藻类内源产生有色溶解有机物的吸收和三维荧光特性研究（英文）

利用吸收光谱和三维荧光光谱-平行因子分析(EEM-PARAFAC)方法,研究了海洋中常见的四种硅藻、两种甲藻藻液的CDOM的光吸收性质和三维荧光特性。吸收光谱测定结果表明在六种藻类生长过程中,旋链角毛藻、三角褐指藻、小新月菱形藻和盐生舟行藻四种硅藻以及东海原甲藻和裸甲藻两种甲藻的α(355)分别增加了64.8%,242.3%,535.1%,903.2%,836.0%和196.4%。表征CDOM分子量和类腐殖质组分比例的Sg呈下降趋势,分别降低了8.7%,34.6%,39.4%,53.1%,46.7%和35.7%。在三维荧光光谱测定中检测出小新月菱形藻和盐生舟行藻两种硅藻藻滤液的CDOM包括三种类腐殖质组分和一种类蛋白质组分:C1(Ex/Em=350(260)nm/450nm),C2(Ex/Em=260(430)nm/525nm),C3(Ex/Em=325nm/400nm)和C4(Ex/Em=275nm/325nm)。随着藻类的生长,小新月菱形藻和盐生舟行藻藻滤液的CDOM荧光强度分别增加了8.68,24.9,7.19,39.8倍和2.64,0.07,4.39,12.4倍,经过相关性分析表明各组分的荧光强度与α(355)和Sg之间均表现为良好的相关性。综上研究结果表明不论是甲藻还是硅藻,在生长过程中藻类内源所产生的CDOM的含量及分子量均表现为上升趋势,且硅藻类相比甲藻增长变化更为明显。在CDOM的组成中,类腐殖质成分随藻类生长所占比重同步增大,类蛋白质组分增长缓慢。另外通过该研究可以发现不同种类的藻所产生的CDOM的吸收光谱有明显差异,由三维荧光光谱得到的不同荧光组分强度也因藻种不同而不同,说明不同藻种在天然海水中对CDOM的贡献有很大区别。     

石油污染水体荧光图谱特征分析

石油类物质对水体吸收系数的影响主要通过黄色物质(CDOM)体现出来,CDOM和石油类物质皆具有荧光基团,如果两者的荧光图谱各自特征明显的话,那么有望利用荧光技术分离出水中石油物质和CDOM各自对水体总吸收系数的贡献,从而提高水体石油类物质含量的遥感反演精度。以大连周边海水和山区水库水为自然水体本底,分别与取自采油污水厂和炼油污水厂的污水进行混合配比,利用试验数据分析了仅含CDOM、含油与CDOM混合、仅含石油三种水样的荧光图谱特征,旨在为利用荧光技术分离出水中石油物质和CDOM各自对水体总吸收系数的贡献提供依据。分析结果表明：(1)自然水体中,海水的CDOM具有三个典型荧光峰,分别位于Ex:225-230 nm/Em:320～330 nm,Ex:280 nm/Em:340 nm和Ex:225-240 nm/Em:430～470 nm,为海水叶绿素碎屑物所致;淡水具有两典型荧光峰,分别位于：Ex：240～260 nm/Em：420～450 nm和Ex：310～350 nm/Em：420～440 nm,为陆源物质所致;(2)用正己烷萃取后的仅含油水样,具有1～3个荧光峰,分别位于Ex: 220～240 nm/Em：320-340 nm,Ex:270～290 nm/Em：310～340 nm和Ex: 220～235 nm/Em：280～310 nm,为各自烃类成分所致;(3)在自然水体中混入油污水后,含油和CDOM的水样荧光图谱呈现出一个非常强的荧光峰,位于Ex：230～250 nm/Em：320～370 nm,为CDOM和石油类物质荧光成分共同作用所致。     

基于荧光光谱分析秸秆深埋还田黑土剖面DOC组分结构变化特征

以黑土为研究对象,分析不同深度玉米秸秆还田(0～2, 3～10, 11～20, 21～30和31～40 cm)后可溶性有机碳(DOC)的荧光特性差异,探讨秸秆深还田后腐殖化程度的变化特征。结果表明：秸秆还田可提高土壤DOC的含量。三维荧光光谱特征表明,土壤DOC的荧光组分均为2种,CK～T4处理分别为类腐殖质物质组分(Ex/Em=250～275/455 nm)和类色氨酸物质组分(Ex/Em=225～237/340～350 nm),而T5处理分别为类腐殖质物质组分(Ex/Em=250～275/455 nm)和类酪氨酸物质组分(Ex/Em=225/304 nm),还田31～40 cm深度有较小的自生成分,且腐殖化系数最高。土壤DOC组分C1的荧光强度有随着秸秆还田深度的加深而增大的趋势,C2组分则呈波动性的状态,荧光强度先增强再减弱。土壤DOC受自生源和外生源共同作用(FI>1.4, 0.6相似文献   

