三维荧光光谱技术结合PARAFAC指示含油废水处理过程中的有机质变化

文章采用三维荧光光谱和平行因子技术,研究含油污水中的溶解性有机质经过生化处理后的组成特征及转化规律。结果表明,炼油废水以类色氨酸和类酪氨酸类荧光组分为主;生化处理后,出水的芳香族含量和腐殖化程度提升,同时类酪氨酸化合物被有效去除,而类色氨酸、类富里酸和类腐殖酸化合物则难以被去除;代表类酪氨酸的C1组分占比急剧降低,而代表类色氨酸的C3组分占比增加。其中,C3组分可作为指示废水中溶解性有机质变化的指标。

三维荧光光谱技术在水环境修复和废水处理中的应用

近年来我国水环境污染问题情况日益严重,其引发的水华问题频发,藻类生长代谢过程释放的各类衍生物对水生生态系统及原水处理工艺性能造成影响。为此,分析环境水体、废水处理系统中溶解性有机污染物(DOM)的组成、性质和来源,对水环境安全及水污染控制具有重要意义。三维荧光光谱技术通过在不同的激发波长上扫描发射荧光谱以获得激发-发射矩阵(EEM),基于EEM数据构建三维立体图或等高线(指纹图)描绘监测对象特性,可分析水体溶解性有机物、藻类及藻毒素等,近年来已在饮用水源水质监测、湖库富营养化成因分析及废水生物处理性能评价等方面得到应用。与传统分析方法相比,该技术具有灵敏度高、操作简便、检测快速、试剂消耗量少等优点。文章从荧光光谱分析技术基本原理出发,对三维荧光峰的分类、影响因素及其在水环境中的应用进行了综述,并对今后该技术在环境领域的研究方向进行了展望,以期为水污染控制、污染环境修复提供先进可靠的分析方法。

离散三维荧光光谱法海洋浮游藻类群落结构快速测量技术

浮游藻类群落结构是评价海洋生态环境状况的重要指标之一,现有的研究主要基于现场采样实验室分析,缺少快速在线自动、原位剖面以及遥感地面验证技术装备。针对浮游藻类群落结构快速获取与遥感数据地面验证需求,研究了基于离散三维荧光光谱法的海洋藻类群落结构现场快速测量方法,研发了海洋藻类群落结构原位在线测量技术仪器,并开展了应用示范与对比验证。结果表明,基于离散三维荧光光谱法的海洋藻类群落结构测量技术能够快速准确地获取藻类群落结构及叶绿素含量,与现有技术相比,具有测量快速、准确、稳定可靠等优势,为海洋生态环境监测数据获取及遥感数据地面验证提供了先进技术手段。

基于三维荧光光谱技术的水域水污染溯源检测方法研究

水域水污染有着很强的流动性,实测数据有着不可预估的变化,产生一定的观测误差,导致最终溯源检测方法水质超标,针对该问题,设计基于三维荧光光谱技术的水域水污染溯源检测方法。利用三维荧光光谱技术确定水质参数关联后,采取抽取的方式,定义水污染元素的实体关系,形成一个溯源匹配过程,最终完成溯源检测方法的构建。应用两种传统溯源检测方法与所设计的溯源检测方法进行实验,结果表明:所设计的溯源检测方法得到的水质超标数值最小。

三维荧光光谱技术在水环境中的研究与应用进展

基于三维荧光光谱技术的原理,对目前该技术在水环境中的研究进展进行了总结,包括自然水体环境质量评价、水体污染溯源、污水处理效果评价等,具有操作简单、快捷等优点,但是在不确定性分析以及定量解析方面,需要通过建立荧光图谱数据库以及与其他化学计量方法结合进行改进。在此基础上,对其未来的应用进行了展望,包括排水管网地下水渗入情况分析、突发性外水进入判断等,可以进一步与管道物探检测技术结合,缩小物探检测范围,节省人力、物力以及时间成本。

珠江口入海排污口三维荧光光谱溯源技术应用

入海排污口污染溯源工作是改善近岸海域水生态环境质量的重要基础。对于点多面广、种类复杂的入海排污口,实施资料溯源和人工排查溯源难度较大,可以采用更为有效的三维荧光光谱溯源技术开展溯源。本文介绍三维荧光光谱溯源技术在珠江口的应用,并从做好相关理论研究工作、建立完善的标准体系、提高技术人员的综合素质等方面提出了相关建议。

