【Technology Communications】The Applications of EMMS in Water Quality Analysis
【技術(shù)分享】三維熒光光譜在水質(zhì)分析行業(yè)的應(yīng)用
三維熒光光譜(EEM)是將熒光強(qiáng)度以等高線(xiàn)方式投影在以激發(fā)光波長(zhǎng)和發(fā)射光波長(zhǎng)為縱橫坐標(biāo)的平面上獲得的譜圖，圖像直觀(guān)，所含信息豐富。
三維熒光光譜(EEMs)能同時(shí)獲得激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)信息，且因有機(jī)物種類(lèi)和含量不同而各異，具有與水樣(溶液)一一對(duì)應(yīng)的特點(diǎn)，就像人的指紋具有唯一性一樣，所以被稱(chēng)為水的“熒光指紋”。
應(yīng)用簡(jiǎn)介
由于三維熒光光譜具有與物質(zhì)組成成分一一對(duì)應(yīng)的光譜特性，根據(jù)此特性三維熒光光譜可廣泛應(yīng)用于水質(zhì)檢測(cè)、食品檢測(cè)等領(lǐng)域。本期技術(shù)分享我們來(lái)針對(duì)性三維熒光在水質(zhì)分析的應(yīng)用進(jìn)行全方位探討。
能表征水中(特別是廢水)有機(jī)物含量和性質(zhì)的水質(zhì)指標(biāo)一直是水質(zhì)研究領(lǐng)域的重要內(nèi)容之一。傳統(tǒng)表征水質(zhì)有機(jī)污染的指標(biāo)如化學(xué)需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)的測(cè)量需耗時(shí)數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天，不能及時(shí)反映水質(zhì)變化，而且只能反映有機(jī)物總量，不能展現(xiàn)有機(jī)物成分，例如無(wú)法區(qū)分易降解、可降解和不易降解的有機(jī)物或者降解速率快和慢的有機(jī)物。這些不足使得污水處理設(shè)施的設(shè)計(jì)和運(yùn)行長(zhǎng)期只能依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)。三維熒光光譜為這些問(wèn)題解決提供了近乎完美的方案。
水質(zhì)分析應(yīng)用一：河水/湖水水質(zhì)
溶解性有機(jī)質(zhì)是(DOM) 主要是由含氧、氮和硫的氨基酸、脂肪族、芳香族等功能團(tuán)組成的異質(zhì)碳?xì)浠衔?，遍存在于湖泊、河流等自然水體中，對(duì)污染物的溶解、吸附解吸、毒性以及遷移轉(zhuǎn)化特性影響非常大，影響著水生環(huán)境中生化性質(zhì)，被用來(lái)表征水質(zhì)特征。三維熒光光譜研究的熒光溶解性有機(jī)物(FDOM)或者有色溶解有機(jī)(CDOM)是DOM的重要組成部分，其重要組成部分及其三維熒光發(fā)光峰位如表1所示
表1 DOM各類(lèi)物質(zhì)對(duì)應(yīng)的特征峰
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序號(hào)
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EX/EM(nm)
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代表物質(zhì)
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1
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210~230,260~280/280~310
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類(lèi)蛋白質(zhì)熒光團(tuán)，主要為類(lèi)酪氨酸
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2
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220~240,260~280/320~350
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類(lèi)色氨酸
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3
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240~260/380~410
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紫外區(qū)類(lèi)富里酸
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4
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330~350nm/380~410
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可見(jiàn)光區(qū)類(lèi)富里酸
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5
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260~300nm/475~510
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類(lèi)胡敏酸
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6
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250~290/290~330
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微生物代謝產(chǎn)物
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通過(guò)熒光定量分析(熒光光譜區(qū)域積分法 fluorescence regional integration)可將熒光區(qū)域量化，進(jìn)而量化水中各組分的含量，根據(jù)水中各成分的含量和比例確定污染源以及水質(zhì)的污染程度。有報(bào)道稱(chēng)DOM與氮、磷的遷移和轉(zhuǎn)換有關(guān)，與Mn、As、Cr等金屬濃度也存有潛在相關(guān)性，同時(shí)金屬離子、PH值、基團(tuán)濃度對(duì)DOM的熒光猝滅/增強(qiáng)的影響尚未有定論。