筼筜湖CDOM的三维荧光光谱及其污染示踪研究

测定了2008年4～5月厦门筼筜湖52个CDOM样的三维荧光及吸收光谱,以探讨利用其光谱特征示踪高污染近海浅水湿地生物修复过程中有机污染程度的可行性。利用平行因子分析对三维荧光光谱进行解谱。结果表明,筼筜湖CDOM可识别出3类5个荧光组分,包括类腐殖质荧光组分C1(240,325/422 nm)和C5(260,380/474 nm)、类蛋白质荧光组分C2(225,275/350 nm)和C4(240,300/354 nm)以及有机污染组分C3(225/342 nm),其中C3可作为外来有机污染物输入的指纹特征。松柏湖干渠及污水处理厂排放口C3组分及DOC浓度很高,表明周边污水输入是筼筜湖有机污染的主要来源。类腐殖质荧光组分C1及吸收系数a(280)与COD之间、类蛋白质荧光组分C2与BOD₅之间均具有很好的线性相关关系,表明CDOM的光谱特性可很好地指示有机污染程度,对评价有机污染严重水域生物修复作用机理及效果有重要的参考价值。     

特征光谱法研究贵州两类不同香型风格烟叶

利用三维荧光和紫外-可见吸收光谱对贵州典型植烟区烤烟石油醚提取液进行光谱测定,获得烟叶化学物质总体特征光谱信息。光谱总体相似,但强度存在差异。三维荧光光谱中观察到三个特征峰,分别为峰Ⅰ:Ex/Em=297/326nm,峰Ⅱ:Ex/Em=250/330nm,峰Ⅲ:Ex/Em=225/336nm。峰强度表现为峰Ⅰ峰Ⅲ峰Ⅱ;紫外-可见吸收光谱在300~500nm波段呈现4个特征吸收峰,最大吸收波长λmax分别为329,419,445和472nm。根据三维荧光及紫外-可见吸收光谱特征峰的相对强度得到表征不同香型风格烟叶的总体化学物质相对含量的差异。利用三维荧光强度分数(D)及强度比值(R)的光谱数据进行聚类分析,在一定的距离系数范围内,能清晰划分贵州典型区域的"清甜香"和"醇甜香"两类特征香型烤烟。用荧光强度比值聚类较强度分数聚类更能在较小的距离系数内实现分类;三维荧光法较紫外-可见光谱法聚类的特征性更好。     

海洋微藻生长过程藻液三维荧光特征

利用三维荧光光谱技术监测了中肋骨条藻（Skeletonema costatum）,塔玛亚历山大藻（Alexandrium tamarense）,微小亚历山大藻（Alexandrium mimntum）,锥状斯氏藻（Scrippsiella trochoidea）,东海原甲藻（Prorocentrum donghaiense）及海洋原甲藻（Prorocentrum micans）实验室培养过程中产生的荧光溶解有机物。中肋骨条藻为代表的硅藻主要产生类腐殖质荧光物质,而甲藻在指数增长期主要产生类蛋白荧光物质。进入消亡期后类蛋白荧光和类腐殖质荧光强度迅速增大,原因可能是衰老、死亡藻细胞的破碎释放出大量的荧光有机物质所致,此外还有细菌对非荧光有机物进一步降解。塔玛亚历山大藻、微小亚历山大藻、东海原甲藻及海洋原甲藻的类蛋白荧光强度在消亡后期由于细菌降解或光降解等因素而降低。同属微藻产生的荧光物质相似,例如塔玛亚历山大藻与微小亚历山藻、东海原甲藻与海洋原甲藻,但具体荧光峰位置有所不同。     

电芬顿降解苯乙酮过程中有机物三维荧光特征的变化规律

采用荧光光谱技术检测分析了苯乙酮在电芬顿处理过程中的三维荧光光谱特征变化规律,研究了苯乙酮的三维荧光特征及其指纹特征,对苯乙酮去除率和荧光峰强度变化进行线性拟合研究.结果表明,苯乙酮具有两个荧光峰,分别在λEx/Em=270/305 nm(Peak A)和λEx/Em=215/305 nm(Peak B)处,且荧光指纹...     

