基于三维荧光光谱-平行因子分析技术的蠡湖CDOM分布特征

利用三维荧光光谱(EMMs),并结合平行因子分析法,研究了蠡湖水体中有色可溶性有机物(CDOM)的分布特征及其来源,并探讨了不同组分荧光强度与其他水质因子间的相关性.结果表明,蠡湖水体中CDOM主要由2个荧光组分组成,分别为类色氨酸荧光组分C1(225,280/335)和类腐殖质荧光组分C2(250,300/435),并且C1和C2对总荧光强度的贡献率分别75.70%和24.30%.空间上C1和C2荧光强度自东向西依次递减,呈现东蠡湖高于西蠡湖、沿岸区高于湖心区的趋势.荧光指数(FI)、生物源指数(BIX)和腐殖化指数(HIX)都显示蠡湖水体CDOM来源于自生微生物、藻类等新近自生源,整体呈现弱腐殖质特征.相关性分析表明,CDOM与N、P元素的迁移转化密切相关,并且对透明度有重要影响.

基于三维荧光光谱-平行因子分析的海上溢油识别技术研究

在世界范围内溢油事件频繁发生,溢油的组成成分会影响人类身体健康和生态系统。因此,迫切地需要一种可以快速识别溢油种类的方法。针对溢油污染物现场快速鉴别的需求,利用平行因子分析技术建立了基于三维荧光光谱的原油、燃料油识别方法。首先,利用Delannay三角形内插值法对实验选的6种原油(Roncador原油、巴士拉原油、俄罗斯原油、沙特原油(重质)、上扎库姆原油、海二站原油)和三种燃料油(380CST燃料油、5-7号燃料油、岚山燃料油)的三维荧光光谱去散射,去散射后的三维光谱数据进行归一化处理;之后,对三维荧光光谱进行平行因子解析,确定七个荧光组分为最佳荧光组分,进而得到由7个荧光成分组成的样品荧光特征谱,将风化第3,15和45天的样品及未风化样品的第一平行样的荧光特征谱进行贝叶斯方法(Bayes)判别分析和聚类分析,确定油品荧光特征谱的分析能力和18条荧光标准谱库(12条原油标准谱和6条燃料油标准谱);最后,利用非负最小二乘多元线性回归建立溢油荧光识别方法,对第0,7和30天风化的样品和未风化样品的另一平行样进行识别。实验结果表明,除对风化及未风化的俄罗斯原油识别外,该方法对其余风化和未风化的五种原油和三种燃料油识别正确率均为100.0%,整体识别原油正确率为87.5%,燃料油正确率为100.0%。

基于三维荧光光谱-平行因子分析及紫外-可见吸收光谱对制药污水不同处理工艺单元溶解性有机物特征分析

利用三维荧光光谱-平行因子分析法和紫外-可见吸收光谱2种技术方法对某制药园区污水处理厂处理过程中污水溶解性有机物种类、分子量、腐殖化程度等进行表征,同时对解析出的溶解性有机物组分和水质指标进行相关性分析。三维荧光光谱-平行因子分析法解析出5类大分子溶解性有机物,组分C1是制药污水中特征污染物,组分C2和C3属于类腐殖质物质,组分C4和C5为类蛋白质物质。紫外-可见吸收光谱表明,处理过程中溶解性有机物分子量逐渐降低,腐殖化程度呈现先上升后下降的趋势。相关性分析表明,组分C4和SUVA254数值可以快速推断污水处理过程中氮含量变化情况,组分C2和C3可以推断污水溶解性有机碳变化情况。本研究技术方法和结果可以为监测污水处理厂运行情况和日后改进污水处理工艺提供支持。

