水環境中多環芳烴的三維熒光光譜分析方法探討

摘""要：多環芳烴這一有機化合物少量來源于自然，更主要來源于人類活動，普遍存在于水環境之中，對生態環境與人類健康有較大的危害。三維熒光光譜技術是一種基于熒光特性進行分析的方法，將它用于水環境中多環芳烴的檢測，在靈敏度、準確性和操作便捷性等方面均具有優勢。應不斷完善與提高三維熒光光譜技術，使其在水環境監測和保護中發揮更大的作用。

關鍵詞：多環芳烴""水環境""三維熒光光譜""靈敏度

中圖分類號：X83

Exploration"of"the"Three-Dimensional"Fluorescence"Spectroscopy"Analysis"Method"for"Polycyclic"Aromatic"Hydrocarbons"in"the"Water"Environment

SI"Changhong""LUO"Bingjun""LIU"Tingting

Liuzhou"Vocational"and"Technical"College，"Liuzhou，"Guangxi"Zhuang"Autonomous"Region，"545000"China

Abstract："Polycyclic"aromatic"hydrocarbons"are"organic"compounds"that"come"from"nature"in"small"quanitities"and"mainly"from"human"activities，"andnbsp;they"are"commonly"found"in"the"water"environment"and"do"great"harm"to"the"ecological"environment"and"human"health."Three-dimensional"fluorescence"spectroscopy"technology"is"an"analytical"method"based"on"fluorescence"characteristics，"and"when"applying"it"to"the"detection"of"polycyclic"aromatic"hydrocarbons"in"the"water"environments，"it"has"advantages"in"sensitivity，"accuracy"and"the"ease"of"operation."We"should"continuously"improve"and"enhance"three-dimensional"fluorescence"spectroscopy"technology"to"play"its"greater"role"in"the"monitoring"and"protection"of"the"water"environment.

Key"Words："Polycyclic"aromatic"hydrocarbons;"Water"environment;"Three-dimensional"fluorescence"spectroscopy;"Sensitivity

水環境污染一直是全球關注的重點環境問題，其中多環芳烴作為一類普遍存在的有機污染物，因其對環境和人類健康的潛在危害而受到廣泛關注。多環芳烴的穩定性和生物積累性，使得對其在水環境中的檢測與分析成為環境科學領域的重要課題。現有的多環芳烴檢測方法多種多樣，但普遍存在靈敏度不足、操作復雜或無法有效區分復雜樣品等問題。三維熒光光譜分析方法對于水環境中的多環芳烴檢測，有較高的靈敏度，操作也比較簡便，在水環境監測中展示出巨大的潛力。

1""多環芳烴對環境的影響及檢測

1.1""多環芳烴在水環境中的分布和來源

多環芳烴作為一類由多個芳香環結構組成的有機化合物，其在水環境中的廣泛存在引起了人們的關注。這些化合物主要來源于人類活動，如燃煤、石油的加工和使用，以及工業生產過程中化石燃料的不完全燃燒。多環芳烴的自然來源渠道很多，例如：森林火災和火山活動，雖然也會產生多環芳烴，但其在總量上相對較少。在水環境中，多環芳烴主要通過大氣沉降、工業廢水排放和地表徑流進入。這些物質在水體中不易降解，容易在沉積物中積累，并通過食物鏈對水生生物造成影響。由于親脂性和低溶解度，多環芳烴在水環境中往往以吸附于懸浮顆粒物或沉積物的形式存在。此外，城市化和工業化進程加劇了多環芳烴在水環境中的積累，如此一來，監控這類物質就變得尤為重要。

1.2""多環芳烴對環境和健康的潛在危害

多環芳烴對環境和人類健康的潛在危害不容忽視。在環境中，因為多環芳烴具有穩定性和生物蓄積性，這導致它能夠在食物鏈中累積，最終對高級生物的健康造成影響。一些多環芳烴化合物已被證實具有致癌性和突變性，對水生生物的生長、繁殖和免疫系統造成負面影響。對人類而言，長期暴露于含多環芳烴的環境中可能會增加患癌癥的風險。例如：某些多環芳烴被認為是肺癌和皮膚癌的潛在致病因素。此外，這些污染物還可能影響神經系統、免疫系統和生殖系統的正常功能[1]。因此，了解多環芳烴在水環境中的行為和其對生態系統及人類健康的影響，是環境監測和風險評估中的關鍵一環。

