三維熒光光譜技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

　　摘 要：由于光譜儀器的迅速發(fā)展，光譜技術(shù)也被廣泛的應(yīng)用。三維熒光光譜分析技術(shù)作為一種高效鑒別檢測(cè)手段，以其鑒定速度快的優(yōu)勢(shì)在諸多應(yīng)用領(lǐng)域受到了普遍重視。本文分析總結(jié)了三維熒光光譜分析技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，并進(jìn)行展望。

　　關(guān)鍵詞：三維熒光光譜;多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用

　　隨著時(shí)代科技的迅速發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題也隨之而來(lái)，污染物種類越來(lái)越多，嚴(yán)重危害著人類的健康。如何快速準(zhǔn)確地確認(rèn)污染物質(zhì)種類是各行各業(yè)分析者追求的目標(biāo)。三維熒光光譜(three-dimensional fluorescence spectroscopy)技術(shù)具有簡(jiǎn)便、快速、靈敏和選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，可用于鑒定和測(cè)定有機(jī)物、無(wú)機(jī)物、藥物、生物物質(zhì)等，目前廣泛應(yīng)用于環(huán)保、生物、醫(yī)學(xué)、工業(yè)、化學(xué)等領(lǐng)域。

　　1、三維熒光技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

　　1.1水質(zhì)檢測(cè)

　　當(dāng)前環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)峻，其中水質(zhì)安全涉及人類日常生活的方方面面，因此水質(zhì)檢測(cè)成為相關(guān)研究人員關(guān)注的重點(diǎn)。三維熒光分析可用于檢測(cè)水中各類有機(jī)物質(zhì)，根據(jù)水質(zhì)用途主要應(yīng)用與生活飲用水、生活污水以及地表水水質(zhì)檢測(cè)方面。

　　(1)生活飲用水

　　目前，三維熒光光譜被廣泛應(yīng)用于飲用水處理和測(cè)試領(lǐng)域。陳方等[1]提出利用三維熒光光譜技術(shù)結(jié)合AVM分類模型和PARAFAC特征提取方法，通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定區(qū)分自來(lái)水樣品和有機(jī)物自來(lái)水溶液。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法可以有效檢測(cè)飲用水中有機(jī)污染物的特征，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

　　(2)生活污水

　　隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和城市人口的迅速增長(zhǎng)，大量城市污水進(jìn)入的城市污水處理廠的監(jiān)測(cè)和處理水平已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，出水的質(zhì)量和檢測(cè)的效率會(huì)直接影響到一個(gè)污水處理廠的污水處理能力[2]。傳統(tǒng)分析手段需要工作人員人工采集水樣在實(shí)驗(yàn)室完成，耗時(shí)耗力，且無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水質(zhì)變化情況。目前有總有機(jī)碳(TOC)、總磷(TP)、總氮(TN)等的在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，但該類設(shè)備一般體積龐大、成本昂貴，且只能監(jiān)測(cè)一種指標(biāo)，難以被廣泛應(yīng)用于污水處理廠[3]。三維熒光光譜分析法可以有效應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題，完成多種水質(zhì)指標(biāo)的同時(shí)在線分析，很好地反映污水處理過(guò)程中污染物的種類、性質(zhì)和數(shù)量等信息。

　　帥磊等[4]將三維熒光光譜法與平行因子法和熒光區(qū)域積分法相結(jié)合，對(duì)城市生活污水廠各構(gòu)筑物出水進(jìn)行快速表征和分析，從而能夠解析污水中的熒光物質(zhì)，獲得各熒光物質(zhì)的三維熒光光譜圖及相應(yīng)的得分和積分值。施俊[2]利用三維熒光光譜技術(shù)研究了各組分突光強(qiáng)度與常規(guī)有機(jī)物污染指標(biāo)間的相關(guān)性，以期為建立基于三維熒光光譜的水質(zhì)快速監(jiān)測(cè)方法提供理論基礎(chǔ)。