基于三维荧光-平行因子分析和自组织神经网络分析汛期上游来水对新汴河上覆水影响

为探究汛期上游来水对新汴河上覆水水质影响,利用三维荧光-平行因子分析(EEMPARAFAC)及自组织神经网络(SOM)分析上游来水前后新汴河上覆水水质参数、溶解性有机质(DOM)的变化.结果表明:(1)汛期上游来水后CODCr和CODMn显著升高(P<0.01),而总氮(TN)的含量却显著降低(P<0.05),表明新汴河汛期上游来水中含有大量有机物;(2)基于EEMPARAFAC解析出3种荧光组分,C1和C2为类腐殖质组分、C3为类蛋白质组分,上游来水后类蛋白质组分(C3)的含量显著提升(P<0.05),表明汛期上游来水中C3的含量相对较高;(3)SOM分析结果表明:新汴河汛期水质可能与城镇生活污水排放及城市地表径流有关;(4)新汴河上覆水中DOM受控于内源及陆源的共同作用,但汛期上游来水后新汴河上覆水DOM陆源性特征更加明显.本研究探究了典型平原地区河流(新汴河)受汛期来水影响下水质及DOM的变化,以期为新汴河水环境管理方案的制订提供科学依据.

三维荧光-平行因子分析检测喹诺酮类抗生素

该文基于三维荧光光谱技术,研究了恩诺沙星(ENR)、左氧氟沙星(LVFX)和诺氟沙星(NOR)3种喹诺酮类抗生素三维荧光光谱特征,并结合平行因子分析法(PARAFAC),实现了对ENR、LVFX和NOR 3种抗生素混合物单一组分定性及定量分析。荧光分光光度计扫描得到3种抗生素样品的三维荧光光谱,通过散射区域置零、插值等方法,解决了散射对三维荧光光谱的干扰,同时运用PARAFAC对荧光数据集进行组分解析。实验得出,3种抗生素最大荧光值和各自浓度之间R2均大于0.99,ENR、LVFX和NOR的检出限分别为0.74、0.43和0.20μg/L。PARAFAC方法成功解析出混合样本中ENR、LVFX和NOR组分。实验结果表明,基于PARAFAC法的三维荧光光谱技术具有良好的检出限和回收率,可同时对ENR、LVFX和NOR 3种喹诺酮类抗生素及其混合物进行快速、高灵敏的检测,实现了混合样本单图谱、同类别、多组分同时分析。

2010年秋季长江口口外海域CDOM的三维荧光光谱-平行因子分析

利用三维荧光光谱(EEMs)并结合平行因子分析(PARAFAC)技术,研究了长江口口外海域的有色溶解有机物(CDOM)的荧光组分特征及其河口动力学行为.PARAFAC模型识别出长江口口外海域的CDOM由6个荧光组分组成,即陆源类腐殖质荧光组分C1[330 nm/390(430)nm]、C2(390 nm/480 nm)、C3(360 nm/440 nm)、海洋生物产物组分C5(300 nm/400 nm)及类蛋白质荧光组分C4(290 nm/350 nm)和C6(275 nm/300 nm).结果表明,C1、C2和C3组分在河口混合过程中呈保守行为,特别是在长江口口外高盐度区;C1和C3组分在总组分中所占比例在整个研究区域随盐度增加呈稀释降低趋势,C2组分在总组分中所占比例在整个区域保持不变;C4组分在低盐度区呈保守行为,在高盐度区呈不保守行为,其在总组分中所占比例在整个研究区域呈上升趋势;C5和C6组分则在整个河口混合过程中呈非保守行为,并且它们在总组分中所占比例在高盐度区呈上升趋势.另外,近岸区和远岸区的CDOM吸收系数a(355)存在显著空间差异,近岸区明显大于远岸区,并且近岸区的a(355)和光谱斜率S的范围小于远岸区;CDOM吸收系数a(355)与陆源类腐殖质C1、C2和C3以及类蛋白质色氨酸C4存在较好的正相关性,而与海洋生物产物C5和类蛋白质酪氨酸C6不存在显著相关性,表明近岸区主要受河流输入影响,而远岸区由陆源和现场生物产生共同控制.