水質(zhì)分析應(yīng)用二：城市污水
我國(guó)目前仍然存在較嚴(yán)重的污水偷排以及事故性污染排放, 對(duì)水環(huán)境質(zhì)量影響十分嚴(yán)重。如何監(jiān)控偷排以及診斷污染類(lèi)型是當(dāng)前水質(zhì)預(yù)警研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。通過(guò)對(duì)污水的三維熒光譜進(jìn)行分析，可以有效的區(qū)分生活污水和工業(yè)廢水，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)污水排放是否達(dá)標(biāo)，檢驗(yàn)濕地等環(huán)境對(duì)污水的深度處理能力，根據(jù)污水中各組分的不同針對(duì)性的進(jìn)行分類(lèi)處理。
水質(zhì)分析應(yīng)用三：石化廢水
通過(guò)三維熒光技術(shù)能快速地檢測(cè)分析出石化工廠(chǎng)排出的污水變化，根據(jù)污水中各種組分的變化，監(jiān)控生成過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的環(huán)節(jié)，以及對(duì)污水進(jìn)行分類(lèi)處理。石化廢水中各組分的含量與其熒光強(qiáng)度存在較強(qiáng)的線(xiàn)性關(guān)系，通過(guò)對(duì)比就能確認(rèn)廢水中各組分的比例。
水質(zhì)分析應(yīng)用四：石油檢測(cè)
三維熒光的主峰位置是反映原油性質(zhì)的最主要參數(shù)，不同含油氣盆地性質(zhì)類(lèi)似的原油，三維熒光主峰位置的激發(fā)波長(zhǎng)與發(fā)射波長(zhǎng)對(duì)基本不變。常規(guī)原油由T1、T2、T3峰連續(xù)組成。各峰的地球化學(xué)意義如表所示。根據(jù)主峰T1陡度以及與T2、T3連線(xiàn)與x軸的夾角，可以區(qū)分凝析油、輕重質(zhì)油、輕質(zhì)油等。
表3
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峰序
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EX/EM(nm)
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代表物質(zhì)
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T1
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230/340
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二環(huán)、三環(huán)芳烴化合物
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T2
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260/360
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三環(huán)芳烴化合物
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T3
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280/330
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一環(huán)、二環(huán)芳烴化合物
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T4
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λem=400
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三環(huán)、四環(huán)芳烴化合物
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T5
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λem=440
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五環(huán)芳烴化合物
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在石油勘探過(guò)程中，可通過(guò)對(duì)該地區(qū)的石油三維熒光譜數(shù)據(jù)的分析，能進(jìn)行油氣性質(zhì)識(shí)別(氣到油、由輕質(zhì)油到重質(zhì)油的變化，其特征峰的發(fā)射波長(zhǎng)由短波長(zhǎng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng))、油油和油原對(duì)比(油氣系統(tǒng)的劃)、儲(chǔ)層含油氣性識(shí)別及油氣性質(zhì)預(yù)測(cè)、區(qū)分原油和鉆井液添加劑、地下含油氣性預(yù)測(cè)(通過(guò)分析地表或者底下一定深度的水、土壤)、界定古油水界面、油氣成熟度的評(píng)價(jià)、石油餾分的鑒別。
三維熒光結(jié)合同步熒光也可以進(jìn)行石油勘探(通過(guò)對(duì)地表或者底下一定深度的水、土壤光譜的分析，確定該地區(qū)的是否含油以及含油品質(zhì)等信息)、測(cè)試原油濃度等。
卓立漢光最新推出SmartFluo-Pro 三維熒光光譜系統(tǒng)，可快速檢測(cè)液體中的有機(jī)化合物(DOM)，每個(gè)樣品僅需數(shù)十秒或者幾分鐘，即可及時(shí)識(shí)別液體中的有機(jī)物成分。
具體應(yīng)用如下：
提供水中有機(jī)污染物的檢測(cè)；
自來(lái)水中微生物污染的檢測(cè)；
評(píng)價(jià)凈水工藝及再生水對(duì)環(huán)境的危害；
食品中各組成成分定量分析及農(nóng)藥殘留檢測(cè)；
產(chǎn)品特色：
1、測(cè)試速度快，最短數(shù)秒內(nèi)出測(cè)試結(jié)果；
2、穩(wěn)定性高，便于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)樣，打破實(shí)驗(yàn)室測(cè)試模式；
3、靈敏度高，儀器檢測(cè)限＜0.1μg/L，具有科研指標(biāo)的應(yīng)用級(jí)產(chǎn)品
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