对致膜有机污染物的去除效果,为RO膜预处理工艺的选择提供参考,采用同步荧光光谱、三维荧光光谱、紫外-可见全光谱对某垃圾焚烧厂渗滤液原液及其经“生化(UASB+A/O)+超滤”预处理工艺各级出水进行不同分子量分布区间的分析。同步荧光光谱表明,预处理工艺总体能有效去除波长在250～320 nm各分子量区间的以及波长>320 nm、分子量>1KDa的DOM;三维荧光光谱表明,预处理工艺总体能有效去除低激发波长类酪氨酸、低激发波长类色氨酸及高激发波长类色氨酸及分子量>1KDa的类富里酸和高激发波长类酪氨酸;紫外-可见全光谱表明,预处理工艺总体能有效去除分子量>1KDa带π—π*跃迁的DOM和各分子量区间的带多个共轭体系苯环结构的DOM。结果显示,将“生化(UASB+A/O)+超滤”组合工艺作为RO膜法处理焚烧厂渗滤液的预处理工艺时,还需加强同步荧光范围>320 nm、分子量<1 KDa、带π—π*跃迁的类富里酸及高激发波长类酪氨酸的去除。     

生物滞留系统间隙水DOM三维荧光光谱特征分析

为探明不同淹没区填料对生物滞留系统的净水效果的影响,采用三维荧光光谱研究间隙水溶解性有机物的组成成分和时间分布特征。三维荧光光谱显示,海绵铁环境间隙水中主要有机组分为微生物代谢产物(Ⅳ),火山岩与碎砖块中为类腐殖质(Ⅲ+Ⅴ);碎石块类腐殖质(Ⅴ)、简单芳香类蛋白(Ⅰ+Ⅱ)和微生物代谢产物(Ⅳ);48 h后海绵铁和碎砖块相关联的水生环境中DOM的荧光峰削弱,而火山岩和碎石块相关联水生环境中DOM的荧光峰增强。出水的类腐殖质组分(Ⅲ+Ⅴ)荧光积分体积均有降低(平均58.04%),芳香类蛋白组分(Ⅰ+Ⅱ)均有上升(平均65.36%)。海绵铁去除溶解性有机物效果最好(84.52%),火山岩(77.25%)和碎砖块(77.90%)较好,碎石块(29.20%)最差。间隙水中有机物主要来源于微生物的代谢活动(HIX＜4)。与类腐殖质相反,芳香类蛋白易被微生物利用,对微生物代谢活动和硝态氮反硝化有促进作用。生物滞留系统在设计时宜采用碎砖块和海绵铁填料,外加碳源宜选用易被微生物利用的有机物。     

