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【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)度以等高線方式投影在以激發(fā)光波長和發(fā)射光波長為縱橫坐標(biāo)的平面上獲得的譜圖，圖像直觀，所含信息豐富。
三維熒光光譜(EEMs)能同時獲得激發(fā)和發(fā)射波長信息，且因有機(jī)物種類和含量不同而各異，具有與水樣(溶液)一一對應(yīng)的特點，就像人的指紋具有唯一性一樣，所以被稱為水的“熒光指紋”。
應(yīng)用簡介
由于三維熒光光譜具有與物質(zhì)組成成分一一對應(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、食品檢測等領(lǐng)域。本期技術(shù)分享我們來針對性三維熒光在水質(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)的測量需耗時數(shù)小時甚至數(shù)天，不能及時反映水質(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)計和運行長期只能依賴經(jīng)驗。三維熒光光譜為這些問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各類物質(zhì)對應(yīng)的特征峰
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序號 |
EX/EM(nm) |
代表物質(zhì) |
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1 |
210~230,260~280/280~310 |
類蛋白質(zhì)熒光團(tuán)，主要為類酪氨酸 |
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2 |
220~240,260~280/320~350 |
類色氨酸 |
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3 |
240~260/380~410 |
紫外區(qū)類富里酸 |
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4 |
330~350nm/380~410 |
可見光區(qū)類富里酸 |
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5 |
260~300nm/475~510 |
類胡敏酸 |
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6 |
250~290/290~330 |
微生物代謝產(chǎn)物 |
通過熒光定量分析(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。有報道稱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，同時金屬離子、PH值、基團(tuán)濃度對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型是當(dāng)前水質(zhì)預(yù)警研究的重點和難點問題。通過對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，實時監(jiān)測污水排放是否達(dá)標(biāo)，檢驗濕地等環(huán)境對污水的深度處理能力，根據(jù)污水中各組分的不同針對性的進(jìn)行分類處理。
水質(zhì)分析應(yīng)用三：石化廢水
通過三維熒光技術(shù)能快速地檢測分析出石化工廠排出的污水變化，根據(jù)污水中各種組分的變化，監(jiān)控生成過程中出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)，以及對污水進(jìn)行分類處理。石化廢水中各組分的含量與其熒光強(qiáng)度存在較強(qiáng)的線性關(guān)系，通過對比就能確認(rèn)廢水中各組分的比例。
水質(zhì)分析應(yīng)用四：石油檢測
三維熒光的主峰位置是反映原油性質(zhì)的*主要參數(shù)，不同含油氣盆地性質(zhì)類似的原油，三維熒光主峰位置的激發(fā)波長與發(fā)射波長對基本不變。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 |
EX/EM(nm) |
代表物質(zhì) |
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T1 |
230/340 |
二環(huán)、三環(huán)芳烴化合物 |
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T2 |
260/360 |
三環(huán)芳烴化合物 |
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T3 |
280/330 |
一環(huán)、二環(huán)芳烴化合物 |
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T4 |
λem=400 |
三環(huán)、四環(huán)芳烴化合物 |
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T5 |
λem=440 |
五環(huán)芳烴化合物 |
在石油勘探過程中，可通過對該地區(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)射波長由短波長向長波長方向移動)、油油和油原對比(油氣系統(tǒng)的劃)、儲層含油氣性識別及油氣性質(zhì)預(yù)測、區(qū)分原油和鉆井液添加劑、地下含油氣性預(yù)測(通過分析地表或者底下一定深度的水、土壤)、界定古油水界面、油氣成熟度的評價、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(通過對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)、測試原油濃度等。
卓立漢光*新推出SmartFluo-Pro 三維熒光光譜系統(tǒng)，可快速檢測液體中的有機(jī)化合物(DOM)，每個樣品僅需數(shù)十秒或者幾分鐘，即可及時識別液體中的有機(jī)物成分。
具體應(yīng)用如下：
提供水中有機(jī)污染物的檢測；
自來水中微生物污染的檢測；
評價凈水工藝及再生水對環(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；
產(chǎn)品特色：
1、測試速度快，*短數(shù)秒內(nèi)出測試結(jié)果；
2、穩(wěn)定性高，便于現(xiàn)場測樣，打破實驗室測試模式；
3、靈敏度高，儀器檢測限＜0.1μg/L，具有科研指標(biāo)的應(yīng)用級產(chǎn)品
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