最新水中有机污染物的快速检测
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项目的研究意义： 近年来，我国突发的水污染事故频频发生。2005 年年底，我国相继发生了东北
松花江污染、广东北江污染的水体污染事故，对当地的生产、生活产生很大的影响。 而就在亡羊补牢后的 2006 年新年伊始，黄河、湘江、重庆綦江河又发生了水体污 染事故。由于水环境安全是保证饮用水安全的根本，而频繁的事故则突显了水质快 速监测的需要。目前水质安全已被列入国家关注的重中之重。
国内目前也开展了一些利用三维荧光光谱技术对水中有机物进行检测的研究 工作。陈茂福等人[6]利用三维荧光光谱技术研究了城市污水荧光指纹特征，其研究 结果表明了城市污水具有 4 个典型荧光区,各区的荧光中心、强度以及 1 区荧光中心 Eλ x=280 nm,Eλ m=340 nm 与 2 区荧光中心 Eλ x=225 nm，Eλ m=340 nm 的荧光 强度的比值可以作为城市污水的主要荧光指纹特征。韩宇超等人[7]结合在厦门湾九 龙江口的现场调查与实验室分析，对目前河口区有色溶解有机物（CDOM）三维荧 光光谱分析的一些影响因素进行了探讨。凌晓等人[8]利用平行因子分析和三维荧光 分析法相结合，在激发波长为 220～300nm，发射波长为 325～600nm 对萘、1-萘酚 和 2-萘酚体系进行了分辨研究，分辨结果与真实结果相一致。王伦等人[9]利用三维 荧光光谱测定了工业废水中的苯胺，检出限为 1.0×10-7mol/L。
历
情况 学位
术
现从事专业 环境光学
主要研究方向 水荧光检测
硕士学位 博士学位
授予院校
所学专业
中国科学院研究 生院
光学
授予时间
导师姓名
2006 年07 月 李海洋
研 本项目拟研究水中低浓度优先有机污染物(如：苯酚、荧蒽、菲、芘 等)的三维荧光光谱特征，以及环境因素（如：溶剂效应、温度、pH
究 值、离子强度等）对其三维荧光谱的影响，为实用化技术研究提供基 内 础；研究多维数据处理方法，解决多组分优先有机污染物的三维荧光
综上所述，国外对三维荧光光谱测量水中有机污染物的研究主要侧重于研究不 同条件下的测量检测限和分离分析算法等；虽然国内有关水中有机物的三维荧光光
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谱的研究正在不断开展，但针对水中优先有机污染物的三维荧光光谱分析的研究较 少。2006 年以来，本课题组开展了水中有色溶解有机物[10]、浮游植物[11]、油[12]、菲 [13]等的三维荧光光谱的研究，对水环境中的三维荧光光谱的测量方法等进行了细致 的研究。然而，三维荧光光谱法在实际水环境监测中的应用过程中却存在着一些问 题，例如：环境因素、水中未知物质对三维荧光光谱的影响等。基于此，本课题将 开展基于三维荧光光谱法的水中优先有机污染物（苯酚、苯并（k）荧蒽、荧蒽、 菲、芘等）的应用基础研究，探讨环境因素（如：溶剂效应、温度、pH 值、溶解 有机物、离子强度等）、水中未知物质对三维荧光光谱的影响。
本项目针对我国水污染现状、国际上水污染监测的发展方向以及国家对水中优 先有机物污染快速监测的急迫需求，采用三维荧光光谱技术，研究荧光技术用于实 际测量时将会出现的一些环境因素以及水中未知物质等对测量结果的影响，为研发 我国水中优先有机物污染的快速、在线测量的仪器提供关键技术参数和参考。现场 快速三维荧光光谱分析是一个很好的监测水中优先有机污染物的方法，与常规测量 方法相比，具有无需预处理、不使用化学试剂，不产生二次污染物，维护量小，运 行费用低等优点，并且可以成为常规测量方法很好的补充，有着非常广阔的应用前 景。
水中有机污染物的浓度很小，例行的水质分析又不易检出。目前，用于水中有 机污染物的实验室分析方法主要有：气相色谱法（GC）、气相色谱-质谱（GC-MS） 联用法、气相色谱与傅立叶变换红外光谱(GC-FTIR)联用法、高效液相色谱(HPLC) 法、液相色谱-气相色谱联用法（LC/GC）等。然而以上的分析方法用于在线快速 分析有机污染物时存在着如下问题：（1）分析测量需要时间较长，造成响应不及时， 在应急监测中对污染事故往往不能及时判断与分析；（2）测量时需要使用一些有毒 或危险的试剂，产生二次污染等。