基于三维荧光光谱-平行因子分析法的工业园区污水溶解性有机物溯源与归趋

本研究以某工业园区内的污水处理厂为研究对象,使用紫外-可见光谱和三维荧光光谱对11个进水管道和水处理各工艺段的水样进行检测,结合平行因子分析法探究了污水厂水体中主要污染物的来源和类别,最后对水质参数和各组分进行了相关性分析。紫外-可见光谱、三维荧光光谱结合平行因子分析结果表明,污水主要有5种荧光组分,其中C1,C2,C3均属于腐殖酸类物质;C4属于蛋白质类,近似于色氨酸类物质;C5属于新发现的组分。相关性分析结果表明,C3的荧光强度可以大致判断污水的芳香度,C2的荧光强度推断污水中的NH_(3)-N浓度,三维荧光光谱数据可以对水质参数评价进行补充。本研究可为发展高效低成本的污水厂尾水深度处理技术提供参考。

利用紫外-可见光谱与平行因子分析法快速检测水体中多种有机磷农药的实验研究

为实现混合体系中多组分有机磷农药的定性识别和定量检测,采用紫外-可见吸收光谱法结合平行因子分析法(PARAFAC),对水体中多组分有机磷农药混合溶液进行快速分析测定。在纯净水中配置毒死蜱、甲基对硫磷、丙溴磷的单组分、2组分和3组分农药溶液为实验样本,采用紫外-可见光谱仪获取各组样本的吸收光谱。将测得的纯净水-有机磷农药吸收光谱数据构建为不同的三维数据矩阵,经核一致诊断法确定因子数后采用PARAFAC算法对三维数据进行分解,结果发现2组分和3组分混合农药经分解后得到的光谱图与实际单组分光谱图相似度很高,表明算法可以实现水体中多组分有机磷农药的定性分析。进一步地,利用算法分解得到的得分矩阵与各组分的真实浓度构建线性回归模型,再对不同的数据集(包括农田水为稀释背景的光谱数据集)进行预测。模型的预测结果表明,PARAFAC算法具有显著的二阶校正优势,即使是光谱重叠严重、预测集中存在校正集中不存在的干扰信息,算法依然可以有效地从混合体系中检测出目标物农药。模型对2组分混合溶液均实现了定性分析与定量检测,预测集决定系数R^(2)都大于0.9,预测残差RPD也都大于3;对3组分混合溶液的毒死蜱、甲基对硫磷、丙溴磷实现了定性分析,其中毒死蜱和甲基对硫磷均达到了定量检测要求,只有丙溴磷的定量检测结果不理想,可能是由于丙溴磷溶液的整体光谱强度水平显著低于相同浓度的毒死蜱和甲基对硫磷溶液,其光谱贡献最小,以致算法对其混合体系中丙溴磷的分辨效果较差。PARAFAC算法实现了“数学分离”代替“化学分离”的效果,不需要复杂的预处理即可对光谱重叠严重的多组分有机磷农药混合物进行定性识别和定量检测,这一方法为水体中有机磷农药残留的快速检测分析提供了理论依据。

嘉陵江重庆段DOM三维荧光光谱的平行因子分析

应用平行因子分析法对2010年6月嘉陵江重庆段水体13个取样点DOM(溶解性有机质)的三维荧光光谱进行指纹识别.结果表明,嘉陵江重庆段水体可识别出4类5个荧光组分,包括类富里酸荧光组分C1(250、320 nm/400 nm)和C4(230、340nm/450 nm)、类腐殖酸荧光组分C2(260、360 nm/450 nm)、浮游生物产生的荧光组分C3(260 nm/380 nm)和类蛋白物质荧光组分C5(280 nm/330 nm).它们的贡献率依次为类富里酸18%～38%,类腐殖酸11%～18%,浮游植物8%～22%,类蛋白物质33%～49%.嘉陵江重庆段水体的有机物污染主要以来自工业、生活污水和其他人为活动产生的陆源污染输入为主,其次是浮游植物和水体微生物代谢产生的污染.13个取样点的总荧光强度在空间分布上由西到东呈"升高—降低—升高—降低"的趋势.

