1 安徽省农业科学院土壤肥料研究所, 安徽 合肥 230031
3 芜湖市农业技术中心, 安徽 芜湖 241000
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。
店埠河农业小流域 溶解性有机质(DOM) 三维荧光光谱(EEMs) 平行因子分析(PARAFAC) The agricultural watershed of Dianbu River Dissolved organic matter (DOM) Fluorescence excitation emission matrix spectroscopy (EEMs) Parallel factor analysis (PARAFAC)
1 东北林业大学, 森林植物生态学教育部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 151800
2 中国环境科学研究院, 环境基准与风险评估国家重点实验室, 北京 100012
3 中交水运规划设计院有限公司, 北京 100007
4 生态环境部环境工程评估中心, 北京 100012
运用紫外光谱、 三维荧光光谱技术结合平行因子分析法(PARAFAC)探讨了pH值对滇池水体环境中溶解性有机质(DOM)光化学降解特性(紫外光谱特征、 荧光组分及其荧光强度)的影响。 掌握了不同pH值条件下DOM光化学降解特性及其差异性, 可为DOM的生物地球化学循环基础数据提供有利支撑, 同时对富营养化湖泊水质改善和有效控制具有重要的启示作用。 结果表明, 在光降解发生过程中(0～30 d), DOM被识别出具有三个主要荧光组分, 分别为长波类富里酸组分C1(325, 425 nm), 类蛋白类组分C2(295, 390 nm)和具有高芳香度特性的类腐殖质组分C3(260/350, 360/450 nm); pH值的变化对DOM光降解过程中的紫外光谱和三维荧光光谱特征均产生重要影响; 当pH值从4.0增加到9.0, DOM的紫外吸光系数随pH值增大而增大, 总荧光强度随pH值增加而逐渐下降; 类蛋白组分C2从降解的第8天开始, 其荧光强度也表现出随pH值增加逐渐下降的趋势, 这表明高pH值能够促进水体DOM的光降解作用。 鉴于pH值能够对DOM光降解过程及其紫外光谱和三维荧光光谱特征产生重要影响, 研究认为, 对比不同来源DOM(自然水体、 DOM提取物等)的紫外光谱、 三维荧光光谱和平行因子分析结果时, 应监测并报告DOM溶液的pH值, pH值应尽量保持一致, 以保证结果的可比性。
溶解性有机质 pH值 三维荧光光谱 平行因子分析 Dissolved organic matter (DOM) pH value Excitation-emission matrix spectroscopy (EEMs) Parallel factor analysis (PARAFAC) 光谱学与光谱分析
2019, 39(8): 2533
1 中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室, 山东 青岛 266071
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 青岛海洋科学与技术国家实验室, 海洋生态与环境科学功能实验室, 山东 青岛 266071
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。
三维荧光光谱 平行因子分析 有色溶解有机物 北黄海 Excitation-emission matrix spectroscopy Parallel factor analysis (PARAFAC) Colored dissolved organic matter North Yellow Sea 光谱学与光谱分析
2016, 36(8): 2532
1 安徽建筑大学环境与能源工程学院, 安徽 合肥 230601
2 安徽建筑大学水污染控制与废水资源化安徽省重点实验室, 安徽 合肥 230601