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analysis, J. Chemometrics, 2003, 17:608-617 5、J. F. Fernandez-Sanchez, A. Segura-Carretero, J. M. Costa-Fernandez, et al, Fluorescence optosensors based on different transducers for the determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in water, Anal Bioanal Chem. 2003, 377: 614-623 6、陈茂福，吴静，律严励，陈庆俊. 城市污水的三维荧光指纹特征，光学学报，2008， 28（3）：578-582 7、韩宇超，郭卫东. 河口区有色溶解有机物（CDOM）三维荧光光谱的影响因素， 环境科学学报，2008，28（8）：1646-1653 8、凌晓,曹玉珍,莫翠云等. 应用平行因子分析和三维荧光分析法分辨萘、1-萘酚和 2-萘酚，分析化学，2001，29（12）：1412-1415 9、王伦,周运友,孙益民等. 三维荧光光谱法测定工业废水中的苯胺，环境科学，1995， 16（2）：63-64 10、WANG Zhi-gang, LIU Wen-qing, ZHAO Nan-jing, LI Hong-bin, Zhang Yu-jun, SI-MA Wei-cang, LIU Jian-guo. Composition analysis of colored dissolved organic matter in Taihu lake based on three dimension excitation-emission fluorescence matrix and PARAFAC model and the potential application in water quality monitoring, Journal of Environmental Science, 2007,19:787-791 11、王志刚,刘文清,张玉钧,殷高方,刘建国. 三维荧光光谱法分类测量水体浮游植物 浓度，中国环境科学，2008,28(2):136 -141 12、崔志成，刘文清，赵南京，肖雪，王志刚，张玉钧，司马伟昌，刘建国，魏庆 农，水中油浓度快速测量方法研究，光谱学与光谱分析，2008,28(6):1332-1335 13、金丹，张玉钧，李国刚，肖雪，王志刚，殷高方，刘文清. 菲的三维荧光光谱 特性研究，光谱学与光谱分析，已录用
高级 高级 副高级 其他 其他 其他
中国科学院合肥物质科学研究院 中国科学院合肥物质科学研究院 中国科学院合肥物质科学研究院 中国科学院合肥物质科学研究院 中国科学院合肥物质科学研究院 中国科学院合肥物质科学研究院
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二、立项依据
国内外研究状况，项目的研究意义，着重结合学科前沿展开分析，并列出主要参 考文献。
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图 1 水中常见有机物的激发与发射光谱特性
美国、加拿大、西班牙以及其他一些国家都开展了基于 3DEEM 的水中有机污 染物的检测技术研究。Allen R.Muroski 等人[1]利用 3DEEM 技术测量了海水中的萘， 并结合平行因子算法对含干扰物的混合样品中的萘和苯乙烯的浓度进行了预测。 Peter D.Wentzell[2]等人将三线性分解分析法与三维荧光光谱相结合，分析了多环芳 烃(PAHs)混合物的荧光熄灭性质。Michelle L.Nahorniak 等人[3][4]利用三维荧光光谱技 术，结合平行因子算法对苯并（k）荧蒽、苯并（a）芘、菲等多种多环芳烃的同时 测量进行了定量分析，其检测量级达到了 ppb。 Fernandez-Sanchez 等人[5]利用 3DEEM 技术基于两种检测器（即光电倍增管和增强 CCD）分别对四种多环芳烃 （蒽、苯并（a）芘、萤蒽和苯并（b）萤蒽）进行了测量，两种检测器对多环芳烃 的检测限如下：蒽为 6.4 和 9.3ng/ml，苯并（b）萤蒽为 3.3 和 2.5ng/ml，萤蒽为 1.4 和 13.2ng/mL，苯并（a）芘为 1.7 和 7.8ng/ml。
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一、简表