鄱阳湖CDOM三维荧光光谱的平行因子分析

利用三维荧光光谱(3DEEM)结合平行因子分析法(PARAFAC),对鄱阳湖水样的荧光光谱进行研究,探讨了有色溶解有机物(CDOM)荧光组分与氮磷营养盐之间的关系.结果表明,鄱阳湖水体CDOM由2类3个荧光组分组成,即类腐殖荧光组分C1(245/391nm)和C2(255,340/453nm),及类酪氨酸组分C3(275/304nm).在CDOM组成中,微生物作用类腐殖质C1占40.8%,陆源类腐殖质C2占30.8%,类酪氨酸物质占28.4%.类腐殖质和类酪氨酸在两个极端水文条件下表现出截然不同规律,即类腐殖质在枯水期荧光强度和贡献都为最低,在丰水期贡献率最大,而类酪氨酸在丰水期,荧光强度和贡献为最低,在枯水期贡献率最大.CDOM各荧光组分强度分布因水文条件不同具有差异性.各荧光组分在同一水文条件下,荧光强度变化趋势相似.荧光光谱参数结果表明,鄱阳湖水中CDOM呈现外源和内源的特征,其中枯水期以外源输入为主.各荧光组分都与水体中总氮(TN)和溶解性总氮(DTN)呈现显著正相关,类酪氨酸组分与总磷(TP)呈现显著正相关.

长江溶解有机质三维荧光光谱的平行因子分析

利用三维荧光光谱(EEMs)研究了2009年9月长江上游至河口近4000km主流区域溶解有机质(DOM)的荧光组分特征及分布变化,结合紫外可见吸收光谱a350,旨在认识长江DOM的组成、来源和迁移转化过程.通过平行因子法(PARAFAC)解谱,得到3个类腐殖质组分H1、H2、H3及2个类蛋白质组分P1、P2.溶解有机碳(DOC)在上游浓度最低,在三峡库区万州附近明显增加,而后趋于稳定.荧光组分峰值之和(∑Fluo)呈类似趋势,和DOC相关性分析(R2=0.92)说明EEMs-PARAFAC可有效示踪溶解有机质的分布.其中蛋白质信号∑P约占∑Fluo的1/4,叶绿素a与∑P、DOC的弱相关性说明自生源不能主导DOM荧光组分分布;不同类腐殖质组分变化趋势不同,H3(Ex/Em:250/450-485nm)在库区后的水体有明显富集,而H1、H2占∑Fluo百分比则有所下降,a350也呈优先降解的趋势,反映了长江DOM迁移转化过程的选择性.

三维荧光光谱及平行因子分析在石油类污染物检测分析中的应用

以三维荧光光谱技术结合平行因子分析算法研究了石油类污染物识别与浓度测量方法,重点分析了两种以上成品油共存时对测量的影响。以0#柴油、97#汽油与煤油的CCl4溶液为测量样本,通过两种或三种油不同配比的混合溶液来模拟多种石油类污染物共存的状态,研究平行因子分析方法在复杂混合物共存体系成分分析时的特点。实验分别针对汽柴油混合溶液、柴煤油混合溶液以及存在少量煤油干扰成分的汽柴油溶液,分解得到各溶质的激发与发射特征光谱,实现了各混合样品中主要成分含量的同时测量,计算了平均回收率。结果表明,该方法能够实现石油类污染物中共存成分的识别与浓度测量。

