文章首先介绍了紫外发光二极管(UV LED)器件以及目前研发阶段遇到的技术瓶颈。然后分析了UV LED对水中有害微生物的灭活机理。在微生物灭活过程中，详细考察了UV LED的不同应用类型，包括UV LED在不同类型UV反应器中的应用、基于UV LED的高级氧化工艺(AOPs)、不同波长UV LED的组合使用等。最后，总结了深紫外发光二极管在饮用水杀菌消毒领域存在的问题并进行了展望。

为了实现对饮用水中细菌快速定量检测, 建立了基于流式细胞术的高通量定量检测系统。对该系统的信号采集系统、绝对计数方法以及在细菌检测方面的综合性能进行了研究和评估。根据饮用水中典型细菌的荧光染料及其荧光激发光谱特点, 介绍了流式细胞术快速检测细菌的工作原理及硬件平台。通过简化细菌的荧光信号强度计算模型, 评估了信号采集系统的信噪比。建立了基于流量传感器的绝对计数方法, 将检测系统与以参比微球法进行绝对计数的BD LSR Fortessa进行了一系列对比实验和统计学分析, 测试和评估了检测系统在饮用水中细菌检测的综合性能水平。实验结果表明: 对于4 MHz宽带的荧光信号, 信号采集系统的信噪比可达86 dB; 对于一定浓度内的微球, 系统对它测试cv值低于2%, 与BD仪器测试结果的相关系数高达0.999 6, 对等比例稀释的微球测试线性度高达0.999 8, 最低可检测细菌浓度可达102 particles/mL; 系统对E.coli和S.aureus含量测试结果的cv值均低于7%, 与BD仪器测试结果的相关系数均高于0.995 9, 两仪器测试结果的相对误差均在4%以内。该仪器能实现对细菌的高精度快速定量检测, 为饮用水中典型细菌快速检测仪器的开发提供了参考。

总α放射性活度检测可避免繁琐的低水平放射性核素鉴定, 是饮用水放射性水平的初筛监测手段之一。 近年调查显示： 我国饮用水总α放射性活度稳定保持在较低水平。 低水平的α放射性活度检测需要高质量实验室质量控制, 以保证检测结果的准确度。 实验采用低本底α/β仪, 以α闪烁体为探测器, 吸收样品核辐射α粒子能量, 使有机闪烁体分子ZnS(Ag)发射荧光, 通过统计单位时间内的闪烁体发射荧光数目正比于核衰变数目, 由此感应有效厚度样品层辐射的α粒子计数信号, 对饮用水中总α放射性活度浓度检测。 首先, 实验以表面α粒子发射率为2～20粒子数/s(2π 方向)的电镀源测定本底α计数效率(CPS)。 然后, 在最优化的本底值、 工作源效率、 串道率等参数条件下, 运用标准曲线法测定标准源α计数效率(ε)。 最后, 结合CPS和ε代值计算质控样总α体积活度、 计数平均值(或总体积活度平均值)和标准偏差s, 并以±s为上辅助线(upper auxiliary limit, UAL)和下辅助线(lower auxiliary limit, LAL), 以±2s为上警告线(upper warning limit, UWL)和下警告线(lower warning limit, LWL), 以±3s为上控制线(upper control limit, UCL)和下控制线(lower control limit, LCL), 绘制本底α计数、 标准源α计数和质控水样总α体积活度的均数质量控制图, 以考察CPS和ε对质控水样总α体积活度测量质量控制的影响。 数据结果显示, 以电镀239Pu为工作源, 以241Am为标准源, 样品放置时间24 h, 测量时间60 min, 铺样厚度4 mg·cm-2时, 本底α计数率CPS=0.000 37 s-1, 工作源探测效率η=94.35%, α→β串道率Fα=0.41%, 标准源计数效率ε=7.25%(Y=1.323X-5.285, R2=0.991 5)。 统计结果显示： 40份空盘本底α计数的受控范围为-1.61~5.82, 33个点落在UAL与LAL范围内, 2个点落在UWL与UAL范围内, 3个点落在LWL与LAL范围内, 2个点落在UWL与UCL之间, 本底测量受控良好; 24份标准源α计数的受控范围523.7~644.3, 14个点落在UAL与LAL范围内, 5个点落在UWL与UAL范围内, 5个点落在LWL与LAL范围内, 标准源测量受控良好; 20份质控水样总α体积活度受控范围为0.007 91~0.057 86 Bq·L-1, 11个点在UAL与LAL范围内, 5个点在UWL与UAL范围内, 3 个点在LWL与LAL范围内, 1个点在LWL与LCL之间, 质控水样测量实验室质量控制良好。 因此, 以α闪烁探测器对低水平α放射性计数测量时, 控制α本底计数和标准源计数效率, 这两个α统计计数中的主要不确定度来源, 可以实现水样中总α放射性活度检测的有效实验室质量控制。