学 科 资源与环境 项目名称 水中优先有机污染物的快速检测方法研究
领域编号 5-03-3002
申请金额 5 万元
起止年月 2009 年01 月至2010 年12 月
姓名
肖雪
性
别
女
出生年月
1981 年 10 月
民族
汉
专 职称 研究实习员
国别 无留学经历
业
学 硕士
留学 时间 至
技 级别 初级
水环境问题的复杂性决定了水环境监测的多样性。光学技术具有的特别的优势 使其能够更好的适用于快速在线测量。而在所有的光学技术中，对于分子的荧光测 定是最具有灵敏性和选择性的方法。三维荧光光谱（3DEEM）法是近 20 多年发展 起来的一门新的荧光分析技术。三维荧光光谱法不仅具有荧光分析法可以避免费时 而繁琐的分离程序、快速精确、适于现场操作等显著优点，而且由于三维荧光光谱 表征了更多的荧光信息而具有高灵敏度和组分选择性的特点，已经成为一种重要的 多组分物质分析手段，在水污染监测方面有着很好的应用前景。由于不同种类的荧 光有机污染物在 3DEEM 上具有特征的“指纹”荧光光谱，故三维荧光光谱更能充 分表现水样中的有机物细节，更有利于物质类型识别，如图 1 所示。三维荧光光谱 与水中的有机物具备对应的特点，这种指纹法可弥补 COD 或 BOD 只能表示有机 物含量不能表示有机物成份的不足。
参考文献： 1 、 Allen R. Muroski, Karl S. Booksh, and M.L. Myrick, Single-measurement excitation/emission matrix spectrofluorometer for determination of hydrocarbons in ocean water. 1. Instrumentation and background correction, Anal. Chem. 1996, 68(20):3534-3538 2、Peter D. Wentzell, Sreeja S. Nair, and Robert D. Guy, Three-way analysis of fluorescence spectra of polycyclic aromatic hydrocarbons with quenching by nitromethane, Anal. Chem. 2001, 73(7): 1408-1415 3、Michelle L. Nahorniak and Karl S. Booksh, Excitation-emission matrix fluorescence spectroscopy in conjunction with multiway analysis for PAH detection in complex matrices, Analyst, 2006, 131:1308–1315 4、Michelle L. Nahorniak and Karl S. Booksh, Optimizing the implementation of the PARAFAC method for near-real time calibration of excitation-emission fluorescence
容 光谱分类判别与定量定性分析方法问题，实现水环境中低浓度优先有
摘 机污染物的快速检测。
要
姓 名 性别 出生年月 技术级别
源自文库
所在单位
签名
课 刘文清 男 题 张玉钧 男 组 赵南京 男 成 员 金丹 女
王欢博 女
殷高方 男
1954 年 01 月 1964 年 01 月 1976 年 08 月 1983 年 01 月 1984 年 08 月 1979 年 09 月
学 科 资源与环境 领域编号 5-03-3002
安徽省自然科学基金项目
申请书
项目名称 申请者 所在单位 邮政编码 通讯地址 联系电话 传真 E - mail
水中优先有机污染物的快速检测方法研究 肖雪 物质科学研究院 230031 合肥科学岛安光所 5591040 5591530
xiaoxue@aiofm.ac.cn 安徽省自然科学基金委员会 二○○八年
国内外研究状况： 近年来的监测与科研结果表明，我国城市河流及各大水系均以有机污染物污染
为主，这已被管理部门和专家一致认可。但是，我国水质监测指标中表征有机污染 物的项目均为综合性指标。因此，由于缺乏水中有机污染物的具体控制指标，使我 们无法掌握有机污染物对水环境的污染情况，直接影响我国对水质环境的总量控制 目标的实施。世界各先进国家对有机物污染十分重视，如美国对水体中 114 种有机 污染物开展了常规例行监测。