基于色素特征荧光光谱的浮游植物分类测量方法

光合作用色素组成是浮游植物分类的重要依据。通过对蓝藻、绿藻、硅藻、甲藻和隐藻等5个门类浮游植物三维荧光光谱的差异性分析,提取了与叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c、类胡萝卜素、藻蓝蛋白和藻红蛋白等光合色素相关的36个特征荧光光谱点,提出了基于色素特征荧光光谱的不同门类浮游植物分类测量方法。对铜绿微囊藻、小球藻、桅杆藻、光甲藻和卵形隐藻的实验结果表明:色素特征荧光光谱法对5种藻类纯种样品的测量误差分别为5.15%、5.63%、7.90%、4.85%、6.55%,对优势藻类(质量分数高于50%)的测量误差分别为7.96%、8.69%、5.44%、10.78%、15.57%,对劣势藻类(质量分数低于30%)的测量误差分别为18.29%、17.52%、20.01%、29.11%、20.14%,测量结果准确度达到了三维荧光光谱法水平,但数据量和计算时间仅是三维荧光光谱法的1.1%和2.2%,是一种快速有效的浮游植物分类测量方法。     

中药白芨水浸液的荧光光谱研究

报道了白芨沸水浸取液的三维荧光光谱和紫外吸收光谱。在三维荧光光谱图中出现3个荧光峰,分别位于λ_ex/λ_em＝227/299 nm,271/299 nm和258/ 389 nm。其中前2个荧光峰具有相同的发射波长,是由同一种荧光组分产生的,后1个荧光峰是由另外一种荧光组分产生的。三维荧光光谱具有特征性,可以用于白芨的定性鉴别。两种荧光组分的发射波长相距90 nm,可以不经分离而分别测量。在稀溶液条件下,两种组分的荧光强度与浓度之间都存在良好的线性关系,据此可以对两种组分进行定量分析。在pH 1.5～12.5范围内改变溶液的pH值时,两种组分的荧光强度有明显改变,表明两种组分的分子结构中存在可以离解的质子。     

鱼毒性藻类及其溶血活性的三维荧光光谱识别研究

利用小波分析和Fisher判别等方法,研究了典型鱼毒性藻类米氏凯伦藻(karenia mikimotoi)、海洋卡盾藻(chattonella marina)及卵圆卡盾藻(chattonella ovata)在不同铁浓度培养条件下各生长期的溶血毒素与三维荧光特征光谱的关系。通过Coif2小波分析发现,鱼毒性藻类与非鱼毒性藻类的荧光特征谱差异主要集中在第1～10个数据点(波长λ_em=650～680 nm)和35～47个数据点(波长λ_em=725～750 nm;λ_ex=400～425 nm)的荧光强度变化。利用该波段的藻类荧光强度及其对应的溶血活性值进行Fisher判别函数分析,对鱼毒性藻类的正确判别率为91.7%,非鱼毒性藻类的正确判别率高达100%,对具中等溶血活性(≥10 HU, <20 HU)藻类的正确判别率为70%,而对低活性(<10 HU)和高活性(≥20 HU)藻类的正确判别率均达80%以上。     

Absorption and Fluorescence Properties of Chromophoric Dissolved Organic Matter Produced by AlgaeSCIEI北大核心CSCD