以轻质溶剂辛醇为萃取剂, 建立了分散液液微萃取-石墨炉原子吸收光谱分析法(LDS-DLLME-GFAAS), 并应用于生活用水中痕量Pb及Cd的测定。 在分散液液微萃取(DLLME)中, 以二乙基二硫代氨基甲酸盐(DDTC)为螯合剂, 用微量注射器将辛醇和甲醇的混合溶液快速注入到样品溶液中发生雾化分散现象, Pb2+和Cd2+与DDTC的络合物被萃取到辛醇微滴中。 离心分离后, 以GFAAS测定萃取至上层辛醇相中的分析物。 实验考察了萃取剂种类和体积、 分散剂种类和体积、 pH、 DDTC浓度、 萃取时间等影响萃取效率的实验参数。 在最优实验条件下, Pb和Cd的检出限分别为0.15和0.03 μg·L-1, 富集倍数分别为87和48, 具有良好的线性和精密度。 该分析方法优势在于操作简便, 快速, 低成本, 高富集倍数, 萃取剂用量少, 已成功应用于自来水、 饮用水和南湖水中痕量Pb和Cd的检测。

搭建的水体细菌微生物多波长透射光谱快速测量实验系统, 实验获取了肺炎克雷伯菌、 金黄色葡萄球菌和大肠杆菌在不同浓度下220～900 nm范围内的多波长透射光谱, 研究建立了三种细菌基于不同波长点及全光谱波段的浓度校准曲线, 计算了肺炎克雷伯菌、 金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的检测限, 并与紫外-可见分光光度计测量分析结果进行了对比。 结果表明, 实验系统与紫外-可见分光光度计测量光谱线性相关系数在0.999 8以上, 具有非常好的一致性, 且30次光谱信号采集时间仅需15 s; 基于实验系统分析得到三种细菌在220, 258, 300, 350, 400, 450, 500和550 nm不同波长点以及全光谱波段的检测限结果均优于紫外-可见分光光度计, 且利用多波长透射光谱全光谱波段计算得到的细菌检测限均最低, 其中: 肺炎克雷伯菌、 金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的检测限分别为1.60×104, 1.06×104和1.16×104 cells·mL-1。 研究结果为进一步发展水体细菌微生物的多波长透射光谱快速定量检测技术提供了基础数据。

溶解性有机物的荧光组份由于受到金属离子的影响其荧光强度受到变化, 从而为溶解性有机物的定量分析带来挑战。 利用三维荧光结合平行因子分析方法研究了Cu(Ⅱ), Fe(Ⅲ), Ni(Ⅱ), Sr(Ⅱ), Hg(Ⅱ), K(Ⅰ), Mg(Ⅱ) 和Mn(Ⅱ)八个金属离子对典型溶解性有机物荧光组分的荧光猝灭作用, 五个水样来源各不相同。 实验表明水样被平行因子成功分解为三个荧光组分(色氨酸、 腐殖酸、 富里酸), 这三个荧光组份的荧光得分随着Fe(Ⅲ), Cu(Ⅱ), Hg (Ⅱ)和 Ni(Ⅱ)浓度的增加呈线性或指数下降。 在这四种离子中, Fe(Ⅲ)和Cu(Ⅱ)对腐殖酸和富里酸的荧光猝灭作用明显大于Hg (Ⅱ)和 Ni(Ⅱ)。 Sr(Ⅱ), K(Ⅰ), Mg(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)基本没有影响。 其中Fe(Ⅲ)对于三个荧光组分的荧光猝灭都有较好的分析。 由于只考虑Fe(Ⅲ) 和Cu(Ⅱ)的影响, 对于含有金属离子的饮用水的荧光强度的校正曲线也被建立。 不同来源的饮用水中荧光组份的荧光得分的衰减规律也是不一样的, 因此水样的来源也是测量时需要考虑的因素。 实验证实了金属离子对溶解性有机物的荧光猝灭作用以及其他因素比如Fe(Ⅲ) 和Cu(Ⅱ)和溶解性有机物本身的多样性都是我们荧光测量典型荧光组份时需要考虑的。 表明三维荧光结合平行因子分析方法是一个有效的准确测量溶解性有机物荧光组份的工具。