三维荧光光谱技术在不明固体废物溯源的应用研究

基于三维荧光光谱技术对一非法倾倒危险废物污染环境案件中的废渣进行溯源研究,采用0.5 mg/L柠檬酸钾溶液,按液固比10∶1(L/kg),以翻转振荡法提取该不明废物三维荧光光谱图,结果表明,该不明固体废物具有4个特征荧光峰,分别为E_(x)/E_(m)=220 nm/300 nm(峰A),E_(x)/E_(m)=225 nm/340 nm(峰B),E_(x)/E_(m)=275 nm/310 nm(峰C),E_x/E_(m)=275 nm/320 nm(峰D),通过该不明固体废物荧光峰的特征指数,荧光峰位置,结合已有污废水三维荧光光谱图,判断该倾倒废渣与印染行业相关,以期为三维荧光光谱技术在固体废物溯源应用提供数据基础。

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。

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(Ex292nm、Δλ50nm)和丙二醛蛋白结合物的荧光特征(Ex400nm、Δλ70nm);平行因子分析表明Δλ为50和70nm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。

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。

菜籽油热氧化过程中荧光光谱特征的变化研究

为探讨菜籽油热氧化过程中荧光光谱特征的变化规律,采用平行因子分析方法结合二维相关技术解析菜籽油的三维同步荧光光谱,并与油脂氧化化学指标进行相关分析。结果表明:菜籽油具有叶绿素a的荧光特征(Δλ=10 nm,λex=674 nm)和叶绿素b的荧光特征(Δλ=60 nm,λex=620 nm);热氧化过程中,产生了(Δλ=60 nm,λex=448 nm)的特征同步荧光峰。双因子的平行因子分析表明:Δλ为10和60 nm的同步荧光光谱分别为第一、第二主要成分,分别对应叶绿素a和油脂氧化产物的荧光特征;随着热氧化时间的延长,叶绿素a的同步荧光强度降低,而油脂氧化产物的同步荧光强度逐渐升高。二维相关分析表明,叶绿素a热氧化速度、叶绿素b热氧化速度、油脂氧化产物生成速度依次降低。代表叶绿素氧化程度的SFI674和代表油脂氧化产物产量的SFI448与油脂氧化化学指标具有良好的相关性。因此,同步荧光光谱可作为衡量食用油热氧化劣变的指标。

三类饮料三维荧光等高线特征谱规律研究

近年来，三维荧光光谱技术在物质的分类和鉴别中得到较广泛的应用，主要是抓住三维荧光光谱的峰位置和形状等差异来对不同物质进行分类，但人工评价的方法往往带有一定的主观性，容易得出错误的结论。本研究采用图像信息统计法，提取了三维荧光等高线图的特征谱Iem和Iex与现代的数值分析技术相结合，可自动、客观、准确地对物质进行分类和鉴别。以橙汁、绿茶、凉茶三类饮料为例，分析三维荧光等高线特征谱的特征和规律，并用其进行聚类分析。

白塔堡河底泥DOM组成结构的荧光光谱与多元统计模型表征

利用三维荧光光谱,结合平行因子(PARAFAC)分析、层次聚类分析(HCA)和分类回归树(CART)模型,以东北典型城镇化河流——白塔堡河为研究对象,分别在该河的农村段、城镇段和城市段采集表层底泥样品,研究表层底泥中溶解性有机质(DOM)的荧光组分,分析荧光组分空间特征,识别DOM特征的关键因子,并辨识污染源。结果表明:白塔堡河底泥DOM中包含6个DOM荧光组分,即类富里酸(C1)、微生物代谢产物(C2)、类胡敏酸(C3)、类色氨酸(C4)、类酪氨酸(C5)、酚类物质(C6);白塔堡河城镇段DOM荧光物质浓度最高,城市段次之,农村段最低;白塔堡河农村段底泥DOM以内源为主,城镇段与城市段受陆源和内源物质的双重影响;白塔堡河底泥污染程度为城镇段>城市段>农村段,底泥DOM呈现出农村段、城镇段和城市段分异特征;类酪氨酸与类富里酸是识别底泥DOM特征的2个关键因子。

光谱法、量热法以及分子对接研究酸枣仁皂苷A与中心蛋白的作用

目的研究酸枣仁皂苷A(jujuboside A,JuA)与八肋游仆虫中心蛋白(Euplotes octocarinatus centrin,EoCen)的相互作用。方法采用圆二色光谱(circular dichroism spectroscopy,CD)以及三维荧光光谱研究EoCen的构象变化;采用稳态荧光光谱与等温滴定量热法(isothermal titration calorimetry,ITC)研究JuA与EoCen作用的机制;分子对接技术模拟JuA与EoCen的结合位点。结果JuA以摩尔比1:1结合于EoCen的C端(二者反应的结合常数约为10^(5)L/mol),由ITC拟合结果可知,JuA与EoCen复合物的形成是放热的过程,熵变对自由能的贡献较小,主要由焓变驱动。EoCen与JuA结合后,构象发生变化,α-螺旋含量减少,酪氨酸残基的微环境变化,EoCen的C端不再结合蜂毒素。结论JuA主要通过范德华力与EoCen结合,从而改变EoCen的构象,抑制其与靶蛋白的结合。