Four kinds of diatom (Chaetoceros curvisetus, Phaeodactylumtricornutum, Nitzschia closterium f. minutissima and Navicula halophile) and two kinds of dinoflagellates (Prorocentrum donghaiense and Gymnodinium) were cultured under laboratory conditions. Variations of optical properties of chromophoric dissolved organic matter (CDOM) were studied with absorption and fluorescence excitation-emission matrix spectroscopy(EEM) during growth of marine microalgae in incubation experiment. Absorption spectrum revealed absorption coefficient a(355) (CDOM absorption coefficients at 355 nm) of 6 kinds of marine microalgae above increased by 64.8%, 242.3%, 535.1%, 903.2%, 836% and 196.4%, respectively. Simultaneously, the absorption spectral slope(Sg), determined between 270 and 350 rim, representing the size of molecular weight of CDOM and humic-like composition, decreased by 8.7%, 34.6%, 39.4%, 53.1%, 46.7%, and 35.7%, respectively. Applying parallel factor analysis (PARAFAC) together with EEM got four components of CDOM: C1(Ex/Em=350(260) nm/450 nm), C2 (Ex/Em=260 (430) nm/525 nm) 03 (Ex/Em=325 nm/400 nm) and C4(Ex/Em=275 nm/325 nm), which.were relative to three humic-like and one protein-like fluorescent components of Nitzschia closterium f. minutissima and Navicula halophile. In incubation experiment, fluorescence intensity of these four components during growth of Nitzschia closterium f. minutissima increased by, respectively, 8.68, 24.9, 7.19 and 39.8 times, and those of Navicula halophile increased by 2.64, 0.07, 4.39 and 12.4 times, respectively. Significant relationships were found between the fluorescence intensity of four components of CDOM, a(355) and Sg. All results demonstrated that both content and molecular weight of CDOM produced by diatom and dinoflagellate studied in incubation experiment increased, but these two parameters changed more obviously of the diatom than those of dinoflagellate; the proportion of humic-like components in the composition of CDOM also increased clearly with the growth of marine microalgae, but protein-like fluorescent component had only a slow growth. Furthermore, the absorption spectrum of CDOM produced by different species of algae changed obviously and the relative composition fluorescence intensity of CDOM produced by different microalgae were found to vary among different composition from EEM, which suggested CDOM produced by different microalgae make quite different contributions to CDOM in natural seawater.     

海草生态系中DOM的三维荧光光谱特征

利用荧光激发-发射矩阵光谱(EEMs)技术研究了海南省陵水县新村湾海草生态系中溶解有机物(DOM)的三维荧光光谱特征。EEMs谱图表明,海草生态系中的DOM存在3个类腐殖质荧光A(230/430 nm),C(350/440 nm),M(300/380～400 nm)和2个类蛋白质荧光R(230/355～375 nm),N(280～300/365～380 nm)。各荧光信号平均荧光强度的变化规律为R(0.304 RU)>A(0.194 RU)>M(0.147 RU)>N(0.125 RU)>C(0.051 RU)。类腐殖质荧光和类蛋白质荧光均表现为离岸近含量高;2个明显的低值区,分别出现在该湾海草茂密的西南部和东南部。各荧光信号在该湾的分布特征表明,控制类腐殖质荧光和类蛋白质荧光的动力学因素相同。荧光N与M和R之间以及荧光C与A之间具有较好的正相关关系,表明这些荧光具有相同的来源属性及地化行为。较高的荧光指数FI(均值为1.81)、较高的自生源指标BIX(均值为1.44)和较低的腐殖化指标HIX(HIXa和HIXb的均值分别为4.2和0.81)均表明海草生态系中DOM的强自生来源贡献和弱腐殖化程度。研究结果表明,海草生态系中DOM具有非常独特的荧光特征,不同于其他水生生态系。     

平行因子结合二维荧光光谱相关技术解析丙二醛诱导熟肉糜氧化过程

采用前表面三维同步荧光光谱、平行因子和二维相关技术研究丙二醛诱导熟肉糜氧化过程的荧光特征。发现丙二醛熟肉糜体系有两个特征同步荧光峰,分别是色氨酸残基的荧光特征(Ex292 nm、Δλ50 nm)和丙二醛蛋白结合物的荧光特征(Ex400 nm、Δλ70 nm);平行因子分析表明Δλ为50和70 nm的同步荧光光谱分别为第一、第二主成分,分别对应的是色氨酸残基的荧光特征和丙二醛蛋白结合物的荧光特征;丙二醛诱导熟肉糜氧化过程中,随着时间的延长,色氨酸残基特征同步荧光强度逐渐减弱,丙二醛蛋白结合物特征同步荧光强度逐渐增强;二维相关分析表明,色氨酸残基荧光强度变化速率快于丙二醛蛋白结合物的荧光强度变化速率。     

大型丝状绿藻生长过程中有色溶解有机质光谱特征的变化

通过室外模拟实验研究崇明岛北湖滩涂大型丝状绿藻常见种-刚毛藻在生长过程中有色溶解有机质(CDOM)的光谱特征变化。利用三维荧光光谱(EEMS)检出的类蛋白和类腐殖酸荧光峰在对照实验中变化不大,而在培养实验中明显增加。采用平行因子模型(PARAFAC)结合三维荧光激发-发射矩阵数据分析得到的CDOM的4个组分: C₁, C₂, C₃, C₄,分别与类腐殖酸荧光峰A(C),M和类蛋白荧光峰B和T有关。培养实验中,4组分分别增加了211.5%,255.8%,75.3%和129.3%;对照实验中除C₁降低34.3%外,其他组分无明显变化。吸收系数a(355)在培养实验中增加了92.9%,并且与4组分显著正相关(P<0.01);对照实验中a(355)降低了59.8%,仅与C₁显著相关(P<0.05)。此外对表征分子量和组成的M值和S值进行比较发现,培养实验中M值和S值均低于对照实验。这说明在刚毛藻生长过程中可能有大分子和较强芳香性的CDOM产生。所有结果表明,刚毛藻的生长过程能够引起CDOM含量和组成结构的变化。     

