三維熒光光譜技術(shù)在多個領(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手段，以其鑒定速度快的優(yōu)勢在諸多應(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;多個領(lǐng)域應(yīng)用

　　隨著時代科技的迅速發(fā)展，環(huán)境問題也隨之而來，污染物種類越來越多，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)具有簡便、快速、靈敏和選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，可用于鑒定和測定有機(jī)物、無機(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

　　當(dāng)前環(huán)境問題越來越嚴(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，通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測定區(qū)分自來水樣品和有機(jī)物自來水溶液。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法可以有效檢測飲用水中有機(jī)污染物的特征，具有實(shí)際應(yīng)用價值。

　　(2)生活污水

　　隨著國民經(jīng)濟(jì)和城市人口的迅速增長，大量城市污水進(jìn)入的城市污水處理廠的監(jiān)測和處理水平已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，出水的質(zhì)量和檢測的效率會直接影響到一個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，耗時耗力，且無法實(shí)時監(jiān)測水質(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)對這些問題，完成多種水質(zhì)指標(biāo)的同時在線分析，很好地反映污水處理過程中污染物的種類、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)測方法提供理論基礎(chǔ)。

　　(3)地表水

　　對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)差異對兩個湖泊中DOM性質(zhì)及來源的影響。結(jié)果表明，人為干擾是導(dǎo)致兩個水體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，對沈陽市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)組分對黑臭水體DOM的貢獻(xiàn)率高達(dá)61.2%，微生物內(nèi)源組分對黑臭水體DOM的貢獻(xiàn)率為25.5%。

　　1.2石油檢測

　　近年來，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與識別兩個方面。

　　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)，對污染油模式的識別和礦物油熒光信息文庫的建設(shè)有著重要意義。王玉田[9]通過繪制包絡(luò)線和模式識別神經(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]通過平行因子分析法和聚類分析法測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，為快速鑒別溢油污染物提供技術(shù)支持。尹曉楠[12]通過油品模擬風(fēng)化實(shí)驗(yàn)分析了風(fēng)化過程對油種鑒別結(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。

　　1.3農(nóng)產(chǎn)品檢測

　　(1)茶葉

　　茶葉是我國重要的經(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，還能同時進(jìn)行多組分檢測，可以被更好的應(yīng)用于食品藥品及成分檢測等研究。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、溫度對茶多酚浸出速率的影響三方面的分析研究，為快速檢測茶葉品質(zhì)成分分析和種類區(qū)分提供新方法，為開發(fā)茶葉主要成分浸出動態(tài)實(shí)時在線檢測裝置提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

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