水中溶解性有机质的荧光热猝灭特性

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溶解性有机质(DOM)对水生生态系统的各种过程起着至关重要的作用,监测水体中的DOM有助于水质评估和保障。荧光光谱法具有快速、环保、成本低、可原位监测水质和水量等优点,广泛用于DOM的表征。但DOM的荧光强度受温度的影响很大,开展水中DOM荧光热猝灭的研究有助于DOM荧光监测的校正。本文利用紫外可见吸收光谱(Uv-vis)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)以及三维荧光光谱(EEMs)结合平行因子分析(PARAFAC)表征水体中DOM的官能团结构、分子量、来源、腐殖化程度、荧光组分及猝灭程度,结合EEMs-PARAFAC-COS探究温度变化过程中荧光组分变化的优先顺序及其猝灭程度与分子量、缩合度及腐殖化程度等的关系,以期为DOM荧光监测校正提供理论指导,初步取得以下主要研究结果:(1)各水体中DOM均存在3500~3300 cm-1、1650~1600 cm-1、1450~1400cm-1、1150~1080 cm-1、910~730 cm-1以及800~600 cm-1波段的红外吸收峰,则各水体中DOM均含有醇羟基或酚羟基的醇类、酚类及醛、酮、脂肪族醚和脂肪族氯代化合物,即含有脂肪族和芳香族化合物。但红外吸收峰的宽度和吸光度存在差异。医疗废水、养殖废水、雨水和生活污水中类富里酸含量高于类胡敏酸,DOM以相对分子质量较小的有机质为主;垃圾渗滤液、池塘水、井泉水和河水DOM则是类胡敏酸较高,DOM相对分子质量较大。池塘水、河水和井泉水等天然水体的E2/E3均值非常相近。各水体中E4/E6值相差不大,废水中DOM的芳香度、苯环C骨架的聚合程度及羰基共轭度较高。医疗废水SR最低,显著低于养殖废水和池塘水,并且医疗废水中苯环的芳香族化合物和含双键有机物的含量最高,约为养殖废水、垃圾渗滤液和雨水的两倍。(2)EEMs-PARAFAC分析得到两类荧光组分:类蛋白质中的类络氨酸C1和类腐殖质C2和C3。池塘水和井泉水中类蛋白质(C1)和类腐殖质(C2+C3)比例相当,河水、雨水和垃圾渗滤液中类腐殖质较高;生活污水、养殖废水及医疗废水中DOM则以类蛋白质为主。养殖废水中DOM主要来源于非生物源,其余水体中DOM受生物源与非生物源同时影响。养殖废水、雨水、生活污水和河水中DOM自生源性强,生物可利用性低;医疗废水、垃圾渗滤液、池塘水及井泉水中DOM自生源性较强。各水体中DOM的腐殖化程度为垃圾渗滤液>井泉水>雨水和河流>池塘>医疗废水>生活污水>养殖废水。(3)DOM的荧光强度随温度的升高明显降低,从10℃升高到45℃,养殖废水、医疗废水、生活污水、雨水、垃圾渗滤液、池塘水、井泉水和河水中DOM的总荧光强度分别降低42.10%、38.83%、38.13%、20.45%、27.52%、28.70%、23.16%和21.94%,养殖废水中DOM荧光强度降低最大,以类蛋白质C1降低最为明显,降低42.77%。DOM总荧光强度随温度变化的斜率大小依次为养殖废水、医疗废水、生活污水、垃圾渗滤液、雨水、池塘水、井泉水以及河水,养殖废水荧光强度每摄氏度下降最为明显,其DOM中荧光组分对温度的敏感程度大,其次是医疗废水,雨水和垃圾渗滤液的荧光热猝灭斜率相差不大,比生活污水的小,池塘水、河水和井泉水等天然水体中DOM的斜率都较小。(4)EEMs-PARAFAC-COS分析显示,井泉水、养殖废水、生活污水、河水、垃圾渗滤液和雨水DOM荧光组分随温度变化的优先级均为C2→C3→C1,即类腐殖质→类腐殖质→类蛋白质,表明类腐殖质较类蛋白质对温度较为敏感,医疗废水的为C3→C2→C1,池塘的则为C2→C1→C3,类腐殖质仍是较先变化者。分子量大的有机质对温度较敏感;DOM芳香度、苯环C骨架的聚合程度及羰基共轭度大的DOM对温度变化更加敏感;DOM荧光组分强度越高,DOM荧光强度随温度变化的斜率越大,荧光组分降低越明显;腐殖质化程度低的DOM更容易受温度的影响。
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