南方某河水质荧光指纹特征及污染溯源

基于三维荧光光谱随荧光有机物的种类和浓度的不同与水体或污染排放源呈现对应关系的特性,水质荧光指纹溯源技术能够通过水体的三维荧光信号追溯污染排放源。以我国南方C市地表水A河为主要研究对象,利用水质荧光指纹溯源技术对A河及其上游来水方向J河进行了水质荧光指纹特征解析和污染排放源溯源。A河水质荧光指纹主要包括三个特征荧光峰,其[激发波长,发射波长]分别为[280, 320],[235, 345]和[255, 460] nm,其上、中、下游水质指纹之间相似度均大于99%,具有典型的印染废水污染特征。A河上游由J河分流汇入,J河水质荧光指纹与A河相似度低于60%,且强度不超过A河的40%。J河对A河水质荧光指纹形成过程的影响较小,A河的荧光强度主要由A河上游区域贡献。溯源结果表明,A河河水与A河上游印染纺织工业园区的印染废水水质荧光指纹相似度为94%,A河污染很可能来自其上游未经处理的印染废水的排放。A河和J河河水水质荧光指纹各荧光峰强度与高锰酸盐指数的线性相关系数R2分别达到0.956 4,0.937 5和0.985 4,而水质荧光指纹法感知污染的灵敏度更高。与其他三维荧光光谱相似度算法的结果对比表明,水质荧光指纹溯源技术是一种可靠的水环境监管技术,能够为进一步实现污染源头治理和环境精细化管理提供有力的技术支撑。     

基于水纹识别的水体污染溯源案例研究

三维荧光光谱是近年新兴的高灵敏度有机污染检测技术。以此技术,清华大学研制出污染预警溯源仪,并在南方A市投入使用,用于水体荧光水质指纹监测和异常情况污染溯源。这一新型监测手段打破了传统水质监测技术无法提供污染源指向性信息的局限,可以有效识别水质异常并快速诊断污染来源。研究中以污染预警溯源仪捕获的S河中一次水质异常事件为例,介绍这次事件的污染源诊断过程：仪器在线监测过程中捕捉到未知类型的水体水纹,根据水纹峰型及峰强度的变化初步推断污染入侵过程;随后通过仪器对水体水纹与污染源水纹的比对来实现溯源。研究采用pH、苯胺类、TOC和TN等水质指标的变化来检验诊断结果。结果表明,通过监测水纹变化,水纹预警溯源技术能够快速识别和预报水质异常,实现比较准确的污染源诊断。此次水质异常可能是河流上游某化工厂倾倒原料所导致。     

某印染废水的水质指纹特征

水质指纹携带了水样的发光有机物组成的信息,可以作为一种新方法来弥补COD和TOC等传统理化参数只能给出有机物总量信息的不足。印染废水是我国水量最大的工业废水之一,其特点是水量大、污染重,含有大量发光有机物质,且难降解,其对自然水体的危害尤为明显。对我国某印染废水处理厂废水进行了连续采样,对水样的水质指纹特征进行了研究。结果表明,该厂印染废水水质指纹特征比较明显,水质指纹上主要有激发波长/发射波长分别为230/340和280/310 nm左右的两个峰,其中230/340 nm处的强度最强,280/310 nm处的强度次之,各峰波长和强度比较稳定。该印染废水的两个水纹峰的峰强呈正相关关系,线性相关系数为0.910 8,斜率为1.506。激发波长/发射波长为280/310 nm的强度与230/340 nm强度比值的平均值为0.777,范围为0.712～0.829。对该印染污水水质指纹的可能荧光物质进行分析,结果表明生活污水和苯胺类物质的水质指纹与该印染污水的水质指纹不同,而几种大量使用的染料的水质指纹与该印染污水的水质指纹大致相同,所以染料的大量使用可能是导致印染废水产生上述典型水质指纹特征的主要原因。水质指纹可以用于水体水质预警。     