二维相关荧光光谱探究土壤富里酸亚组分的质子键合多相性

利用同步荧光光谱（SFS）结合二维相关光谱（2D COS）和修正Stern-Volmer模型探究了森林土壤富里酸（FA）亚组分的质子键合多相性。利用XAD-8吸附树脂结合Na₄P₂O₇缓冲溶液逐步洗脱方法成功将土壤FA分级为异质性低的FA亚组分（FA₃-FA₁₃）。FA₃-FA₁₃含有类蛋白（类酪氨酸和类色氨酸）、类富里酸和类腐殖酸组分，且FA₇-FA₁₃比FA₃和FA₅含有更多含量的类蛋白组分。FA₃-FA₁₃中不同荧光组分的光谱峰强受溶液碱性pH值变化的影响较为明显。FA₃-FA₁₃的2D COS同步和异步相关谱图中自峰和交叉峰的复杂分布与荧光组分的质子键合多相性有关。FA₅-FA₁₃中类蛋白、类富里酸和类腐殖酸组分因pH值变量扰动而产生的光谱变化方向相同。在碱性pH值条件下，修正Stern-Volmer模型定量拟合FA₃-FA₁₃中荧光组分的解离常数（pK_a值），其中类酪氨酸、类色氨酸、类富里酸和类腐殖酸的pK_a值范围分别为6.11，8.93～10.12，9.32～10.65和9.70～10.63（R>0.854）。FA₃中类酪氨酸组分的低pK_a值（6.11）表明类酪氨酸组分含有更多含量的芳香族结构和相邻酚基官能团。FA₃-FA₁₃中类色氨酸、类富里酸和类腐殖酸组分的相似pK_a值（8.93～10.65）与羟基苯和氨基酸的pK_a值（8.0～12.02）相近，表明类色氨酸、类富里酸和类腐殖酸组分具有相似的质子亲和力，且酚基官能团和氨基酸组分在其质子键合过程中起主要作用。FA₃-FA₁₃中特定波长处荧光组分的波长连续变化顺序与其pK_a值递增趋势相一致，且质子结合位点的多相性特征同时存在于FA亚组分的不同荧光组分间和相同荧光组分内。FA₃中特定波长处类酪氨酸和类色氨酸组分的pK_a值（6.11～9.16）小于类腐殖酸组分（9.70～9.97），且荧光组分的递增趋势与波长连续变化的顺序（250 nm→275 nm→425～490 nm）相一致。FA₅-FA₁₃中特定波长处类色氨酸组分、类富里酸和类腐殖酸组分的pK_a值递增趋势与波长连续变化的顺序表现出相一致的规律：275 nm（8.93～9.70）→375～495 nm（9.88～10.16）→350 nm（10.65）（FA₅和FA₇），275 nm（10.11）→290～400 nm（10.35）（FA₉）和265～345 nm（9.32～9.80）→360～450 nm（10.06～10.13）（FA₁₃）。同时，FA₁₃中同一类富里酸组分的波长和pK_a值存在325 nm（9.32）→375～425 nm（10.06～10.13）的连续变化顺序。SFS-2D COS结合修正Stern-Volmer模型具有降低光谱重叠率和捕获光谱波长连续变化的优势，为深入研究有机质和污染物间复杂相互作用提供支撑。     

污水处理厂及受纳水体样品的三维荧光光谱解析

采用三维荧光光谱表征了污水厂各处理单元及受纳水体上下游的样品,应用平行因子分析方法获得了样品中各主成分的激发发射光谱图及荧光强度得分矩阵。结果表明,类蛋白质和类富里酸物质是污水厂和受纳水体样品的主要荧光组分。污水厂进水样品的类蛋白质荧光较强,后续各处理单元样品的荧光强度显著下降。受纳水体上游样品的类蛋白质荧光较弱,经过城区各取样点的类蛋白质荧光显著增加,而污水厂排放口上游荧光强度则显著高于下游。类蛋白质荧光强度得分可与样品COD值建立相关曲线,污水厂与受纳水体样品的相关系数分别为0.930和0.913,类蛋白质荧光可以反映样品点的有机污染程度。该研究为污水处理厂的运行及其对受纳水体影响提供了新的思路和方法。     

Single particle size and fluorescence spectra from emissions of burning materials in a tube furnace to simulate burn pits

A single-particle fluorescence spectrometer (SPFS) and an aerodynamic particle sizer were used to measure the fluorescence spectra and particle size distribution from the particulate emissions of 12 different burning materials in a tube furnace to simulate open-air burning of garbage. Although the particulate emissions are likely dominated by particles <1 μm diameter, only the spectra of supermicron particles were measured here. The overall fluorescence spectral profiles exhibit either one or two broad bands peaked around 300–450 nm within the 280–650 nm spectral range, when the particles are illuminated with a 263-nm laser. Different burning materials have different profiles, some of them (cigarette, hair, uniform, paper, and plastics) show small changes during the burning process, and while others (beef, bread, carrot, Styrofoam, and wood) show big variations, which initially exhibit a single UV peak (around 310–340 nm) and a long shoulder in visible, and then gradually evolve into a bimodal spectrum with another visible peak (around 430–450 nm) having increasing intensity during the burning process. These spectral profiles could mainly derive from polycyclic aromatic hydrocarbons with the combinations of tyrosine-like, tryptophan-like, and other humic-like substances. About 68 % of these single-particle fluorescence spectra can be grouped into 10 clustered spectral templates that are derived from the spectra of millions of atmospheric aerosol particles observed in three locations; while the others, particularly these bimodal spectra, do not fall into any of the 10 templates. Therefore, the spectra from particulate emissions of burning materials can be easily discriminated from that of common atmospheric aerosol particles. The SFFS technology could be a good tool for monitoring burning pit emissions and possibly for distinguishing them from atmospheric aerosol particles.     

