水体细菌微生物多波长透射光谱定量分析归一化方法研究

快速准确获取水体细菌微生物浓度信息,对饮用水卫生安全监管具有重要意义。基于多波长透射光谱技术研究了水体细菌微生物浓度定量反演方法,并重点研究了光谱数据的归一化处理方法(颗粒浓度归一化、最大值归一化、积分归一化、平均归一化)对水体细菌微生物浓度反演结果准确性的影响。基于Mie散射理论建立了大肠埃希氏菌(大肠杆菌)多波长透射光谱解析模型,通过对归一化后的光谱进行解析,获取了大肠杆菌的结构信息,并以此构建出单种细菌的多波长透射参考光谱;根据测量光谱与单种细菌参考光谱的相关性反演细菌浓度,并对比分析了不同归一化处理方法下细菌浓度反演结果的准确性。研究结果表明:与平板菌落计数法相比,平均归一化光谱反演细菌浓度的最大相对误差为0.92%,平均相对误差为0.70%,线性相关系数达到0.9984,其准确性和稳定性均为最优。本研究为水体细菌微生物的快速定量检测与预警提供了基础数据。     

基于径向基函数网络的激光诱导荧光特征光谱分离算法

应用激光诱导荧光技术测量水中溶解有机物(DOM)含量，具有灵敏度高、检测速度快、可遥测等优点，其中特征荧光光谱的分离在系统中占有十分重要的地位.在分析激光诱导荧光光谱特征的基础上，提出了采用径向基函数网络(RBFN)分析荧光光谱数据的数学模型，应用这种模型从荧光光谱中恢复出了激光、拉曼和DOM的荧光等光谱分量成分，从而得到了水中DOM的浓度. 关键词： 径向基函数网络 激光诱导荧光 溶解有机物     

基于多相荧光动力学曲线特征的水质生物毒性综合表征参数构建

基于藻类光合抑制效应的水质生物毒性检测方法,具有响应快速、测量简捷等优点。然而现有十多种光合荧光参数都源于PSⅡ光合反应中心,对典型的PSⅠ光合作用抑制剂,均表现出响应灵敏度差或无响应。利用毒性胁迫会引起藻类荧光动力学曲线发生变形、且变化程度与毒性强度成正比的特性,直接以多相叶绿素荧光动力学曲线形态为分析对象,在准确定位特征位点的基础上,构建基于曲线分段抑制的综合表征参数CPI,并与常用的光合荧光参数Fv/Fm以及性能指标PI_abs进行毒性响应时间、响应灵敏度和稳定性的对比分析。结果表明,综合参数CPI对于PSⅡ抑制剂阿特拉津,15 min即在全样本表现出显著性抑制,最低检测限和RSD分别为2.25μg·L^-1和8.76%,对比PI_abs、Fv/Fm分别降低了51.8%、 51.3%和68.0%、 17.7%。对于典型PSⅠ抑制剂百草枯,综合参数CPI在15 min表现出显著性抑制,对应的检测限和RSD分别为0.16 mg·L^-1和14.25%,而参数Fv/Fm无响应,CPI具有时间响应优势;在8 ...     

同步扫描荧光光谱对水体四种重金属离子毒性的研究

采用三维荧光光谱和Δλ=20nm同步扫描荧光光谱技术研究Hg2+,Cd2+,Cu2+,Zn2+胁迫作用下蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)荧光光谱的变化情况,两种光谱技术得到了较为一致的结论:即胁迫作用96h后,蛋白核小球藻荧光中心处的荧光值显著降低,四种重金属离子对藻细胞光合系统的叶绿素a和叶绿素b造成了严重的破坏。进一步分析四种重金属离子浓度与由同步扫描荧光光谱得到的藻荧光猝灭效率I0/I的相关性可知:重金属离子的毒性与荧光猝灭效率I0/I呈正相关关系,均随重金属离子浓度和胁迫时间的增加而增强。对某一种重金属而言,同步扫描荧光光谱可实现藻细胞对该重金属毒性的评价。与三维荧光光谱相比,同步扫描荧光光谱具有耗时少、对特定荧光中心选择性高等优点,是研究水体有毒污染物毒性的有利工具。     