三维荧光光谱技术结合线性支持向量算法在水体有机污染监测中的应用

针对当前地表水体有机污染的原位快速监测需求,提出一种基于三维荧光光谱技术的水质指标预测模型和水质等级快速判断方法。以扬州市域内多种地表水体的水质监测数据作为模型训练样本,充分利用水体三维荧光光谱信息,结合线性支持向量回归算法（LIBLINEAR）,建立了与化学需氧量（COD_Cr）、高锰酸盐指数（COD_Mn）、氨氮（NH₃-N）、总磷（TP）、总氮（TN）和五日生化需氧量（BOD₅）6项有机污染相关水质指标的预测模型。研究结果表明,6项指标预测模型的训练集和测试集决定系数R2均大于0.73,预测值与国标及行业标准方法分析结果的相关系数r达到0.9以上。利用水质指标预测结果进一步判断有机污染指标相关水质等级,黑臭水体识别率达86%,对Ⅲ类~重度黑臭共6个水质等级的分类准确率为60%。结果说明该方法通过水体三维荧光光谱信息预测水质有机污染指标具有较好的准确性和精度,为广域时空尺度地表水的高效原位监测提供了一种新的解决方案。     

冷鲜猪肉的三维荧光光谱特征研究

利用三维荧光光谱技术,研究了冷鲜猪肉三维荧光光谱特征,主要探讨了不同温度存储条件下冷鲜猪肉荧光峰的位置和荧光峰所处区域内荧光强度平均值随存储时间变化的规律,并初步判断了荧光物质的种类,为实现基于三维荧光光谱技术快速、无损检测冷鲜猪肉新鲜度奠定了理论基础。实验结果表明,不同温度存储条件下样本的三维荧光光谱图中均含有2个明显的荧光峰（Peak A和Peak B）,它们所在位置的激发波长（λ_ex）/发射波长（λ_em）范围分别为：λ_ex/λ_em约为250～310 nm/300～400 nm和约为300～450 nm/400～550 nm。其中,Peak A为类蛋白荧光,Peak B为脂质氧化产物荧光。此外,实验还发现,两个荧光峰在各自所处区域内荧光强度的平均值随存储时间变化的趋势不受存储温度影响,均是Peak A在λ_ex/λ_em=250～310 nm/300～400 nm区域内荧光强度的平均值（I_A）逐渐下降,Peak B在λ_ex/λ_em=300～450 nm/400～550 nm区域内荧光强度的平均值（I_B）逐渐上升。但I_A和I_B的变化速率受存储温度影响,冷藏条件下比室温条件下变化慢。     

某头孢制药废水的水质指纹特征

荧光光谱与水样一一对应,被称为“水质指纹”。水质指纹可指示污染的出现,是新型水质预警方法。头孢类抗生素是国内外使用最多的抗感染药物,环境危害较大。我国头孢类药物的生产量在逐年增加。因此,研究头孢类废水的荧光指纹特征对监测该类废水的排放、保护水生生态环境具有重要的意义。本文研究了某头孢制药废水的水质指纹特征。该废水的水纹上有6个峰,按发射波长可以分为两组,第一组峰的激发波波长/发射波波长分别在230/350,275/350,315/350 nm附近,第二组分别在225/405,275/410和330/420 nm附近。激发波波长/发射波波长在230/350 nm处的水纹峰强度最强。在同一组中,激发波长越小的峰的强度越大。pH明显影响头孢废水水纹中峰的位置和强度。随pH上升,第一组峰的强度会减少,产生荧光淬灭;第二组峰的强度增大,属于荧光增敏现象。这可能与废水中含有带碱性基团和酸性基团的荧光有机物有关。因为有机弱酸或弱碱的分子及其相应的离子就会在水中同时存在,而这两种形式由于空间结构的差异,发光性能上也可能差异显著。当pH变化时,造成了水中这两种型体的比例会发生变化,从而导致荧光光谱的形状和强度的改变。综上所述,该头孢制药废水具有独特的水质指纹特征。该水质指纹特征可作为水体中快速识别该制药废水存在的新方法。     