平行因子分析在赤潮藻滤液三维荧光光谱特征提取中的应用

在实验室条件下培养我国沿海常见的10种赤潮藻,测定了赤潮藻生长过程中藻滤液的三维荧光光谱。用平行因子分析对光谱进行分解,获得每种赤潮藻滤液荧光峰的个数及类型,即每种赤潮藻的特征光谱。在此基础上比较每种藻特征光谱的相似性和差异性,并分析了赤潮藻生长过程中滤液的荧光峰强度和生长阶段的关系,为基于赤潮藻滤液三维荧光光谱的赤潮藻种类识别测定技术提供依据。结果表明:不同赤潮藻的特征光谱之间存在差异。在指数生长期,类蛋白和类腐殖质荧光峰强度与藻密度呈正相关,说明两类有机物在水体中不断积累;在稳定期和衰亡期,两类有机物的荧光强度迅速增大,这可能是衰老和死亡细胞的破碎释放,以及细菌降解作用所致。平行因子分析可以有效提取赤潮藻的荧光特征,考察了赤潮藻荧光峰强度和生长阶段的关系。

结合平行因子分析算法和模式识别方法的三维荧光光谱技术用于石油类污染物的检测

随着海洋中石油资源的不断开发,泄漏到海洋环境中的石油也日益增多,它不仅威胁着海洋生态环境,同时也严重影响着人们的身体健康。因此,快速、有效地检测出海洋环境中的石油类污染物对于保护海洋生态环境和人类健康具有重要意义。石油产品中含有大量的多环芳烃,其具有较强的荧光特性。因此,荧光光谱技术成为检测石油类污染物的重要手段之一。利用三维荧光光谱技术结合平行因子分析算法和模式识别方法,对石油类污染物进行表征和分类。首先,以海水和十二烷基硫酸钠(SDS)配制的胶束溶液作为溶剂,分别配制不同浓度的柴油、航空煤油、汽油和润滑油溶液,最终得到80个实验样本;然后,利用FLS920型荧光光谱仪采集实验样本的三维荧光光谱数据,并通过Delaunay三角形内插值法对所获得的三维荧光光谱数据进行去散射处理;其次,利用平行因子分析(PARAFAC)算法分解去散射后的三维荧光光谱数据,通过运用核一致诊断法和残差分析法对组分数进行估计;最后,为了建立稳健的分类模型,利用Kennard-Stone算法将80个实验样本分为60个训练集样本和20个测试集样本,运用K最近邻(KNN)算法、主成分判别分析(PCA-LDA)算法以及偏最小二乘判别分析(PLS-DA)算法分别建立分类模型,并利用灵敏度、特异性和准确率对分类效果进行评估。研究结果表明:三种分类模型对测试集中样本的识别准确率分别为85%, 90%和94%,其中, PLS-DA分类模型对测试集样本的识别准确率最高,具有最佳的分类效果。因此,在利用平行因子分析算法提取石油类污染物荧光光谱数据的基础上,结合模式识别方法可以很好的对不同种类油品进行分类研究。利用三维荧光光谱技术结合平行因子分析算法和模式识别方法快速、有效地检测油类污染物,为石油类污染物的快速检测提供了一种新的研究思路和重要参考。

污水厂深度处理过程中有机物三维荧光光谱的平行因子分析研究

基于三维荧光光谱考察了污水厂深度处理过程中溶解性有机物(DOM)的荧光组分特征,结合平行因子分析(PARAFAC)解析出3个荧光组分,包括2个腐殖质类物质(C1、C3)和1个色氨酸类蛋白物质(C2)。臭氧工艺对组分C1、C2、C3去除率分别为69.1%、71.5%和66.5%,表明臭氧对DOM有较好去除效果。三维荧光光谱结合PARAFAC分析能够较好反映水中DOM的去除情况,有利于污水处理效果的定性分析、定量评价,易于实时在线监测。

