土壤有机质与多环芳烃混合物荧光光谱的辨析

1、土壤有机质与多环芳烃混合物荧光光谱的辨析：Fluorescence interference of soil organic matter has been the bottleneck of accurate detection of polycyclic aromatic hydrocarbons（ PAHs） in soil. Based onthree-dimensional （ 3D） fluorescence spectroscopy and parallel factor algorithm， the mixture of soil organicmatter and PAHs

2、was identified. The experimental results show that this method can effectively decompose and judge the mixture of soil organic matter and PAHs， and providea basis for the accurate quantitative analysis of PAHs.Keywords： polycyclic aromatic hydrocarbons （ PAHs）； soil organic matter ； 3D fluorescence

3、spectroscopy ； parallel factor algorithm.、八、一前言由于多 ?h 芳烃（ polycyclic aromatic hydrocarbon ，PAHs） 在环境中难降解、 持久性强和具有很强的“三致”效应， 因此对 PAHs检测方法的研究备受关注。土壤有机质的荧光干扰一直是 PAHs!准检测的瓶颈，对有机质和 PAHS昆合物进行辨析和分离 成为近年来土壤中PAHs检测的重要研究课题。荧光光谱法因其灵敏度高、 选择性好和完整程度好等优点已广泛用于PAHs的检测，尤其是三维荧光光谱检测技术，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， 已成为一

4、种重要的多组分物质分析手段。职统兴 1 等采用主成分回归和 荧光光谱相结合的技术， 解析了光谱严重重叠的多组分光谱， 对 混合体系中的蒽和芘同时进行测定，各组分的平均回收率为 99.825%-108.86%。傅平青 2 等利用三维荧光光谱技术获得了土 壤腐殖酸中荧光基团完整的光谱信息， 指出土壤中腐殖酸荧光强 度随着 pH（2-12 ）升高呈现增强的趋势。而在激光诱导荧光技 术在原位检测环境中 PAHs的应用中，杨仁杰 等利用LIF （Nd: YAG激光器，355nm建立原位检测土壤中 PAHs荧光方法，以蒽 作为实验对象并验证其可能性。平行因子（ parallel factor ， PARA

5、FAC 算法是对不同荧光 物质的光谱进行分离， 可以从复杂混合成分的三维荧光光谱数据 矩阵中将其各自的特征荧光光谱分离出来。王欢博 4 采用 PARAFA与三维荧光光谱分析相结合的方法，对16种PAHs优先污染物中的蒽和菲两组份进行定量分析， 并在有荧蒽干扰物存在 时对芘进行检测。用 PARAFA算法分辨两组份物质，得到的蒽、 菲和芘的分析性能参数令人满意， 而用常规的分析法较难直接检 测出光谱重叠的物质。张为 5 等提出使用三维荧光分析法和 PARAFA区分波长为205290nm的激发波，发射波长为 270 380nm研究PAHs结果与实际浓度一致。该方法具有分辨率快， 编程容易， 分辨率高

6、的优点， 解决了三种方法难以同时区分 PAHs 的问题。本课题将使用PARAFA模型分析PAHs混合物的三维荧光光谱。通过PARAFA算法对数据的分析，对土壤有机质与 PAHs混 合物进行辨析，为消除或降低土壤有机质对 PAHs检测的影响提 供依据。1 材料与方法1.1 土样制备实验采用土壤有效态成分分析标准物质GBW0746（0 陕西黄绵土）为基础土样，配制含有万分之一蒽的土壤。用高精度的电 子天平称取 2g 标准土壤样品。称取 0.2mg 的蒽颗粒。然后，把 两种物质放入研钵中研磨细腻均匀。1.2 光谱采集本实验采用美国 PerkinElmer 公司生产的 LS-55 荧光分光光 度计。用

7、标准土壤（含有机质 10.3g/Kg ）采集一维荧光光谱数 据，可以得到三个特征峰，分别为？姿 ex/ ？姿 em=240/360nm、 240/410nm和240/484nm。以此作为土壤有机质特征信息，为后 文实验提供数据参考。另采集蒽溶液的一维荧光光谱，可知蒽具有三个明显特征 峰，分别为？姿 ex/ ？姿 em=320/377.5nm、320/399nm 和 320/423nm。图 1 是标准土壤与蒽混合样品最佳激发波长下的一维荧光 光谱，从图中我们可以观察到主要特征峰，分别为 ？姿 ex/？ 姿 em=240/410nm、240/420nm 和 240/484nm。另外，采集标准土壤与

8、蒽混合样品的三维荧光光谱， 设置激 发波长范围240-320nm,发射波长范围330-530nm,采样间隔5nm 用于PARAFA算法分析。2 实验结果分析利用PARAFA算法对标准土壤与蒽混合物的三维荧光光谱 数据进行二组分分解后, 无法有效分解, 由此判断混合物中有干 扰组分,因此尝试对数据进行三组分的分解,结果如图 2所示： 在图 2 中,可以观察到： 曲线 1 主要的荧光峰在发射波长分别为 360nm和410nm附近，与土壤有机质的荧光特性相符合，可知曲 线 1 表示土壤有机质的荧光谱； 曲线 2 部分与曲线 1 重合, 为有 机质中干扰因素；曲线 3主要的荧光峰在发射波长分别为 39

9、3.5nm和418nm处，393.5nm与溶液中蒽的荧光峰值 399nm相 差5.5nm, 418nm与溶液中蒽的荧光峰值 423nm相差5nm相差 的数值是由土壤介质中干扰因素造成的， 与溶液中蒽的荧光峰值 位置相比发生短移。基本符合蒽的荧光特性，因此可判定曲线 3 表示蒽的荧光光谱。由此可知三维荧光光谱结合 PARAFA分析法 对混合物质实现了有效的分解。3 结论本文探究的是土壤中有机质与 PAHs混合物的荧光特性及辨 析。首先，标准土壤中含有一定量的有机质，对其直接进行荧光 光谱的检测，同时对典型 PAHs（如蒽）进行荧光光谱的检测， 获得二者的最佳激发 / 发射波长，得到相应特征光谱信息。再运用PAR