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溶解有机物(DOM)是衡量水体污染程度的重要指标,直接或间接影响金属离子的形成和转移,碳氢类有机污染物的分配和生物可获得性以及痕量元素的循环,在水生生态环境中起着至关重要的作用。掌握DOM的浓度以及组成等信息是研究水体有机污染状况、有机物的来源、污染机制及建立相应污染预测模型的前提和基础。当前DOM的浓度与组分测量主要依靠采样进行实验化学分析,无法实现针对大面积水域的快速、实时测量。因此,迫切需要发展针对DOM浓度及其组成的快速测量方法以及相应的分析算法。荧光分析法可以通过荧光光谱特征对被测物进行定性和定量分析,具有快速、低成本、高灵敏度等诸多优点。水体中的DOM以及矿物油浓度都是衡量水体污染程度以及研究水体生态环境的重要指标,都以含苯环结构的有机物组成为主,在适当波长的激发光照射下会发射出一定特征的荧光,可以此进行定性和定量分析。本文主要开展了三个方面的工作:
⑴对水体中DOM的激光诱导荧光光谱及三维荧光光谱进行了测量,分析了DOM的荧光光谱特征,研究了激发光波长、激发光脉冲能量、探测器增益、反射镜以及水体温度变化等因素对测量结果的影响;
⑵研究了水体中DOM的激光诱导荧光及三维荧光光谱分析方法,实现了DOM特征荧光光谱的快速、准确分离;对水体中不同种类矿物油的特征荧光光谱利用平行因子分析(PARAFAC)算法模型进行了提取,为水体污染物特征荧光光谱数据库的建立奠定了基础。在此基础上,对水中油浓度的快速测量方法进行了研究,实现了水体中大量DOM存在条件下微量油浓度的测量。
⑶测量了巢湖和太湖大面积水域水体的三维荧光光谱,使用PARAFA模型对有色溶解有机物(CDOM)的来源、组分信息以及与传统有机污染物指标的关系进行了分析,揭示了CDOM的三维荧光光谱测量在环境监测中的意义和潜在应用价值。