1.3""現有檢測方法的局限性

盡管多環芳烴的檢測技術在過去幾十年里取得了顯著進步，但現有的方法仍存在一些局限性。傳統的檢測方法，如氣相色譜-質譜聯用和高效液相色譜，雖然在靈敏度和準確度方面表現出色，但往往需要復雜的樣品前處理和昂貴的設備，整體來說效益不高。此外，這些方法的操作過程繁瑣，耗時較長，不能實現現場快速檢測。在處理復雜的水樣時，這些傳統方法可能受到樣品矩陣效應的影響，導致檢測結果的準確性受損。針對多環芳烴的特定分析，尤其是在低濃度水平下的檢測，這些方法的靈敏度和準確性仍然有待提高。因此，使用一種快速、高效、成本較低且具有較高靈敏度和準確性的新型檢測方法，對于水環境中多環芳烴的監控至關重要。

2""三維熒光光譜分析技術

2.1""三維熒光光譜技術的原理

三維熒光光譜技術是一種基于熒光特性進行分析的方法，它能夠提供關于分子結構和環境的詳細信息。這項技術通過測定樣品在不同激發波長下的熒光強度隨發射波長的變化來構建三維熒光光譜。在三維熒光光譜中，一個軸代表激發波長，另一個軸表示發射波長，而第三個軸則是熒光強度。每種化合物的熒光特性，包括熒光峰的位置、強度和形狀，都是獨特的，可以用來識別和量化特定的分子。例如：多環芳烴在特定的激發和發射波長下會顯示出特有的熒光峰。這種技術的關鍵在于它可以同時提供有關化合物濃度和結構的信息，這對于混合樣品中多種化合物的檢測尤其有用。此外，三維熒光光譜能夠揭示樣品中化合物之間的相互作用，如能量的轉移或猝滅現象，這對于理解復雜的生物或環境樣品中的分子行為意義重大。

2.2""操作步驟和技術要點

操作三維熒光光譜分析技術的關鍵在于精確控制、系統地變化激發和發射波長，以及確保數據的準確采集和處理。首先，需要準備樣品，使其適合熒光測量，包括適當的稀釋和pH調節，以避免自然吸收和熒光猝滅現象的發生。其次，設置光譜儀，包括選擇合適的激發波長范圍和分辨率。在測量過程中，逐漸改變激發波長，并記錄每個激發波長下的熒光發射光譜。收集到的數據隨后被轉化為三維數據矩陣，進而通過專業軟件進行處理和分析。在數據處理過程中，重要的是消除可能影響結果的干擾因素，如儀器的瑞利散射峰和熒光背景[2]。最后，利用三維熒光光譜的解析工具，如峰擬合、分解和多維數據分析方法，來識別和量化樣品中的多環芳烴。此過程需要對數據進行細致的解讀，特別是在處理復雜的環境樣品時，才能夠檢測出多環芳烴的濃度和種類。

在進行多環芳烴的三維熒光光譜分析時，首先需要選擇合適的熒光光譜設備。在種類眾多的設備之中，推薦使用具有高靈敏度和寬動態范圍的熒光光譜儀，這對于檢測低濃度水平下的多環芳烴效果顯著。在實驗操作過程中，樣品的準備是一個關鍵步驟。其次，需要對水樣進行過濾處理，通常使用0.45"μm的濾膜進行過濾，以去除懸浮顆粒物和其他大分子雜質。過濾后的樣品需在4"℃條件下儲存，并盡快進行測試。在熒光光譜分析之前，必須對儀器進行校準，以確保數據的準確性。校準過程包括波長校準和強度校準，確保儀器的測量結果能夠真實反映樣品的熒光特性。測試時，應當注意對樣品的激發波長和發射波長進行選擇，因為這直接影響到熒光信號的強度和分辨率。多環芳烴的激發波長通常在200～300"nm之間，而發射波長則在300～500"nm之間變化[3]。在操作過程中，還需要注意控制樣品的pH值，因為pH值的不同會影響到多環芳烴的熒光特性。通常情況下，建議在中性或微酸性條件下進行測試，以保持多環芳烴的穩定性。最后，對于實驗結果的解析，建議采用多維數據處理技術，如平行因子分析，這可以有效分離和識別出復雜樣品中的多環芳烴成分。

2.3"優勢和潛在應用

三維熒光光譜分析技術在多環芳烴檢測方面提供了許多優勢，其中，最大的優點是高靈敏度和高選擇性，能夠在復雜的環境樣品中準確地識別和量化多環芳烴。這種技術比傳統的色譜方法更快速，成本更低，且操作更簡便。三維熒光光譜分析技術不需要復雜的樣品前處理，可以直接分析水樣。此外，三維熒光光譜能夠提供有關化合物分子環境的信息，這對于理解化合物在環境中的行為非常有用[4]。在潛在應用方面，這項技術不僅適用于環境監測，還可以用于食品安全、藥物分析和生物醫學研究等多個領域。例如：在環境監測領域，三維熒光光譜可以用于監測水體中的污染物濃度變化，評估污染治理措施的效果，或者在水處理過程中追蹤特定污染物的去除效率。在食品安全和藥物分析中，它可以用于檢測和分析復雜樣品中的有害物質。而在生物醫學領域，該技術有助于研究生物體內分子的相互作用和代謝過程。