水体中溶解有机物的荧光光谱特性分析

以355 nm激光为激发光源,在实验室中利用激光诱导荧光(LIF)方法对不同水体中溶解有机物(DOM)的荧光光谱进行了测量,并以最小二乘法-高斯拟合对水体荧光光谱进行了拟合,解卷积得出了水喇曼散射谱及DOM的荧光光谱.在改变激发光脉冲强度的条件下,以一定浓度腐殖酸溶液为测量样品分析了DOM的荧光饱和特性.结果表明,随着激发光功率密度的增加,水喇曼散射强度线性增加,而DOM的荧光强度随着激发光功率密度的增加先是线性增加,此时归一化荧光强度为一恒定值.当激发光功率密度大于55 mW/cm2时, 荧光强度增加缓慢,归一化荧光强度则逐渐降低.研究发现,在有机物浓度较高时,出现了激发态分子间的单重态-单重态猝灭,并且在低浓度情况下,随着有机物浓度的增加,出现了有机物荧光峰值强度位置的红移并伴有波形的展宽.     

舟山群岛近岸海域春秋季主要鱼类功能群特征及其生态位分析

为进一步了解舟山群岛近岸海域鱼类资源状况及其群落结构特征,基于2015年秋季（11月）、2016年春季（5月）在舟山群岛近岸海域进行的渔业资源拖网调查数据,以相对重要性指数（IRI）确定鱼类优势度,将主要鱼类（IRI>100）作为研究对象,结合其摄食习性进行功能群划分,并用Shannon指数和Pianka指数对主要鱼类的生态位进行测度。结果表明：（1）研究海域主要鱼类春季11种,秋季7种,其中优势种（IRI>1 000）春季3种,秋季1种。（2）根据食性可划分为浮游生物食性、浮游生物/游泳动物食性、底栖动物食性、底栖动物/游泳动物食性4个功能群。生物量最多的功能群春季为底栖动物食性功能群,秋季为底栖动物/游泳动物食性功能群。（3）春秋季主要鱼类生态位宽度值分别为1.26~3.58和0.20~3.45,生态位宽度值季节差异明显。广生态位种（B_i ≥2.0）春季有中华小公鱼（Stolephorus chinensis）、银鲳（Pampus argenteus）、棘头梅童鱼（Collichthys lucidus）等8种,秋季有龙头鱼（Harpodon nehereus）、凤鲚（Coilia mystus）和棘头梅童鱼3种。中生态位种（2.0 >B_i ≥1.0）春季有龙头鱼、小带鱼（Eupleurogrammus muticus）和蓝圆鲹（Decapterus maruadsi）3种,秋季有中华小沙丁鱼（Stolephorus chinensis）和鮸（Miichthys miiuy）2种,而窄生态位种（1.0>B_i >0）仅秋季的银鲳和黄鲫（Setipinna taty）2种。（4）春季龙头鱼与蓝圆鲹、秋季黄鲫与银鲳的生态位重叠值最高,表明鱼类在资源序列上的同域性最强,物种对空间资源的利用趋于一致。春秋季主要鱼类生态位重叠有意义（Q_ik >0.3）的种对所占比例均较低,总体上该海域主要鱼类潜在的竞争关系较弱,生态位空间分化明显。结合冗余分析（RDA）结果,可进一步解释主要鱼类的功能群及生态位与环境因子的相关性。     