泾渭河交汇区域平水期水体和表层沉积物溶解性有机质的光谱性质

溶解性有机质是环境生态学者关注的典型对象,其对环境质量的指示作用以及修复策略的效果评价具有重要参考价值。现阶段,对于河流和沉积物DOM的研究略显不足,尤其考虑到目标组分的动态差异 (时空、水文、环境、尺度等),相关方面的精细化研究便显得尤为必要。以泾渭河交汇区域(陕西西安高陵段)水体和表层沉积物为研究对象,通过光谱联用技术(元素分析、UV、FTIR、Raman、3D-EEMs和NMR) 深度揭示其微观特征。研究表明：沉积物DOM的H/C和N/C比都高于水体DOM,说明沉积物DOM碳氢饱和度更高,同时含有更多含氮组分。DOM紫外吸光度随吸收波长的增加逐渐下降;水体DOM吸收平台极弱,但沉积物DOM发现较明显的吸收平台(240～310 nm)。DOM含有—OH,CC, C—O等基团,沉积物DOM官能团性质略为复杂,具体体现在峰形和峰强的局部差异上。水体和沉积物DOM的Raman图谱相似,基本无法给予有效的区别信息。水体DOM荧光峰归属为可见光区类色氨酸和紫外区类富里酸,以陆源有机质为主;沉积物DOM荧光峰均属于紫外区类富里酸荧光峰,没有发现类蛋白组分特征峰。水体和沉积物DOM具有类似的C骨架,但沉积物DOM的脂族特性更明显。1H NMR结果表明碳水化合物H含量较高,而芳香族H、γ-H等含量较低。总体认为水体DOM的陆源性更加明显,沉积物DOM组分更为复杂和“年轻”。相关结果有助于深度明晰典型环境体系DOM的微观性质和环境行为。     

应用固体表面三维荧光技术研究湖泊底泥有机质组成与结构特征

固体表面三维荧光是一种表征固态有机质组分与结构的先进技术,不需要提取固体样品中的溶解性有机质,直接对固体样品进行三维荧光光谱检测,具有可操作性、实用性、信息量大的特点。利用固体表面三维荧光光谱,结合平行因子(PARAFAC)技术、聚类分析(HCA)与分类回归树(CART)模型等分析手段,提取乌梁素海表层底泥中的荧光组分,识别影响有机质特征的关键因子,揭示有机组分的空间分异规律。根据污染程度的不同,采集了10个表层底泥样品(1#—10#),检测未处理样品和加热处理样品的固体表面三维荧光光谱,二者之差得到湖泊底泥有机质的固体表面三维荧光光谱。采用PARAFAC技术,提取了4个主要的荧光组分(C1—C4)。C1为类色氨酸物质,主要来自于内源。C2为类富里酸物质、C3为可见区类胡敏酸物质、C4为紫外区类胡敏酸物质,C2—C4主要来自于陆源。四个荧光组分的总含量在北部最高,南部次之,中部最少。C2—C4的总含量高于C1,表明湖区底泥有机质主要来源为陆源。C1在湖区南部的含量高于北部与中部,表明C1可能与大量水生植物的生长代谢有关。C2含量的空间分布为北部>南部>中部。C3在北部地区的含量远高于南部和中部,是北部地区底泥的代表性物质。C4与C2的空间分布规律大致相同。基于荧光组分HCA,得出C2与C4可能具有相同的来源;C3与C1是区别底泥有机质特征的关键因子。基于采样点HCA,可将湖区底泥分为3个不同区域,分别为北部重度污染区、南部中度污染区与中部轻度污染区。利用CART模型,进一步验证了C3与C1是识别底泥有机质特征的关键因子,使湖区底泥的分类结果更为精确,同时为后续乌梁素海底泥污染特征与污染来源的探究提供了技术支撑。