采用荧光光谱技术研究不同溶解氧（DO）水平下二十埠河底泥上覆水中溶解性有机物（DOM）转化特性及类蛋白荧光强度与总氮浓度的关系。 三维荧光光谱显示: 上覆水中DOM主要由三种类蛋白物质（高激发波长类酪氨酸、 低激发波长类酪氨酸、 低激发波长类色氨酸）和两种类富里酸物质（紫外区类富里酸、 可见区类富里酸物质）组成, 类蛋白物质是上覆水中DOM的主要成分。 经过曝气后类蛋白荧光强度均存在明显降低, 其中低激发波长酪氨酸和低激发波长色氨酸相对于高激发波长酪氨酸更易被微生物降解。 而类富里酸荧光强度则均呈现增强趋势, 表明类富里酸物质属于难降解有机物。 上覆水中DOM荧光指数介于1.65~1.8之间, 表明上覆水体DOM既有陆源又有生物源但以生物源为主。 荧光指数随DO增加而增大, 说明随着DO增加微生物量及微生物活性逐渐增加, 微生物代谢功能增强, 使得上覆水中DOM的生物源成份加大。 在较高的溶解氧水平下, 即DO分别为2.5, 3.5和5.5 mg·L-1时, 高激发波长类酪氨酸峰A的荧光强度与上覆水中总氮浓度有良好的相关性, 相关系数（r2）分别为0.956, 0.946, 0.953, 说明可以通过三维荧光技术监测高激发波长类酪氨酸峰A的荧光强度而快速分析上覆水中总氮浓度, 为河道水体诊断、 治理及修复提供快速有效的技术参考和理论支持。
荧光光谱 溶解氧 上覆水 溶解性有机物 荧光强度 总氮 Excitation-emission matrix spectroscopy Dissolved oxygen Overlying water Dissolved organic matter Fluorescence intensity Total nitrogen
1 燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室, 河北 秦皇岛066004
2 河北联合大学电气工程学院, 河北 唐山063009
3 上海大学环境与化学工程学院, 上海200444
为解决微含量石油类污染物识别问题, 采用三维荧光光谱(EEMs)与平行因子(PARAFAC)相结合的技术, 研究了石油类样品荧光组分特征及平行因子组分识别方法。 依据水体中石油类含量的标准规定, 配制出与Ⅰ—Ⅴ类水体对应的CCL4含油样品, 用来模拟油类污染物成分。 首先对97#汽油、 0#柴油、 普通煤油及CCL4溶剂进行三维荧光光谱扫描, 得到纯组分样品的三维荧光光谱图, 其次对97#汽油、 0#柴油及普通煤油的标准样品进行三维荧光光谱图测定, 最后对97#汽油、 0#柴油、 普通煤油在CCL4溶剂中的混合样品进行三维荧光光谱图测定。 在掌握上述不同组分样品的三维荧光光谱特性的基础上, 重点分析微含量下97#汽油、 0#柴油及煤油混合液的三维荧光光谱, 应用平行因子方法解析出样品中三种组分的激发与发射特征光谱以及组分间的浓度比。 解决了混合样品荧光光谱出现叠加, 用化学分离或单纯荧光分析方法较难识别荧光组分的问题, 实现了对微含量含油混合样品的主要组分的识别, 并得到混合样品溶液中不同组分间浓度比。
微含量矿物油 三维荧光光谱 平行因子解析 组分识别 Micro-content petroleum Excitation-emission matrix spectroscopy Parallel factor analysis Component identification 光谱学与光谱分析
2014, 34(9): 2561
1 中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室, 山东 青岛266071
2 中国科学院大学, 北京100049
利用三维荧光光谱（EEMs）结合平行因子分析（PARAFAC）, 研究了东海夏、 秋两季溶解有机物（DOM）的荧光组分特征, 并对其种类、 分布和来源进行了分析和讨论。 共识别出三个荧光组分, 分别为类蛋白荧光组分C1（235, 280/330）、 陆源或海源类腐殖质组分C2(255, 330/400)以及陆源类腐殖质组分C3（275, 360/480）。 两个类腐殖质组分C2和C3之间呈显著正相关, 表明他们有相同的来源或在结构上存在某种联系。 三组分在两个季节不同水层的分布总体呈现近岸高, 远海低的特点。 各组分与叶绿素a和盐度的关系表明调查海域的DOM受现存浮游植物的直接影响很小, 夏季长江输入是长江口三组分的重要来源, 而秋季受长江输入的影响减弱。 本研究显示了三维荧光与平行因子分析相结合在海洋溶解有机物的研究中具有很好的应用前景。
溶解有机物 三维荧光光谱 平行因子分析 东海 Dissolved organic matter Excitation-emission matrix spectroscopy Parallel factor analysis (PARAFAC) East China Sea
1 中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室， 山东 青岛266071
2 中国科学院研究生院， 北京100049