薄膜法X射线荧光测量中样品检测位置及防护铅板内衬材料的选择研究

(1)以型号316不锈钢金属板为研究对象,对薄膜法X射线荧光光谱测量中,样品检测位置的选择进行研究,确定了最佳的样品检测位置为样品距离X射线管和探测器水平基线1 cm处,并且与X射线管和探测器水平基线成16°角度。(2)以工业环境空气重金属污染物Pb,Cd,Cr为主要分析对象,在有铅板防护情况下进行薄膜法X射线荧光光谱测量研究,发现X射线会穿透样品薄膜而继续激发防护铅板,使得滤膜背景光谱中有较强的铅谱线干扰,会对实际样品中铅元素的测量产生影响。在薄样和防护铅板之间加上一层隔离材料,可有效避免防护铅板中铅谱线对样品测量产生的干扰。(3)以型号316不锈钢、黄铜、铝材、紫铜和聚四氟乙烯几种硬质隔离材料作为铅板内衬材料进行选择研究,结果表明：紫铜的X射线荧光光谱中所含元素的谱线最少,谱图中没有出现重金属Cr,Cd,Pb的谱峰,并且能量较高部分靶材散射光谱强度较弱,对实际样品中重金属元素Cr,Cd和Pb的测量不会产生干扰,作为铅板的内衬金属材料可以避免防护铅板中铅元素谱线的干扰,是最佳的薄膜法X射线荧光光谱分析中铅板的内衬金属材料。该研究为组装及搭建便携式大气及水体重金属X射线荧光光谱分析仪提供了重要的理论依据。     

LIBS技术结合多元校正定标检测土壤中的Cr

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术结合支持向量机(SVM)定量分析土壤中Cr元素的含量。利用波长为1 064 nm的Nd∶YAG脉冲激光器作为激发光源,采用光栅光谱仪和CCD分光探测不同重金属元素含量土壤样品的LIBS特征光谱。为了提高土壤中Cr元素定量分析的精度,分别采用多元线性回归分析和SVM两种方法对土壤中Cr元素的含量进行定量分析。研究结果表明,采用多元线性回归分析方法可以有效提高定量分析的精度,定标曲线拟合相关系数从传统定量分析方法的0.689提高到0.980;SVM定量分析方法训练集得到的定标曲线斜率近似为1,拟合相关系数为0.998,优于传统定量分析方法和多元线性回归分析方法,对检验集的预测相对误差均在2.57%以内。LIBS技术结合多元线性回归和SVM定量分析方法可以有效的提高土壤中Cr元素定量分析的稳定性和精度,校正土壤基体效应对Cr元素定量分析的影响。     

基于加权平均法的活体藻类三维荧光标准光谱构建

针对活体荧光光谱不稳定引起的蓝藻门活体藻类定量误差问题,以实验室培养的4种类6个生长期的48个蓝藻样品为研究对象,通过测量样品叶绿素a和藻蓝蛋白的含量,结合藻类活体三维荧光光谱,研究了不同藻种种类、生长期和生长环境下蓝藻细胞色素组成和色素荧光效率的差异;定量分析不同条件对藻类活体荧光光谱不稳定性的影响,获得了不同条件下的光谱不稳定性权重谱;在此基础上,构建基于加权平均方法的蓝藻门活体藻类加权荧光光谱;比较了加权荧光光谱与不同条件下归一化荧光光谱对样品集的测量结果。结果表明:加权荧光光谱能有效降低荧光测量法对藻种种类、生长期、生长环境的依赖性,提高蓝藻门叶绿素浓度的测量准确性;测量结果的相对误差为0.1%~30.4%,平均相对误差为12.8%,相对误差最大可降低104.1%。     

用特征光谱荧光标记技术分析水中溶解有机物特性

讨论了一种自然水体中有机物的快速诊断分析方法。介绍了总荧光光谱(TLS)和特征光谱荧光标记(SFS)技术;以激光诱导荧光(LIF)方法测量了水体的总荧光光谱,利用特征光谱荧光标记技术对水体中溶解有机物(DOM)及叶绿素a(Chla)进行了分析,并给出了不同浓度腐殖酸的归一化荧光强度与浓度的关系曲线．结果表明,利用特征光谱荧光标记技术对水体总荧光光谱的分析,可以进行水体污染物的快速、实时和在线监测。