三维荧光光谱的简单介绍光谱

一、三维荧光光谱的基本定义

三维荧光光谱（EEM）是将荧光强度以等高线方式投影在以激发光波长和发射光波长为纵横坐标的平面上获得的谱图，图像直观，所含信息丰富。

三维荧光光谱（EEMs）能同时获得激发和发射波长信息，且因有机物种类和含量不同而各异，具有与水样（溶液）一一对应的特点，就像人的指纹具有唯一性一样，所以被称为水的“荧光指纹”。

三维荧光光谱仪可快速检测液体中的有机化合物（DOM），每个样品仅需数十秒或者几分钟，即可及时识别液体中的有机物成分。

二、原理

由于三维荧光光谱具有与物质组成成分一一对应的光谱特性，根据此特性三维荧光光谱可广泛应用于水质检测、食品检测等领域。

能表征水中（特别是废水）有机物含量和性质的水质指标一直是水质研究领域的重要内容之一。传统表征水质有机污染的指标如化学需氧量（COD）和生化需氧量（BOD）的测量需耗时数小时甚至数天，不能及时反映水质变化，而且只能反映有机物总量，不能展现有机物成分，例如无法区分易降解、可降解和不易降解的有机物或者降解速率快和慢的有机物。这些不足使得污水处理设施的设计和运行长期只能依赖经验。三维荧光光谱为这些问题解决提供了近乎完美的方案。

三、应用领域

水质分析应用一：河水/湖水水质

溶解性有机质是（DOM）主要是由含氧、氮和硫的氨基酸、脂肪族、芳香族等功能团组成的异质碳氢化合物，遍存在于湖泊、河流等自然水体中，对污染物的溶解、吸附解吸、毒性以及迁移转化特性影响非常大，影响着水生环境中生化性质，被用来表征水质特征。三维荧光光谱研究的荧光溶解性有机物（FDOM）或者有色溶解有机（CDOM）是DOM的重要组成部分，其重要组成部分及其三维荧光发光峰位如表1所示

表1 DOM各类物质对应的特征峰

水质分析应用二

城市污水通过荧光定量分析（荧光光谱区域积分法 fluorescence regional integra ti on）可将荧光区域量化，进而量化水中各组分的含量，根据水中各成分的含量和比例确定污染源以及水质的污染程度。有报道称DOM与氮、磷的迁移和转换有关，与Mn、As、Cr等金属浓度也存有潜在相关性，同时金属离子、PH值、基团浓度对DOM的荧光猝灭/增强的影响尚未有定论。

国目前仍然存在较严重的污水偷排以及事故性污染排放，对水环境质量影响十分严重。如何监控偷排以及诊断污染类型是当前水质预警研究的重点和难点问题。通过对污水的三维荧光谱进行分析，可以有效的区分生活污水和工业废水，实时监测污水排放是否达标，检验湿地等环境对污水的深度处理能力，根据污水中各组分的不同针对性的进行分类处理。

水质分析应用三：石化废水

通过三维荧光技术能快速地检测分析出石化工厂排出的污水变化，根据污水中各种组分的变化，监控生成过程中出现问题的环节，以及对污水进行分类处理。石化废水中各组分的含量与其荧光强度存在较强的线性关系，通过对比就能确认废水中各组分的比例。

水质分析应用四：石油检测

三维荧光的主峰位置是反映原油性质的最主要参数，不同含油气盆地性质类似的原油，三维荧光主峰位置的激发波长与发射波长对基本不变。常规原油由T1、T2、T3峰连续组成。各峰的地球化学意义如表所示。根据主峰T1陡度以及与T2、T3连线与x轴的夹角，可以区分凝析油、轻重质油、轻质油等。

在石油勘探过程中，可通过对该地区的石油三维荧光谱数据的分析，能进行油气性质识别（气到油、由轻质油到重质油的变化，其特征峰的发射波长由短波长向长波长方向移动）、油油和油原对比（油气系统的划）、储层含油气性识别及油气性质预测、区分原油和钻井液添加剂、地下含油气性预测（通过分析地表或者底下一定深度的水、土壤）、界定古油水界面、油气成熟度的评价、石油馏分的鉴别。

三维荧光结合同步荧光也可以进行石油勘探（通过对地表或者底下一定深度的水、土壤光谱的分析，确定该地区的是否含油以及含油品质等信息）、测试原油浓度等。

具体应用如下：

提供水中有机污染物的检测；

自来水中微生物污染的检测；

评价净水工艺及再生水对环境的危害；

食品中各组成成分定量分析及农药残留检测；

要求：样品成分单一。不适合难分离或者分离手续复杂的样品。

1)用血液的等高线荧光光谱检查人体的健康情况。人类的血液由多种成份组成，但只有几种成份对总荧光有影响。当人体的情况出现问题时，总荧光的可见光谱部分就有相当显著的变化。在积累大量主要成份的荧光光谱数据的情况下，从血液的等高线荧光光谱图就可以对病情进行了解和诊断。

2)三维荧光光谱帮助解决刑事案件。三维荧光光谱对于两种汽油样品是否相同，较之气相一液相色谱具有更强的辨别能力，尤其是采用光谱相减法对刑事案件的确证确实大有帮助。例如，在一纵火案的现场获得了一些未尽燃烧的少量汽油样品，而从嫌疑犯处亦获得汽油样品。为确证案

犯，可进行三维荧光光谱相减法加以分析判断。测定时，将两个样品分别溶于光谱纯的己烷中配成25ppm的分析试液，进行三维荧光光谱的测量，获得总荧光的数据。然后由计算机对这两个样品的三维荧光光谱进行相减，得出减余光谱。如果这两种样品是同一来源，则所得的减余光谱将是平坦的，任何一点的荧光强度都基本上等于零．如果这两种样品并非来自同一来源，则所得的减余光谱将不是平坦的，而有不少小“山包”。