矿物油-乙醇溶液三维荧光光谱的实验研究

研究了矿物油-乙醇溶液的三维荧光光谱特性。通过空白扣除法消除了乙醇的拉曼散射对矿物油三维荧光光谱的影响,而采用将瑞利散射及其附近区域置零的方法去除了瑞利散射对矿物油三维荧光光谱的影响。经校准,矿物油的三维荧光光谱特征荧光峰表现为：煤油主要为一个宽峰,最大激发/发射荧光峰的位置在270/290 nm附近;0#柴油有两个峰,最大激发/发射峰分别位于240/344 nm和270/362 nm附近;润滑油存在多个荧光峰,其中两个比较强的最大激发/发射峰分别位于240/348 nm和258/358 nm附近。此外,还研究了矿物油的荧光光谱强度与浓度的关系,并对测量的灵敏度和检测限进行了分析。研究表明,利用三维荧光光谱特征测量可以实现低浓度矿物油的测定。     

基于水面光谱数据的官厅水库有色可溶性有机物反演

有色可溶解性有机物(简称CDOM,又称为黄色物质),存在于所有自然水体中,可以用于指示水体有机物污染的状况。相比于常规采样监测方法,基于遥感数据反演CDOM具有重要优势。但是遥感数据反演CDOM的方法通常具有区域局限性,因此需要对不同区域水体进行反演方法的检验和完善。我国北方水体CDOM遥感反演的相关研究较少,选择位于河北省张家口市和北京市延庆区交界的官厅水库为研究区,利用2013年10月26日获取的水面遥感反射率光谱(R_rs(λ))和实验室测得的CDOM吸收系数(a_CDOM(λ))数据,首次进行了CDOM浓度(以440 nm处CDOM的吸收系数(a_CDOM(440))表示)反演。对半解析方法即QAA-CDOM方法进行了检验和改进,并建立了CDOM反演的经验模型。QAA-CDOM方法反演结果的均方根误差RMSE为0.10,平均相对误差σ为10.8%。通过实测数据计算了每个波段的水面以下上行辐照度与辐亮度的比值Q,代替了QAA-CDOM方法中的固定Q值,对QAA-CDOM方法进行改进,反演结果精度仅略有提升,RMSE=0.09, σ=10.2%。同时,用四个遥感反射率的比值与a_CDOM(440)进行回归分析,建立了CDOM反演的经验模型。结果显示R_rs(531)/R_rs(551)与CDOM浓度的相关性最大,决定系数为0.63;基于该波段比值建立的CDOM反演经验模型的反演结果的均方根误差RMSE为0.08,平均相对误差σ为8.8%。经验方法反演结果的精度更高,但需要同步实测数据进行所选波长和模型系数的标定;半解析方法不需要标定,更易于推广。     

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。     

微生物接种堆肥胡敏酸三维荧光特性研究

为提高堆肥效率,试验采用接种微生物堆肥技术,通过对堆肥样品中胡敏酸三维荧光光谱特性进行动态分析,探讨了微生物接种对堆肥腐殖化进程的影响。在堆肥初期,胡敏酸只产生一个类富里酸荧光峰(peak a,Ex/Em为330/440)。在堆肥的336 h,与对照(RUN_ck)相比,接种微生物堆肥(RUN_mic)胡敏酸三维荧光光谱中类富里酸特征峰(peak a,Ex/Em约为350/440)荧光强度明显减少,而类胡敏酸荧光峰(peak b,Ex/Em约为390/470)强度则略有增加;并且peak a和peak b对应的激发、发射波长均有一定程度的红移。胡敏酸元素分析表明,堆肥336 h,RUN_ck胡敏酸分子中C/H和O/C依次增加9.68%和10.91%;RUN_mic中胡敏酸C/H和O/C依次增加了11.11%和20.37%,表明RUN_mic中胡敏酸分子缩合度明显。以上结果证实,接种微生物可明加快堆肥腐殖化进程,进而提高堆肥效率。