3""三維熒光光譜技術的未來發展

3.1""技術創新和改進方向

三維熒光光譜分析技術在水環境中多環芳烴檢測領域應用中，創新和改進的方向應集中在提高分析效率、靈敏度以及適用性等方面。首先，技術的迭代更新將致力于提高數據的采集速度和處理能力，從而使得實時監測和大數據分析成為可能。例如：通過集成更先進的探測器和光源，可以在更短的時間內獲得高質量的光譜數據。其次，對分析軟件和算法的改進將使得從復雜光譜中提取有用信息變得更加高效和準確。這在處理復雜環境中的樣品，如含有多種化合物的工業廢水時尤為重要。再次，技術的創新還包括提高系統的移動性和便攜性，使之更適用于現場檢測。通過微型化和集成化設計，三維熒光光譜儀器能夠更方便地應用于現場快速檢測，對于環境監測和緊急響應尤為重要[5]。最后，跨學科的融合將是未來發展的另一大趨勢。

3.2""在水環境監測中的應用前景

三維熒光光譜技術在水環境監測領域的應用前景十分廣闊。隨著人們環境保護意識的增強和環保標準的提高，對水質監測的需求日益增長。三維熒光光譜技術憑借其高靈敏度和高選擇性的優點，更加適合于監測水環境中的有機污染物，尤其是在追蹤低濃度的多環芳烴方面表現出色。在未來，三維熒光光譜技術有望成為水質監測的標準方法之一，尤其在快速響應和實時監測方面具有重要的應用價值[6]。例如：它可以用于城市污水處理廠的出水監測，確保排放水質符合環境保護標準。同時，這種技術也適用于評估自然水體中污染事件所帶來的影響，如河流、湖泊和海洋中的石油泄漏或化工事故等。通過實時監測水環境中的污染物變化，能夠及時發現和處理環境問題，從而更好地保護水生生態系統和人類健康。

3.3""面臨的挑戰和解決途徑

盡管三維熒光光譜技術在水環境監測方面展示出巨大潛力，但在實際應用中仍面臨一些挑戰。首先是樣品矩陣復雜性帶來的挑戰，特別是在處理自然水體樣品時，樣品中的其他成分可能干擾到對熒光信號的解讀。為應對這一問題，可通過改進樣品前處理步驟和開發更高級的數據處理算法來減少干擾和提高分析結果的準確性。其次，現場應用的挑戰在于提高儀器的穩定性和適用性。對此，要研發更為堅固、便攜的設備，并結合無線數據傳輸技術，這樣可以使儀器滿足于復雜現場條件下的使用。最后，提高方法的普及度也是一個重要的挑戰，這需要通過用戶培訓、開發易于操作的軟件界面和提供更多的應用案例來加以實現，顯然克服這一挑戰需要的時間更長，需要較長的時間周期逐步地達成。通過這些努力，三維熒光光譜技術有望在水環境監測和保護中發揮更大的作用。

4""結語

隨著技術的不斷進步和創新，三維熒光光譜技術有望在水環境保護、污染治理和風險評估等工作中，發揮出更加重要的作用，從而為保護我們寶貴的水資源和生態系統貢獻力量。

參考文獻

[1]羅敏，祝琳琳.水中多環芳烴檢測方法及相關國內外標準分析[J].品牌與標準化，2023（2）：20-22.

[2]張亞莉，顏康婷，王林琳，等.基于熒光光譜分析的農藥殘留檢測研究進展[J].光譜學與光譜分析，2021（8）：2364-2371.

[3]梁良，杜雨馨，楊子建.基于支持向量機的多環芳烴光譜定量分析[J].激光雜志，2023（6）：220-224.

[4]瞿燕，于銀山，馬士才.基于熒光光譜技術的湖泊水質檢測分析[J].產業與科技論壇，2020（18）：23-54.

[5]方小云，檀海兵，趙龍海，等.基于三維熒光光譜技術的水域水污染溯源檢測方法研究[J].環境科學與管理，2021（12）：138-140.

[6]鄭婉琳，胡鋆，繆斌妹.寧波東錢湖水體冬季溶解性有機質的三維熒光光譜特征分析[J].中國新技術新產品，2023（1）：128-131.