山东省平度市农村黑臭水体DOM三维荧光光谱的平行因子分析

运用三维荧光光谱联合平行因子法及相关性分析,以山东省平度市农村黑臭水体为研究对象,探讨其溶解性有机质(DOM)组成、腐殖化程度及来源。结果表明:该市农村黑臭水体DOM包含5类6个荧光组分,分别为类色氨酸荧光组分(C1和C6)、类腐殖质荧光组分(C2)、浮游生物活动产生荧光组分(C3)、类胡敏酸荧光组分(C4)、类富里酸荧光组分(C5);荧光指数、自生源指数、腐殖化指数和新鲜度指数分别为1.6~1.9、0.8~1.0、0.6~3.0和0.80~0.95的水体占90%,表明该市农村黑臭水体DOM具有外源与内源双重特性,同时具有弱腐殖质特征;结合相关性分析得出,C1、C2、C3、C4之间均呈正相关,其中C2与C4呈极显著正相关(R^(2)=0.98,P<0.01),C5、C6与其他组分之间均不相关,表明该市农村黑臭水体DOM组分来源具有多样性。

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。

基于三维荧光光谱结合平行因子分析对春季北黄海有色溶解有机物的研究

利用三维荧光光谱(EEMs)结合平行因子分析(PARAFAC),对我国春季北黄海海水样品的荧光光谱进行了研究和分析。结果表明,北黄海有色溶解有机物(CDOM)中的荧光溶解有机物(FDOM)可分为四个组分,其中两组为类腐殖荧光组分c1(260,315/425)和c2(295,355/490),两组为类蛋白荧光组分c3(275/310)和c4(230,290/345)。四个组分之间不同程度的线性相关性说明了它们同源相似性,类腐殖质两组分之间的相关性最高,类蛋白质两组分次之。四个荧光组分和总荧光强度在平面分布和垂直分布都呈现近岸高,远岸低的趋势,同时除去陆源输入影响,海洋自身的水团运动和生物活动也影响着北黄海CDOM的分布。聚类分析进一步说明了北黄海不同区域的总荧光强度分布特征,也体现了整体上CDOM的均一性。荧光指数FI、腐殖化指数HIX和生源指数BIX在一定程度上指示了北黄海CDOM的来源,说明近岸区域陆源的影响较大,而向海一侧则受生物活动的作用影响较大,此结论与前述荧光组分的分布规律吻合。

应用平行因子分析和三维荧光分析法分辨萘、1-萘酚和2-萘酚

首次利用三维荧光分析法与PARAFAC算法相结合 ,在激发波长为 2 2 0～ 30 0nm(2nm为间隔 ) ,发射波长为 32 5～ 6 0 0nm(5nm为间隔 )对萘、1 萘酚和 2 萘酚体系进行了分辨研究 ,分辨结果与真实结果一致。该方法分辨速度快 ,易于编程实现 ,且分辨效率高 ,解决了三者同时分辨难的问题 。

基于三维荧光和平行因子分析法的太湖水体CDOM组分光学特征

基于2008年11月份太湖全湖69个样点的CDOM三维荧光光谱数据,将平行因子分析法与现有荧光基团相结合,确定CDOM的组成成分及其荧光光谱特征,进一步分析其动力学机制.太湖CDOM荧光基团主要是类腐殖质,其类蛋白质组分可能主要来源于太湖水体生物残骸;同时,类腐殖质荧光发射波长随着荧光强度的增加向长波方向移动,存在"红移"效应.利用平行因子分析法可以将三维荧光矩阵分解为6个主成分,这6种成分可以解释92.48%的变量,平均贡献率分别是PCI占19.709%,PC2占18.685%,PC3占16.914%、PC4占16.62%、PC5占15.514%、PC6占12.558%.275nm处的吸收系数肩值除去受陆源类腐殖质影响外,影响其大小的主要是峰N,其次是峰M;而影响该肩值形状的主要是峰A和N,其次是峰T和M.根据荧光基团的类别,太湖CDOM源类型可以分为四类:①陆源主导类型;②偏陆源主导类型;③偏海源主导类型;④海源主导类型.