CN106442447B - 减小土壤粒径对多环芳烃工作曲线影响的校正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种减小土壤粒径对多环芳烃工作曲线影响的校正方法，包括以下步骤：用筛分设备对土壤进行过筛，过筛后分成N份，在每份土壤中加入多环芳烃，混合均匀，得到N种不同浓度多环芳烃的多环芳烃土壤；用激发光源激发多环芳烃土壤，得到多环芳烃土壤的荧光谱，确定定量吸收谱带A和瑞利散射谱带B；提取多环芳烃土壤的定量吸收谱带A的荧光强度，得到定量吸收强度；提取多环芳烃土壤的瑞利散射谱带B的散射强度，得到瑞利散射强度；对定量吸收强度进行校正，得到校正荧光强度Fs；根据Fs和浓度C建立校正后的工作曲线。本发明的校正方法可快速、有效的实现土壤粒径对多环芳烃工作曲线影响的校正。

Description

减小土壤粒径对多环芳烃工作曲线影响的校正方法
技术领域
本发明属于检测方法领域，具体来说涉及一种减小土壤粒径对多环芳烃工作曲线影响的校正方法。
背景技术
2016年5月31日，国务院印发了《土壤污染防治行动计划》，该计划指出：到2020年，全国土壤污染加重趋势得到初步遏制。多环芳烃(PAHs)在环境中无处不在，许多PAHs具有致癌性、致畸性、致突变性、并且具有生物累积性，能长期留存在环境中，因此许多国家已将多环芳烃作为空气和土壤污染检测的对象。土壤作为一种重要的环境介质，承担着90％以上的PAHs环境负荷，所以PAHs对土壤的污染问题尤为突出。近年来，国内学者对土壤中的PAHs污染进行了大量的现场调查研究，结果表明，美国环保局规定的16种优先控制的PAHs在我国土壤中都有不同程度的检出，且检出率非常高。对于土壤中多数多环芳烃(双环和三环)，可通过生物降解的方法进行修复，但修复之前需要清楚土壤中多环芳烃污染物的种类和含量。因此，寻求一种便捷、快速、可现场分析土壤中PAHs污染物的检测方法已成为环保和农业部门亟需解决的重大问题之一。
目前，已经有不少研究土壤中多环芳烃的检测方法，如气相色谱法、高效液相色谱法、气质联用技术等，但这些方法都需要复杂的预处理，无法实现快速、现场检测。荧光光谱技术由于其选择性高、快速、可实现现场检测等优点，已经被广泛应用于土壤中多环芳烃的检测。但是，在研究过程中发现：土壤粒径严重影响着PAHs的荧光强度，这对于荧光光谱技术的土壤多环芳烃快速实时检测技术的发展无疑是一种挑战。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种减小土壤粒径对多环芳烃工作曲线影响的校正方法，该校正方法以瑞利散射强度为桥梁，建立土壤粒径与土壤中多环芳烃荧光强度之间的关系，通过瑞利散射强度实现土壤粒径对多环芳烃荧光强度影响的有效校正。
为此，本发明的技术方案如下：
一种减小土壤粒径对多环芳烃工作曲线影响的校正方法，包括以下步骤：
1)用筛分设备对土壤进行过筛，过筛后分成N份，在每份土壤中加入多环芳烃，混合均匀，得到N种不同浓度多环芳烃的多环芳烃土壤，其中，N份多环芳烃土壤的多环芳烃的浓度C分别为c1、c2、c3……cN，N为正整数，可以为2、3、4、5、6……；
2)用激发光源激发所述多环芳烃土壤，得到多环芳烃土壤的荧光谱，根据所述荧光谱确定用于制作多环芳烃工作曲线的定量吸收谱带A和用于校正该多环芳烃工作曲线的瑞利散射谱带B；
3)提取N份所述多环芳烃土壤的定量吸收谱带A的荧光强度，得到定量吸收强度F＝f1、f2、f3……fN；
4)提取N份所述多环芳烃土壤的瑞利散射谱带B的散射强度，得到瑞利散射强度G＝g1、g2、g3……gN；
5)通过公式(1)以及瑞利散射强度G对步骤3)中所述定量吸收强度F进行校正，得到N份多环芳烃土壤的校正荧光强度Fs；