大流量河道的水质荧光指纹变化

荧光光谱因与水样一一对应而被称为"水质荧光指纹",越来越多地被用于水环境监测。研究了大流量河道A河的水质荧光指纹特征及变化。结果表明,该河的三维荧光光谱中含有三个典型的荧光峰,分别在230/340,280/320和250/450nm附近,而三个峰的强度变化很大,而且有突变的现象。同期的CODMn没有明显变化。研究表明,荧光指纹很适合显示大流量水体的水质变化,且可以弥补常规参数不能反映成分变化的不足,是水质预警的好工具。     

城市污水的三维荧光指纹特征

传统表征有机物含量的水质参量如化学需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)等只能表示总量,无法展示有机物成分.荧光光谱可以作为一种新型的水质表示方法,它像指纹一样与水样一一对应,被称为水质荧光指纹.采用三维荧光光谱(EEM)技术研究了城市污水荧光指纹特征,结果表明城市污水具有4个典型荧光区,各区的荧光中心、强度以及1区荧光中心λex=280 nm,λem=340 nm与2区荧光中心λex=225 nm,λem=340 nm的荧光强度的比值可以作为城市污水的主要荧光指纹特征.荧光指纹包含了大量污染物信息,通过与城市污水中典型污染物质的荧光光谱的比对,初步确定了各荧光区可能的荧光信号来源.荧光指纹法可表示有机物类型和含量,可作为化学需氧量和生化需氧量等参量的有益补充.     

某半合成青霉素制药废水的水质指纹特性

近年来,地表水中时有抗生素检出,且浓度较高,因此加强抗生素废水的监管势在必行。三维荧光技术快速、简便且灵敏度高,可以反映有机物组成,其光谱被称为水质指纹。选取某典型半合成青霉素制药废水进行水质指纹特性研究。该废水共有4个主要水纹峰,分别位于激发波长/发射波长为360/445,255/445,275/305和230/300 nm附近。在一定浓度范围内,各峰强度与污染物浓度呈现良好的线性关系。该废水的两个峰275/305和230/300 nm可能源于产品中间体左旋对羟基苯甘氨酸邓钾盐、产品阿莫西林和水解产物左旋对羟基苯甘氨酸等。pH对水质指纹有明显影响,这显示出某些荧光污染物可能具有酸碱基团。水质指纹能够用于该种抗生素制药废水的监测。     

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。     

长江河口不同分子量溶解有机质的三维荧光光谱特征

应用切向流超滤和三维荧光光谱技术研究长江河口丰水期和枯水期水体中不同分子量溶解有机质的荧光性质,探讨其来源与影响因素。结果表明：长江河口水体存在四种荧光峰,分别是陆源类腐殖酸荧光峰A和海洋来源类腐殖酸荧光峰C、酪氨酸和类蛋白荧光峰B及芳香蛋白荧光峰D。荧光物质主要存在于真溶解有机质(<1 kDa)中,其次是低、中分子量胶体有机质(1～500 kDa)。溶解有机质中蛋白质来源以污染排放的人为源为主,其次是生物活动的内源;在丰水期腐殖酸来源是陆源和内源,在枯水期主要为陆源。真溶解有机质中腐殖酸多来源于生物分解的内源,胶体有机质以陆源为主,可能同时受再悬浮作用影响。荧光峰强与各环境参数均有一定相关性,说明在环境参数对溶解有机质中的荧光物质产生的影响较为复杂多样。     

北京城市水体的三维荧光特征

基于三维荧光光谱的水质荧光指纹法已经逐渐显示出作为水体有机物的新型表征方法的价值.本文研究了北京的城市水体的三维荧光指纹.结果表明,北京城市水体的荧光指纹可以分为3种类型:Ⅰ型有2个荧光峰,其中心分别位于λex/λem=275～280/340 nm与225～230/340 nm附近,此类水体数量最多;Ⅱ型的两个荧光中心...     

石化废水的三维荧光光谱特征

石化废水是我国的主要工业废水之一,水量大、污染重.废水含有大量荧光物质,它的荧光光谱可以展现有机物组成,就像指纹一样与水样一一对应,被称为水质荧光指纹,简称水纹.论文通过对我国某大型石化企业的废水的三维荧光光谱特征的研究,揭示出石化废水荧光指纹丰富的特点,它含有近10个荧光峰,其中激发波长、发射波长(λex/λem)=...     