利用平行因子分析（PARAFAC）模型对三维荧光光谱（EEMs）进行解析， 研究了獐子岛附近海域不同季节荧光溶解有机物（DOM）荧光的组成特点及分布变化。 调查水域在不同季节的DOM荧光组成基本一致， 包含类腐殖质荧光组分C1(265/440 nm)， C2(410～450/520～550nm) 和类蛋白荧光组分C3(230, 280/330 nm) ， 且三者有很好的相关性， 表明它们有着相同的来源或彼此间存在某种关系。 各组分在不同季节不同水层的分布有在獐子岛周围海域荧光强度相对较大的共同点。 通过对各组分与叶绿素a和盐度变化的关系研究发现， 调查海区OM受现场浮游植物和人类生产活动的共同作用。 分析结果有效的证明了EEMs与PARAFAC相结合对DOM荧光进行分析鉴别的可行性。
溶解有机物 三维荧光光谱 平行因子分析 獐子岛 Dissolved organic matter Excitation-emission matrix spectroscopy Parallel factor analysis (PARAFAC) Zhangzi island 光谱学与光谱分析
2012, 32(4): 1007
厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室， 福建 厦门361005
利用三维荧光光谱(EEMs)并结合平行因子分析(PARAFAC)模型， 研究了2008年6月“水库型”河流闽江中溶解有机物(DOM)的荧光组分特征及其分布变化， 以探讨河流DOM的来源、 动力学过程及主要控制因素。 闽江DOM包括类腐殖质组分C1(＜250， 325/424 nm)、 C2(270， 395/482 nm)与类蛋白质组分C3(＜250， 280/358 nm)等三种荧光组分， 其中类腐殖质组分占绝对优势。 利用荧光组分可对上游三条支流之间的混合进行灵敏的指纹示踪。 闽江干流DOM荧光组分的含量基本一致， 反映了大型水库修建对闽江有机碳循环尚未产生显著影响。 利用相关和主成分分析揭示出闽江类腐殖质组分主要来源于流域土壤的冲刷， 它与吸收系数a(355)之间的关系密切； 而类蛋白质组分主要在水环境中产生， 可用于示踪水体中总溶解氮(TDN)的变化。 利用荧光组分的多元线性回归可有效地对溶解有机碳(DOC)的含量进行示踪， 表明EEMs-PARAFAC是研究河流DOM动力学过程的重要手段。
溶解有机物 激发发射矩阵光谱 平行因子分析 水库 闽江 Dissolved organic matter Excitation-emission-matrix spectroscopy Parallel factor analysis (PARAFAC) Reservoir Minjiang river
1 中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室, 山东 青岛 266100
2 中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室, 山东 青岛 266071
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。
三维荧光光谱（EEMs） 东海 荧光 溶解有机物质 Excitation-emission matrix spectroscopy (EEMs) East China sea Fluorescence Dissolved organic matter 光谱学与光谱分析
2009, 29(5): 1345
厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室, 厦门大学海洋与环境学院, 福建 厦门 361005
利用荧光激发-发射矩阵光谱(excitation-emission matrix spectroscopy, EEMs)研究了厦门湾九龙江河口中、 低盐度区表层水样中有色溶解有机物在秋季天然太阳辐照下的光化学漂白。 结果表明, 光漂白未引起水样中类腐殖质(C, A, M)和类蛋白质(T, B)荧光峰位置的移动。 5个峰的荧光强度均随辐照时间的增加而减少, 其中低盐度水样的降低幅度更大, 并以指示陆源河流输入的特征荧光峰C的光漂白程度最大。 根据漂白速率可将各荧光团区分出易漂白和难漂白两类组分。 光漂白导致T、 C峰及A、 C峰之间的荧光强度比值增加, 说明光漂白可引起海水中溶解有机物性质的明显改变, 并且也是近海类蛋白质荧光相对类腐殖质荧光占优势的一个重要控制因素。 研究结果对于探究陆源有机物在近海的转化及去除过程以及海洋光学有一定的参考价值。
有色溶解有机物 光漂白 三维荧光光谱 厦门湾 Chromophoric dissolved organic matter (CDOM) Photobleaching Excitation-emission matrix spectroscopy (EEMs) Xiamen bay