松花江污染、广东北江污染的水体污染事故，对当地的生产、生活产生很大的影响。 而就在亡羊补牢后的 2006 年新年伊始，黄河、湘江、重庆綦江河又发生了水体污 染事故。由于水环境安全是保证饮用水安全的根本，而频繁的事故则突显了水质快 速监测的需要。目前水质安全已被列入国家关注的重中之重。
国内目前也开展了一些利用三维荧光光谱技术对水中有机物进行检测的研究 工作。陈茂福等人[6]利用三维荧光光谱技术研究了城市污水荧光指纹特征，其研究 结果表明了城市污水具有 4 个典型荧光区,各区的荧光中心、强度以及 1 区荧光中心 Eλ x=280 nm,Eλ m=340 nm 与 2 区荧光中心 Eλ x=225 nm，Eλ m=340 nm 的荧光 强度的比值可以作为城市污水的主要荧光指纹特征。韩宇超等人[7]结合在厦门湾九 龙江口的现场调查与实验室分析，对目前河口区有色溶解有机物（CDOM）三维荧 光光谱分析的一些影响因素进行了探讨。凌晓等人[8]利用平行因子分析和三维荧光 分析法相结合，在激发波长为 220～300nm，发射波长为 325～600nm 对萘、1-萘酚 和 2-萘酚体系进行了分辨研究，分辨结果与真实结果相一致。王伦等人[9]利用三维 荧光光谱测定了工业废水中的苯胺，检出限为 1.0×10-7mol/L。
历
情况 学位
术
现从事专业 环境光学
主要研究方向 水荧光检测
硕士学位 博士学位
授予院校
所学专业
中国科学院研究 生院
光学
授予时间
导师姓名
2006 年07 月 李海洋
研 本项目拟研究水中低浓度优先有机污染物(如：苯酚、荧蒽、菲、芘 等)的三维荧光光谱特征，以及环境因素（如：溶剂效应、温度、pH
究 值、离子强度等）对其三维荧光谱的影响，为实用化技术研究提供基 内 础；研究多维数据处理方法，解决多组分优先有机污染物的三维荧光
综上所述，国外对三维荧光光谱测量水中有机污染物的研究主要侧重于研究不 同条件下的测量检测限和分离分析算法等；虽然国内有关水中有机物的三维荧光光
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谱的研究正在不断开展，但针对水中优先有机污染物的三维荧光光谱分析的研究较 少。2006 年以来，本课题组开展了水中有色溶解有机物[10]、浮游植物[11]、油[12]、菲 [13]等的三维荧光光谱的研究，对水环境中的三维荧光光谱的测量方法等进行了细致 的研究。然而，三维荧光光谱法在实际水环境监测中的应用过程中却存在着一些问 题，例如：环境因素、水中未知物质对三维荧光光谱的影响等。基于此，本课题将 开展基于三维荧光光谱法的水中优先有机污染物（苯酚、苯并（k）荧蒽、荧蒽、 菲、芘等）的应用基础研究，探讨环境因素（如：溶剂效应、温度、pH 值、溶解 有机物、离子强度等）、水中未知物质对三维荧光光谱的影响。
本项目针对我国水污染现状、国际上水污染监测的发展方向以及国家对水中优 先有机物污染快速监测的急迫需求，采用三维荧光光谱技术，研究荧光技术用于实 际测量时将会出现的一些环境因素以及水中未知物质等对测量结果的影响，为研发 我国水中优先有机物污染的快速、在线测量的仪器提供关键技术参数和参考。现场 快速三维荧光光谱分析是一个很好的监测水中优先有机污染物的方法，与常规测量 方法相比，具有无需预处理、不使用化学试剂，不产生二次污染物，维护量小，运 行费用低等优点，并且可以成为常规测量方法很好的补充，有着非常广阔的应用前 景。
水中有机污染物的浓度很小，例行的水质分析又不易检出。目前，用于水中有 机污染物的实验室分析方法主要有：气相色谱法（GC）、气相色谱-质谱（GC-MS） 联用法、气相色谱与傅立叶变换红外光谱(GC-FTIR)联用法、高效液相色谱(HPLC) 法、液相色谱-气相色谱联用法（LC/GC）等。然而以上的分析方法用于在线快速 分析有机污染物时存在着如下问题：（1）分析测量需要时间较长，造成响应不及时， 在应急监测中对污染事故往往不能及时判断与分析；（2）测量时需要使用一些有毒 或危险的试剂，产生二次污染等。