三维荧光指纹光谱用于污染河流溶解性有机物来源示踪研究

采用三维荧光指纹光谱技术对河流溶解性有机物荧光特征进行了研究。结果表明,污染河流中的溶解性有机物主要有腐殖质和蛋白质两类,类腐殖质荧光峰λ_激发/λ_发射为250/460 nm(A1),220/400 nm(A2)和325/420 nm(C);类蛋白质荧光峰λ_激发/λ_发射为285/357 nm(T1),230/360 nm(T2)。支流的类蛋白质荧光峰T1和T2由于生活污水的排放,其荧光强度都有明显增强。Fe3+离子在支流与干流汇合后浓度增加到支流的30倍,相应的类腐殖质荧光峰A1也发生了明显蓝移现象,而其他荧光峰则没有明显的偏移。激发波长较长的类腐殖质C,A1和类蛋白质T1荧光强度由于稀释及Fe3+等金属离子猝灭而明显降低,以至荧光峰消失。而较低激发波长的类蛋白质T2和UV类腐殖质A2荧光强度和荧光峰位置相对比较稳定,不容易受到溶液化学条件影响。激发波长220～230 nm荧光团可以用来示踪污染河流溶解性有机物。     

蔬菜粉末荧光光谱测定及其在手印显现中的应用

对遗留在客体表面的手印进行提取和鉴定是侦破案件的重要依据。对在犯罪现场发现的手印进行固定提取时,首先应该使用没有破坏性的光学无损检验技术。实践表明光学无损检验技术对于绝大部分光滑客体上的手印都能取得很大的反差和较好的纹线细节,而对于光滑度较差的客体上的手印则需要使用有损的物理法和化学法对指印进行固定提取。其中粉末法和熏显法在手印显现中得到了广泛的应用,但是常用的绝大部分粉末和熏显物质对长期从事手印显现的工作人员身体有较大的毒副作用。而且绝大部分常用的荧光粉末需要在紫外线的激发下产生荧光,紫外线激发手印产生荧光的同时也常会激发承痕客体产生很强的背景荧光,进而降低了手印与背景的反差。因此寻找一种成本低廉、无毒无害、操作简单和应用性广泛的手印显现方法是当务之急。研究了三种无毒无害、成本低廉的蔬菜粉末的荧光性能,并且将其应用于手印显现中。首先通过荧光分光光度计测定西蓝花粉末、菠菜粉末和紫菜粉末的荧光激发光谱和荧光发射光谱。通过荧光测定发现,西蓝花粉末的荧光比菠菜粉末和紫菜粉末的荧光强很多,所以选择西蓝花粉末显现犯罪现场常见的疑难客体表面汗潜手印。实验结果表明：（1）西蓝花粉末、菠菜粉末和紫菜粉末都能发出荧光,荧光激发光谱峰值都在417 nm,荧光发射光谱峰值都在678 nm,其中西蓝花粉末发出的荧光最强。（2）将西蓝花粉末用于多色图案干扰的非渗透性和渗透性客体上的汗潜手印的显现中,在415 nm的紫光的照射下能够发出明亮的红色荧光。拍照荧光指印时在镜头前加上透过中心波长为680 nm左右的窄带通干涉滤光镜,结果显示手印纹线与背景反差强烈,纹线清晰连贯,消除背景的干扰。（3）与传统的荧光粉末显现法相比,该显现方法具有较高的显现灵敏度。（4）有些客体背景图案在415 nm的紫光的照射下也有发光,但与西蓝花粉末的非常强的荧光相比,背景的荧光弱得多,所以使得手印与背景之间形成了较大的反差并且纹线的细节特征清晰。（5）粗糙客体上手印的显现也获得了很大的反差,粗糙的背景没有对纹线形成干扰而形成了清晰连贯的纹线。（6）实验中使用的市售的西蓝花粉末具有颗粒细小、吸附能力强等特点,能够促进手印物质与西蓝花粉末之间的选择性吸附,进而进一步提高手印显现的灵敏度。