苯乙烯对人体健康和自然环境具有极大的危害, 是国际卫生组织确认的致癌物。 历年来, 苯乙烯泄漏事故频繁发生, 对饮用水安全造成了极大的隐患。 对水中苯乙烯污染进行快速监测并采取切实有效的应急处理措施有助于保障饮用水的卫生安全。 利用三维荧光光谱技术对苯乙烯的水溶液进行分析, 发现在Ex255/Em305处有一个明显的荧光峰, 荧光峰值与苯乙烯溶液浓度呈现良好的线性相关, 相关系数r达到了0.995 7, 其颜色随浓度增加而变深。 苯乙烯中共有4个共轭π键, 其中苯环具有大的共轭π键结构, 乙烯基上同样具有一个共轭π键。 同时, 苯乙烯的分子结构中, 碳原子处于同一个平面上, 属于平面构型且具有一定的刚性, 符合强荧光物质所具有的特征。 因此通过三维荧光扫描结合苯乙烯的荧光特性, 能快速测定水体中苯乙烯浓度及判断水体的污染程度。 粉末活性炭可以有效地吸附去除水中的苯乙烯。 当苯乙烯在源水中的浓度达到《生活饮用水卫生标准》规定的限值0.02 mg·L-1时, 采用180目的粉末活性炭, 投加量为15 mg·L-1时, 苯乙烯浓度可降至0.001 mg·L-1, 去除率达95.5%。

对辽河流域水库饮用水源地水样中重金属元素(Cr, As, Cd, Cu, Zn和Pb)浓度进行了调查研究, 并采用美国环保署推荐的健康风险评价模型对水库中重金属污染做了初步的健康风险评价。 结果表明, 辽河流域5个水库中6种重金属元素Cr, Cu, Zn, As, Cd和Pb的平均浓度分别为3.36, 1.03, 2.70, 1.23, 0.02, 0.03 μg·L-1, 均未超过国家生活饮用水卫生标准（GB 5749—2006）。 健康风险评价结果表明, 研究区域的金属致癌风险较高, 致癌重金属的健康风险大小依次为Cr>As>Cd。 其中, 水库中Cr元素致癌风险最高, 成人和儿童分别为4.50×10-5~7.53×10-5和6.29×10-5~1.05×10-4 a-1。 非致癌重金属引起的健康风险值为10-13~10-10 a-1, 均在国际辐射防护委员会(ICRP)所规定的可接受范围内, 健康风险大小为Cu>Zn>Pb。 重金属总健康风险成人为1.07×10-4~1.72×10-4 a-1, 儿童为1.49×10-4~2.40×10-4 a-1, 均超过ICRP推荐的5×10-5 a-1。 辽河流域饮用水源地致癌重金属的风险明显高于非致癌重金属。

采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法同时测定饮用水中的镉、 铬、 铅、 锌、 铜、 镍6种元素的含量。 对仪器工作参数进行了优化, 选取45Sc, 72Ge, 115In, 209Bi作为测定元素的内标元素, 有效克服了基体效应、 接口效应及仪器波动所产生的影响, 利用八极杆碰撞/反应池技术, 消除多原子离子对待测元素的干扰。 测定元素校准曲线的相关系数都在0.999 7以上, 各元素的检出限在0.70～77.0 ng·L-1之间 , 相对标准偏差(RSD)介于0.47%～1.69%之间。 测定标准参考物GBW08607, 测定值均在标准值范围内。 对４个地区的饮用水进行了检测, 样品加标回收率为92%～108%。 该方法具有简便、 快速、 准确、 稳定的特点, 可作为饮用水中痕量元素检测的可靠方法

为了更有效地检测目前饮用水的质量，对市面上常用的几种品牌的饮用水以及实验室提供的蒸馏水等样品的喇曼谱进行了研究。运用激光喇曼光谱的分析方法，测量了它们的激光喇曼谱在伸缩振动喇曼峰处的半峰全宽，同时也测量了样品在伸缩振动喇曼峰处的退偏振度。结果表明，伸缩振动喇曼峰的半峰全宽随水样品中含有的微量矿物质浓度的增加而减少，而伸缩振动喇曼峰处退偏振度随水样品中含有的微量矿物质浓度增加而增加。该结果为鉴定饮用水的质量提供了一种简单而有效的方法。