水体中溶解有机物激光诱导荧光光谱分析方法

讨论了用激光诱导荧光(LIF)的方法分析水体中溶解有机物(DOM)的含量，利用拉曼散射信号对荧光光谱进行归一化处理，消除激发光强度和水体对荧光的二次吸收和接收条件等因素的影响，并给出了理论依据，由此依据得出了非线性浓度校准的数学模型。利用这个数学模型对实验数据进行非线性拟合，拟合的相关系数高于0.99。该浓度校准的数学模型，考虑到了水体对荧光信号的二次吸收以及溶液浓度的变化对二次吸收的影响，结果表明它可作为不同水体的通用浓度校准的数学模型对水体中的DOM进行定量分析。 ### 水体中溶解有机物激光诱导荧光光谱分析方法 #### 一、引言 当前，我国许多河流和湖泊遭受不同程度的污染，其中水体富营养化问题尤为严重。为了有效管理和保护水资源环境，迫切需要发展出一套快速且准确的水质监测技术。在此背景下，激光诱导荧光（Laser Induced Fluorescence, LIF）技术因其快速、实时、非接触以及无需化学试剂等特点，在自然水体中的溶解有机物（Dissolved Organic Matter, DOM）含量检测方面展现出巨大的应用潜力。 #### 二、实验原理与方法 ##### 2.1 实验装置 激光诱导荧光水质分析系统的核心装置主要包括：激光器、样品池、接收装置、光纤传输及光谱仪等部分。具体来说，系统采用法国QUANTEL公司BRILLIANT系列的Nd:YAG激光器作为光源，其产生的1064 nm波长光经过三倍频转换后获得355 nm的激发光。样品池中水体中的DOM在激发光的作用下产生荧光，该荧光信号通过望远镜接收后，经光纤传输至光谱仪进行光谱分析，最后由CCD探测器捕获信号并传输至计算机进行数据分析处理。 ##### 2.2 归一化模型 影响DOM荧光信号强度的因素众多，包括但不限于激发光强度、水体波动、接收距离以及溶液浓度等。为了消除这些因素的影响，研究采用了水的拉曼散射信号对DOM荧光信号进行归一化处理。具体而言，荧光信号与水拉曼强度的比值被称为荧光因子。通过对荧光因子与溶液浓度之间的关系进行数学建模，可以实现对DOM含量的定量分析。 #### 三、非线性浓度校准数学模型 在建立浓度校准数学模型时，研究考虑了水体对荧光信号的二次吸收以及溶液浓度变化对二次吸收的影响。传统的线性模型未能充分考虑这些因素，导致在较高浓度下的分析准确性降低。因此，本研究提出了一种非线性浓度校准数学模型，该模型通过引入额外的参数来反映溶液浓度变化对二次吸收的影响，从而提高校准曲线的精度。 利用该数学模型对实验数据进行非线性拟合，结果显示拟合的相关系数高于0.99，证明了该模型的有效性和准确性。进一步的研究表明，即使在不同类型的水体中，该数学模型也能保持较高的准确性，显示出其作为通用浓度校准模型的强大潜力。 #### 四、结论 本文介绍了一种基于激光诱导荧光技术的水体DOM含量分析方法。通过对荧光信号进行归一化处理并建立非线性浓度校准数学模型，成功消除了多种干扰因素对分析结果的影响。该方法不仅能够实现DOM含量的准确测定，而且具备较强的适应性和广泛的应用前景。未来，这一技术有望成为水质监测领域的一项重要工具，为水资源环境保护工作提供有力支持。