巢湖表层沉积物溶解性有机氮光谱学特征研究

利用紫外-可见光光谱技术(UV-Vis)和三维荧光光谱(3D EEMs)技术,结合平行因子分析法(PARAFAC),研究了巢湖表层沉积物溶解性有机氮(Dissolved Organic Nitrogen,DON)结构组分及其来源。结果表明:巢湖表层沉积物中DON主要以亲水性物质存在,芳香环取代基以脂肪链为主,腐殖化程度较低。PARAFAC共识别出3类荧光组分,分别是类腐殖质组分C1,类蛋白组分C2和类腐殖质组分C3,其中3个组分均与总溶解态氨基酸(Dissolved Total Amino Acids,DTAA)和游离氨基酸(Dissolved Free Amino Acids,DFAA)存在相关性,类蛋白组分占比高于类腐殖质组分,且C1、C2、C3具有相似的结构或来源,可作为不同氮形态含量的指标。巢湖表层沉积物DON空间分布、芳香性、腐殖化程度、溶解性有机质分子质量、3个荧光组分的强度、类蛋白质组分浓度以及类腐殖质组分浓度均呈现出西湖区>东湖区>中湖区,与巢湖的污染水平和富营养化程度有相似的空间分布特征。荧光特征指数表明巢湖表层沉积物DON受内源与外源的共同影响,但自生源特征较强。

土壤有机质与多环芳烃混合物荧光光谱的辨析

土壤有机质的荧光干扰一直是土壤中PAHs精准检测的瓶颈。文章基于三维荧光光谱技术结合平行因子算法对土壤有机质与PAHs混合物进行辨析。实验结果表明,该方法可有效完成土壤有机质与PAHs混合物的分解与判定,为研究PAHs精准定量分析提供依据。

光谱技术在食品安全检测中的应用

在我国经济与社会快速发展的今天,频频出现的食品安全事故不仅影响着我国的整体形象,更威胁着我国民众的身体健康。在这种社会的大环境下,本文就光谱技术在食品安全检测中的应用进行具体研究,希望能在一定程度上解决我国目前存在的食品安全问题。要解决我国当下存在的食品安全问题,必须更好地对食品进行安全检测。

基于光谱和色谱特征数据融合的化工园区地表水污染源识别技术

化工园区内工业企业多,且各企业排水组分复杂,很多企业之间排水组成具有相似性.因此,当园区内地表水发生污染时,快速识别污染源的难度很大.为此,以嘉兴市某国家级化工园区为研究对象,收集该园区内7家重点企业10个批次的排水样本,并对其进行三维荧光光谱(EEMS)和气相色谱-质谱(GC-MS)分析.利用平行因子法从同一企业不同批次排水的EEMS图谱中提取共有组分,并构建EEMS特征数据矩阵.同时,从企业排水的GC-MS数据中筛选出具有高检出率或能够有效区分不同企业排水的特征物质,并构建GC-MS特征数据矩阵.比较研究基于不同数据矩阵以及不同模型的污染源识别效果.结果表明,无论是基于EEMS原始数据矩阵、EEMS特征数据矩阵还是GC-MS特征数据矩阵,BP神经网络模型对污染源的识别准确率都不高,分别仅为71.43%、76.19%和71.43%,略高于支持向量机模型(76.19%、76.19%和57.14%).当使用EEMS与GC-MS特征数据融合矩阵时,污染源识别性能显著提升.支持向量机模型对7家企业排水的识别准确率、宏精确率、宏召回率以及宏调和平均值分别为95.24%、96.43%、95.24%和95.10%,而BP神经网络模型的识别性能更佳,4项指标均接近100%.研究结果为化工园区等地表水污染源识别提供了一种有效方法 .

三维荧光光谱技术结合PLSR在鸭肉中西维因残留检测的应用

根据西维因水解物具有强荧光的特性,提出了利用三维荧光光谱技术结合偏最小二乘回归(PLSR)法测定鸭肉中西维因的残留含量。通过对样品的二维等高线光谱图分析,发现鸭肉和西维因的特征峰能明显区分开,在西维因-鸭肉体系中两者波峰分别位于300/365 nm和320/460 nm,再利用PLSR法建立鸭肉中西维因残留含量预测模型,其预测集中真实值与预测值的决定系数R2和均方根预测误差值Prms分别达到0.9883和3.103。结果表明三维荧光光谱技术结合PLSR法可用于鸭肉中西维因残留的测定,具有快速检测和预测精度高等优点,为鸭肉中农药残留检测提供了一种有效的手段。