环境水的三维荧光检测“三部曲”

引言

不同种类，不同浓度物质的三维荧光信息不同，三维荧光光谱同时表征了发射波长、激发波长、荧光强度三者的关系，信息含量丰富。

天然湖泊、河水、生活用水等中含有多种可溶性有机物，在紫外区具有较强的荧光，因此使用三维荧光可以表征这些可溶性有机物的变化。

   本文全面介绍了环境水的三维荧光分析步骤，包括三维荧光的采集、光谱校正、平行因子分析。

1. 三维荧光采集

收集自来水厂各净水工序中的水样品，用0.45μm的滤膜过滤以去除不可溶有机物，使用日立荧光分光光度计F-7100采集三维荧光光谱。

图1自来水厂各净水工序

在获得的各净水工序中的三维荧光光谱中，用红点标注出所有特征峰，从而直观判断激发/发射峰的变化。

图2 各工序的三维荧光光谱

2. 三维荧光校正

三维荧光信息含量丰富，能够全面描述样品信息，但水样中的胶体等物质在激发光照射时容易产生散射光，因此需要进行三维荧光校正。日立荧光操作软件配备光谱校正功能，能够满足环境水的检测需求。

荧光强度标准化

样品的荧光强度会受光源亮度变化、室温变化等的影响，使用日立荧光软件FL Solutions中的“荧光强度标准化功能”可以快速进行荧光强度标准化。通过测定标准品的荧光强度，将样品的荧光强度换算为与标准品相对的荧光强度，从而校正荧光强度的时间变化和日间差变化。

测定水中的腐殖质时，以硫酸奎宁为基准。本实例中选用1μg/L的硫酸奎宁作为标准品，对自来水厂各净水工序的三维荧光光谱进行荧光强度标准化。

有关拉曼散射校正、内滤效应校正的详细信息请点击：

https://www.instrument.com.cn/netshow/sh102446/s929202.htm

  瑞利散射的去除

日立多变量分析软件3D SpectAlyze具有光谱预处理功能，可以直接在光谱中去除不需要的瑞利散射。

 图3 瑞利散射的去除

3. 三维荧光的多变量解析

各个净水处理工序中样品的三维荧光光谱经过校正后，可以通过日立多变量分析软件     3D SpectAlyze实现谱图分离、主成分分析等。

使用多变量分析软件中的平行因子分析（PARAFAC）功能，谱图分离为3种成分，通过查阅相关文献，确定了三种成分是富啡酸、腐殖酸和蛋白质。

图4 原水的平行因子分析

对自来水厂其他净水工序的三维荧光光谱进行平行因子分析，得到每种成分在不同工序中的得分值，通过得分值计算出各成分在不同工序中的残存率。

图5 不同净水工序中成分的残存率

结果表明，从沉淀过滤到活性炭处理工序，富啡酸和腐殖酸残存率开始减少。从活性炭处理到净水池，蛋白质残存率开始大幅减少。

  总结

三维荧光技术由于灵敏度高、操作简单，在环境水检测方面得到广泛应用。日立为环境水监测用户可提供硬件和软件的系统性方案，包括三维荧光采集、校正、解析，可以大大提高用户的科研效率。

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