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analysis, J. Chemometrics, 2003, 17:608-617 5、J. F. Fernandez-Sanchez, A. Segura-Carretero, J. M. Costa-Fernandez, et al, Fluorescence optosensors based on different transducers for the determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in water, Anal Bioanal Chem. 2003, 377: 614-623 6、陈茂福，吴静，律严励，陈庆俊. 城市污水的三维荧光指纹特征，光学学报，2008， 28（3）：578-582 7、韩宇超，郭卫东. 河口区有色溶解有机物（CDOM）三维荧光光谱的影响因素， 环境科学学报，2008，28（8）：1646-1653 8、凌晓,曹玉珍,莫翠云等. 应用平行因子分析和三维荧光分析法分辨萘、1-萘酚和 2-萘酚，分析化学，2001，29（12）：1412-1415 9、王伦,周运友,孙益民等. 三维荧光光谱法测定工业废水中的苯胺，环境科学，1995， 16（2）：63-64 10、WANG Zhi-gang, LIU Wen-qing, ZHAO Nan-jing, LI Hong-bin, Zhang Yu-jun, SI-MA Wei-cang, LIU Jian-guo. Composition analysis of colored dissolved organic matter in Taihu lake based on three dimension excitation-emission fluorescence matrix and PARAFAC model and the potential application in water quality monitoring, Journal of Environmental Science, 2007,19:787-791 11、王志刚,刘文清,张玉钧,殷高方,刘建国. 三维荧光光谱法分类测量水体浮游植物 浓度，中国环境科学，2008,28(2):136 -141 12、崔志成，刘文清，赵南京，肖雪，王志刚，张玉钧，司马伟昌，刘建国，魏庆 农，水中油浓度快速测量方法研究，光谱学与光谱分析，2008,28(6):1332-1335 13、金丹，张玉钧，李国刚，肖雪，王志刚，殷高方，刘文清. 菲的三维荧光光谱 特性研究，光谱学与光谱分析，已录用
高级 高级 副高级 其他 其他 其他
中国科学院合肥物质科学研究院 中国科学院合肥物质科学研究院 中国科学院合肥物质科学研究院 中国科学院合肥物质科学研究院 中国科学院合肥物质科学研究院 中国科学院合肥物质科学研究院
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二、立项依据
国内外研究状况，项目的研究意义，着重结合学科前沿展开分析，并列出主要参 考文献。
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图 1 水中常见有机物的激发与发射光谱特性
美国、加拿大、西班牙以及其他一些国家都开展了基于 3DEEM 的水中有机污 染物的检测技术研究。Allen R.Muroski 等人[1]利用 3DEEM 技术测量了海水中的萘， 并结合平行因子算法对含干扰物的混合样品中的萘和苯乙烯的浓度进行了预测。 Peter D.Wentzell[2]等人将三线性分解分析法与三维荧光光谱相结合，分析了多环芳 烃(PAHs)混合物的荧光熄灭性质。Michelle L.Nahorniak 等人[3][4]利用三维荧光光谱技 术，结合平行因子算法对苯并（k）荧蒽、苯并（a）芘、菲等多种多环芳烃的同时 测量进行了定量分析，其检测量级达到了 ppb。 Fernandez-Sanchez 等人[5]利用 3DEEM 技术基于两种检测器（即光电倍增管和增强 CCD）分别对四种多环芳烃 （蒽、苯并（a）芘、萤蒽和苯并（b）萤蒽）进行了测量，两种检测器对多环芳烃 的检测限如下：蒽为 6.4 和 9.3ng/ml，苯并（b）萤蒽为 3.3 和 2.5ng/ml，萤蒽为 1.4 和 13.2ng/mL，苯并（a）芘为 1.7 和 7.8ng/ml。
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一、简表
学 科 资源与环境 项目名称 水中优先有机污染物的快速检测方法研究
领域编号 5-03-3002