　　(3)地表水

　　對(duì)于地表水中的污染物，盧松等[5]應(yīng)用三維熒光光譜技術(shù)(3D-EEM)，研究了長(zhǎng)壽湖和大洪海兩大湖水水體中溶解性有機(jī)質(zhì)(DOM)的熒光光譜特征，討論沿岸生態(tài)系統(tǒng)差異對(duì)兩個(gè)湖泊中DOM性質(zhì)及來(lái)源的影響。結(jié)果表明，人為干擾是導(dǎo)致兩個(gè)水體DOM地球化學(xué)特征存在明顯差異的重要原因。李曉潔等[6]利用三維熒光光譜與平行因子結(jié)合分析，對(duì)沈陽(yáng)市5條黑臭水體進(jìn)行分析，探究黑臭水體污染情況以及污染來(lái)源。結(jié)果表明DOM主要由類蛋白熒光組分、類富里酸熒光組分和類腐殖酸熒光成分組成。陸源有機(jī)質(zhì)組分對(duì)黑臭水體DOM的貢獻(xiàn)率高達(dá)61.2%，微生物內(nèi)源組分對(duì)黑臭水體DOM的貢獻(xiàn)率為25.5%。

　　1.2石油檢測(cè)

　　近年來(lái)，在地質(zhì)、化工、冶金、化學(xué)等方面，三維熒光光譜技術(shù)也逐漸廣泛應(yīng)用，尤其在石油領(lǐng)域也發(fā)揮愈發(fā)重要的作用，其主要應(yīng)用于煉油廢水和檢測(cè)與識(shí)別兩個(gè)方面。

　　在煉油廢水方面，楊海涯等[7]利用三維熒光光譜技術(shù)快速測(cè)定冶金和石油行業(yè)排放污水中的礦物油含量。田廣軍等[8]提取多種礦物油樣品的熒光光譜分解和計(jì)算奇異值，并將所得數(shù)據(jù)進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)三維光譜反演重構(gòu)，對(duì)污染油模式的識(shí)別和礦物油熒光信息文庫(kù)的建設(shè)有著重要意義。王玉田[9]通過(guò)繪制包絡(luò)線和模式識(shí)別神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，利用三維熒光光譜技術(shù)提高了礦物油的鑒別效率。以上工作都為三維熒光光譜技術(shù)在煉油廢水分析方向奠定了基礎(chǔ)。

　　在石油的檢測(cè)和鑒別中，丁志群等[10]建立不同類型食用油的三維等高熒光光譜，降維處理后，發(fā)現(xiàn)不同類型食用油的三維熒光等高線譜具有典型的指紋特征，可用于鑒別食用油的品種。周艷蕾等[11]通過(guò)平行因子分析法和聚類分析法測(cè)定六種原油和三種燃料油的三維熒光光譜，以確定實(shí)驗(yàn)油熒光組分的最佳數(shù)量并提取各類實(shí)驗(yàn)油品的熒光特征，建立熒光標(biāo)準(zhǔn)光譜庫(kù)，為快速鑒別溢油污染物提供技術(shù)支持。尹曉楠[12]通過(guò)油品模擬風(fēng)化實(shí)驗(yàn)分析了風(fēng)化過(guò)程對(duì)油種鑒別結(jié)果的影響，建立了不同油品的三維熒光光譜標(biāo)準(zhǔn)特征譜，并成功應(yīng)用其進(jìn)行了油種識(shí)別研究。張菡潔[13]將三維熒光光譜技術(shù)與平行因子分析法相結(jié)合對(duì)水中礦物油的熒光光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，實(shí)現(xiàn)了其混合溶液中主要礦物油成分的確定和各主要成分的濃度預(yù)測(cè)。

　　1.3農(nóng)產(chǎn)品檢測(cè)

　　(1)茶葉

　　茶葉是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物，在泡茶和飲茶的之余，人們更希望可以明確其主要成分及含量的具體指標(biāo)，以發(fā)揮茶葉的最大功效。三維熒光光譜技術(shù)與國(guó)內(nèi)常使用的比色法相比具有較高的靈敏性和良好的選擇性，還能同時(shí)進(jìn)行多組分檢測(cè)，可以被更好的應(yīng)用于食品藥品及成分檢測(cè)等研究。研究學(xué)者張琪瑞[14]應(yīng)用三維熒光光譜技術(shù)結(jié)合熒光體積積分技術(shù)(Fluorescence regional integration， FRI)，對(duì)黃山毛峰和鐵觀音兩種茶葉進(jìn)行浸出液EEM的特性、浸出液中主要成分的定量分析、溫度對(duì)茶多酚浸出速率的影響三方面的分析研究，為快速檢測(cè)茶葉品質(zhì)成分分析和種類區(qū)分提供新方法，為開(kāi)發(fā)茶葉主要成分浸出動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)裝置提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

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