店埠河农业小流域是南淝河最大的支流, 探究该流域水体溶解性有机质(DOM)的时空演变机制对于了解其水生生态系统至关重要。 该研究结合水体的三维荧光光谱和紫外-可见光谱, 采用平行因子分析(PARAFAC)方法对测定的三维荧光光谱矩阵进行组分提取, 分析该流域特定时段的水体DOM荧光组分及比例, 结合荧光参数(荧光指数FI、 自生源指标BIX以及腐殖化指标HIX)和紫外-可见光谱吸收特征参数(α254、 E2/E3)分析店埠河农业小流域水体DOM时空特征。 实验结果显示: 店埠河农业小流域在该特定时段(2020年9月-2021年4月)水体DOM包含2个有效的荧光组分, 分别为1种类腐殖质物质(类富里酸组分)和1种类蛋白质物质(低激发类色氨酸组分), 两个组分各占比例分别为53.9%和46.1%; 水体三个荧光参数(FI、 BIX、 HIX)在不同季节(9月秋季、 1月冬季和4月春季)之间的荧光参数呈现显著的季节变化差异, 指明DOM总体上受陆源和内源物质的综合影响, 具有强腐殖化、 弱自生源特征; 紫外-可见光谱吸收特征参数(α254、 E2/E3)表明1月冬季水体的DOM相对浓度和分子量大小均低于其他两个季节(9月秋季和4月春季), 而各采样点DOM分子量大小和相对浓度从河流上游到下游均未呈现明显的区域变化趋势。 该研究综合流域水体三维荧光光谱特征和紫外-可见光谱吸收特征, 示踪了店埠河农业小流域水体特定时段DOM的组分来源, 分析了其时空分布特征, 从而为该流域的生态环境综合治理提供可靠的理论依据。

汞是一种具有显著积累效应和遗传毒性的重金属元素, 对人体健康和生态环境危害极大。 我国水环境中汞污染严重, 开发快速、 高效、 经济的汞离子检测方法可以有效推动水环境中汞污染的源头治理。 该研究创新性地提出利用硫胺素-三维荧光法来实现水环境中汞离子的检测。 研究结果表明, 硫胺素与汞离子发生氧化还原反应前后, 其荧光峰的位置与数量发生了明显改变, 可作为检测水中汞离子的特征性信号。 此外, 在利用该法检测水中汞离子时, 硫胺素的浓度不宜过高, 体系应保持碱性环境, 反应温度与反应时间可由一级动力学模型来优化, 以期降低检测成本, 提高检测效率。 在指定的检测条件（硫胺素浓度为10 μmol·L-1、 pH为9.7、 反应时间为120 min、 温度为20 ℃）下, 汞离子浓度的线性检测范围为4～15 μmol·L-1。 硫胺素-三维荧光法与传统的水中汞离子的检测方法相比具有突出优势和良好的实际应用价值, 可以有效助力水环境中汞污染的源头监管, 极大提升环境执法效率。

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%。

我国苏南地区印染企业众多, 废水排放量巨大, 加强印染废水的处理排放管理势在必行。 三维荧光光谱测量快速、 灵敏, 能够反映水中有机物组成, 可以弥补化学需氧量等传统有机物指标评价水质的不足。 采集了我国苏南某市5家运行良好、 达标排放的印染废水处理厂的排水, 进行了总有机碳、 UV254和三维荧光光谱的测定, 来表征其中的溶解性有机物。 5家污水处理厂排水的单位总有机碳的UV254为1.42～4.29 L·mg-1·m-1, 表明其有机物芳香化水平与城市污水处理排水接近。 各个污水处理厂印染废水处理排水的三维荧光光谱有所差别, 但主要都有两个荧光峰, 其激发波长和发射波长分别位于230/340和275/320 nm处, 校正归一化后的荧光强度远高于城市污水处理排水, 而腐殖化指数远低于城市污水处理排水, 表明印染废水处理排水相比城市污水处理排水存在较大比例的非腐殖类芳香族化合物。 通过测定周边印染企业常用染料的三维荧光光谱可以推测印染废水处理排水的荧光信号可能来自于残留的染料及其未完全降解的中间产物, 可能会对水环境造成一定的危害。 研究显示三维荧光光谱在显示水体有机物污染组成上具有一定优势。

利用吸收光谱和三维荧光光谱-平行因子分析(EEM-PARAFAC) 方法, 研究了海洋中常见的四种硅藻、 两种甲藻藻液的CDOM的光吸收性质和三维荧光特性。 吸收光谱测定结果表明在六种藻类生长过程中, 旋链角毛藻、 三角褐指藻、 小新月菱形藻和盐生舟行藻四种硅藻以及东海原甲藻和裸甲藻两种甲藻的α(355)分别增加了64.8%, 242.3%, 535.1%, 903.2%, 836.0%和196.4%。 表征CDOM分子量和类腐殖质组分比例的Sg呈下降趋势, 分别降低了8.7%, 34.6%, 39.4%, 53.1%, 46.7%和35.7%。 在三维荧光光谱测定中检测出小新月菱形藻和盐生舟行藻两种硅藻藻滤液的CDOM包括三种类腐殖质组分和一种类蛋白质组分: C1(Ex/Em=350(260) nm/450 nm), C2(Ex/Em=260(430) nm/525 nm), C3(Ex/Em=325 nm/400 nm)和C4(Ex/Em=275 nm/325 nm)。 随着藻类的生长, 小新月菱形藻和盐生舟行藻藻滤液的CDOM荧光强度分别增加了8.68, 24.9, 7.19, 39.8倍和2.64, 0.07, 4.39, 12.4倍, 经过相关性分析表明各组分的荧光强度与α(355)和Sg之间均表现为良好的相关性。 综上研究结果表明不论是甲藻还是硅藻, 在生长过程中藻类内源所产生的CDOM的含量及分子量均表现为上升趋势, 且硅藻类相比甲藻增长变化更为明显。 在CDOM的组成中, 类腐殖质成分随藻类生长所占比重同步增大, 类蛋白质组分增长缓慢。 另外通过该研究可以发现不同种类的藻所产生的CDOM的吸收光谱有明显差异, 由三维荧光光谱得到的不同荧光组分强度也因藻种不同而不同, 说明不同藻种在天然海水中对CDOM的贡献有很大区别。