申请金额 5 万元
起止年月 2009 年01 月至2010 年12 月
姓名
肖雪
性
别
女
出生年月
1981 年 10 月
民族
汉
专 职称 研究实习员
国别 无留学经历
业
学 硕士
留学 时间 至
技 级别 初级
水环境问题的复杂性决定了水环境监测的多样性。光学技术具有的特别的优势 使其能够更好的适用于快速在线测量。而在所有的光学技术中，对于分子的荧光测 定是最具有灵敏性和选择性的方法。三维荧光光谱（3DEEM）法是近 20 多年发展 起来的一门新的荧光分析技术。三维荧光光谱法不仅具有荧光分析法可以避免费时 而繁琐的分离程序、快速精确、适于现场操作等显著优点，而且由于三维荧光光谱 表征了更多的荧光信息而具有高灵敏度和组分选择性的特点，已经成为一种重要的 多组分物质分析手段，在水污染监测方面有着很好的应用前景。由于不同种类的荧 光有机污染物在 3DEEM 上具有特征的“指纹”荧光光谱，故三维荧光光谱更能充 分表现水样中的有机物细节，更有利于物质类型识别，如图 1 所示。三维荧光光谱 与水中的有机物具备对应的特点，这种指纹法可弥补 COD 或 BOD 只能表示有机 物含量不能表示有机物成份的不足。
参考文献： 1 、 Allen R. Muroski, Karl S. Booksh, and M.L. Myrick, Single-measurement excitation/emission matrix spectrofluorometer for determination of hydrocarbons in ocean water. 1. Instrumentation and background correction, Anal. Chem. 1996, 68(20):3534-3538 2、Peter D. Wentzell, Sreeja S. Nair, and Robert D. Guy, Three-way analysis of fluorescence spectra of polycyclic aromatic hydrocarbons with quenching by nitromethane, Anal. Chem. 2001, 73(7): 1408-1415 3、Michelle L. Nahorniak and Karl S. Booksh, Excitation-emission matrix fluorescence spectroscopy in conjunction with multiway analysis for PAH detection in complex matrices, Analyst, 2006, 131:1308–1315 4、Michelle L. Nahorniak and Karl S. Booksh, Optimizing the implementation of the PARAFAC method for near-real time calibration of excitation-emission fluorescence
容 光谱分类判别与定量定性分析方法问题，实现水环境中低浓度优先有
摘 机污染物的快速检测。
要
姓 名 性别 出生年月 技术级别
源自文库
所在单位
签名
课 刘文清 男 题 张玉钧 男 组 赵南京 男 成 员 金丹 女
王欢博 女
殷高方 男
1954 年 01 月 1964 年 01 月 1976 年 08 月 1983 年 01 月 1984 年 08 月 1979 年 09 月
学 科 资源与环境 领域编号 5-03-3002
安徽省自然科学基金项目
申请书
项目名称 申请者 所在单位 邮政编码 通讯地址 联系电话 传真 E - mail
水中优先有机污染物的快速检测方法研究 肖雪 物质科学研究院 230031 合肥科学岛安光所 5591040 5591530
xiaoxue@aiofm.ac.cn 安徽省自然科学基金委员会 二○○八年
国内外研究状况： 近年来的监测与科研结果表明，我国城市河流及各大水系均以有机污染物污染
为主，这已被管理部门和专家一致认可。但是，我国水质监测指标中表征有机污染 物的项目均为综合性指标。因此，由于缺乏水中有机污染物的具体控制指标，使我 们无法掌握有机污染物对水环境的污染情况，直接影响我国对水质环境的总量控制 目标的实施。世界各先进国家对有机物污染十分重视，如美国对水体中 114 种有机 污染物开展了常规例行监测。