利用荧光激发-发射矩阵光谱(EEMs)技术研究了海南省陵水县新村湾海草生态系中溶解有机物(DOM)的三维荧光光谱特征。EEMs谱图表明, 海草生态系中的DOM存在3个类腐殖质荧光A(230/430 nm), C(350/440 nm), M(300/380～400 nm)和2个类蛋白质荧光R(230/355～375 nm), N(280～300/365～380 nm)。各荧光信号平均荧光强度的变化规律为R(0.304 RU)>A(0.194 RU)>M(0.147 RU)>N(0.125 RU)>C(0.051 RU)。类腐殖质荧光和类蛋白质荧光均表现为离岸近含量高;2个明显的低值区, 分别出现在该湾海草茂密的西南部和东南部。各荧光信号在该湾的分布特征表明, 控制类腐殖质荧光和类蛋白质荧光的动力学因素相同。荧光N与M和R之间以及荧光C与A之间具有较好的正相关关系, 表明这些荧光具有相同的来源属性及地化行为。较高的荧光指数FI(均值为1.81)、较高的自生源指标BIX(均值为1.44)和较低的腐殖化指标HIX(HIXa和HIXb的均值分别为4.2和0.81)均表明海草生态系中DOM的强自生来源贡献和弱腐殖化程度。研究结果表明, 海草生态系中DOM具有非常独特的荧光特征, 不同于其他水生生态系。

以发展近岸海域富营养化快速评价技术为目的，基于有色溶解有机物（CDOM）吸收光谱及三维荧光光谱（EEMs），结合溶氧(DO)、叶绿素a（Chl a）、浊度（Tur）等可现场检测的参数，利用平行因子分析（PARAFAC）、偏最小二乘回归（PLSR）等化学计量学方法，建立了近岸海域富营养化快速评价技术。利用PARAFAC解析CDOM的EEMs，得到3个荧光组分，即类腐殖质C1、C2及类蛋白质C3；选择a220、a254、a270、a350、C1、C2、C3等CDOM光学参数以及DO、Chl a、Tur等水质参数，考察其与总磷（TP）、总氮（TN）的相关性，在此基础上，以富营养化指数(TRIX)方法为参照，利用PLSR建立了富营养化评价模型，其训练集和验证集的相关系数分别为0.9721和0.9827，验证集的分类准确率为89.0%。结果表明以CDOM光学参数代替TP、TN发展近海富营养化快速评价技术具有可行性。

利用三维荧光光谱研究了大沽河流域地下水中溶解有机物(DOM)的荧光组分类型及其空间分布与变化, 并与地表河水进行了比较。 基于平行因子分析模型在大沽河流域识别出2个类腐殖质组分及1个类蛋白质组分。 研究区域上、 下游地下水中各荧光组分的强度低, 但中游区域呈现高值区, 与人为污染的下渗输入以及为阻止海水入侵而修建的截渗墙对地下水循环模式的改变有关。 地下水DOM以类腐殖质组分为主, 类蛋白质组分平均只占15%, 不及地表河水的一半, 其新鲜度指数(β/α)也低于河水但荧光指数(FI)、 腐殖化指数(HIX)高于河水, 表明地下水DOM的腐殖化程度更高, 与地下水停留时间长、 微生物降解作用的贡献更为显著有关。 本研究揭示, 三维荧光指纹技术可区分天然背景及人为活动对地下水中DOM含量及性质的影响, 是研究地下水环境中的碳循环过程及其影响因素的有用工具。

利用三维荧光光谱-平行因子分析(EEM-PARAFAC)技术, 研究了2009年春、 秋季厦门湾有色溶解有机物(CDOM)的荧光组分特征, 并利用主成分分析方法对影响该海域CDOM分布的主控因素及其相对贡献进行了解析。 厦门湾CDOM中含有3个类腐殖质荧光组分(C1, C2和C5)及2个类蛋白质组分(C3和C4)。 所有类腐殖质组分之间、 以及所有类蛋白质组分之间均有很好的相关性, 表明同一类型的荧光组分具有相似的来源属性及地球化学行为。 类腐殖质组分的高值区分布在九龙江河口区上游, 而类蛋白质组分的高值区则位于厦门西海域北部, 低值区都位于东部的厦金海域。 排污口附近的局部海域存在污染输入的贡献。 对荧光组分进行的主成分分析结果显示, 陆源径流输入是厦门湾水体中CDOM荧光组分的主要来源; 海区现场生物活动的贡献不大。 这表明对PARAFAC识别的荧光组分进行主成分分析, 有助于实现对水环境中CDOM的不同来源及其相对贡献率的定量解析。