Fs＝F/G＝fi/gi＝fs1、fs2……fsN,i＝1、2……N， (1)
6)根据步骤5)中所述校正荧光强度Fs和多环芳烃土壤的N种浓度C建立校正后的工作曲线。
在上述技术方案中，在所述步骤6)后，用目数小于或大于步骤1)中筛分设备至少30目的筛分设备，重复步骤1)～6)对所述校正后的工作曲线进行验证。
在上述技术方案中，在所述步骤1)种，所述筛分设备的目数为40～160目。
在上述技术方案中，在所述步骤1)中，所述N＝10。
在上述技术方案中，在所述步骤1)中，用筛分设备对土壤进行过筛，过筛后均分成N份。
在上述技术方案中，在所述步骤2)中，激发光源波长为280～320nm。
在上述技术方案中，激发光源波长为304nm。
在上述技术方案中，所述荧光谱的波长范围为220～700nm。
在上述技术方案中，所述多环芳烃为蒽。
本发明的校正方法可快速、有效的实现土壤粒径对多环芳烃工作曲线影响的校正。
附图说明
图1为蒽浓度为0.005g/g的蒽土壤在波长为304nm光激发下的荧光谱；
图2为不同粒径的蒽浓度为0.005g/g的蒽土壤的荧光谱；
图3为蒽土壤在280～340nm与400～480nm的同步二维相关谱；
图4为80目蒽土壤的蒽工作曲线；
图5为80目蒽土壤的蒽校正后的工作曲线；
图6为160目蒽土壤的蒽工作曲线；
图7为160目蒽土壤的蒽校正后的工作曲线。
具体实施方式
多环芳烃为分子中含有两个以上苯环的碳氢化合物，包括萘、蒽、菲、芘等150余种化合物，下面以蒽为实施例，结合附图对本发明的校正方法进行详细说明。
蒽为分析纯，购买自天津希恩思生化科技有限公司；荧光光谱采集采用美国PE公司生产的LS-55荧光分光光度计，光源为脉冲氙灯，样品池使用仪器自带的固体附件(弹簧压片底座)。激发光源波长为304nm，荧光谱的发射波长范围为220～700nm，激发和发射单色仪狭缝宽度分别为5nm和3nm，扫描速率为1000nm/min。
在本发明具体实施方式中，土壤采集自天津农学院校园，为了排除实验所使用土壤本底(即天津农学院校园采集的土壤)对后续蒽荧光的分析产生影响，必须确定土壤本底是否产生荧光。所以，首先采集天津农学院校园的土壤的三维荧光谱(激发光源波长220～350nm，发射波长220～700nm)，研究发现，实验所用的土壤本底未见荧光，因此排除实验所使用土壤本底对后续蒽荧光的分析产生影响。
制备蒽浓度为0.005g/g的蒽土壤：将采自天津农学院校园的土壤进行高温(200～300度)烘烤，得到实验土壤，将实验土壤置于玛瑙研钵进行研磨(研磨时间大于60min)，研磨后均分为7份，每份土壤过一种目数的标准筛，过筛后每份土壤称取1g，得到7份、每份1g的土壤，其中，7种目数分别为40目、60目、80目、100目、120目、140目和160目。研磨蒽(研磨时间大于60min)，并称取7份、每份0.005g的蒽粉末；在上述7份土壤的每份土壤中分别加入0.005g蒽粉末，混合至均匀，得到7个不同粒径且蒽浓度均为0.005g/g的蒽土壤。
图1是浓度为0.005g/g的40目蒽土壤在波长为304nm光激发下的荧光谱。由图可知，蒽在土壤中存在三个明显的特征荧光峰，特征荧光峰的波峰分别为421nm、442nm和470nm。值得注意的是在图1中，304nm和608nm出现较强的峰，其分别来自光源激发光的一级和二级瑞利散射光。
图2是7种不同粒径且蒽浓度均为0.005g/g的蒽土壤在304nm波长光激发下的荧光谱。为了便于观察土壤中蒽荧光强度随土壤粒径的变化，图2仅给出了350～550nm范围内蒽荧光强度随土壤粒径的变化。在图2中，土壤粒径沿着箭头的方向(从下往上)从小到大变化，由图可知，随着土壤粒径的不断增大，蒽在土壤中荧光峰的强度也在不断的增大。需要说明的是，蒽在土壤中三个荧光峰所处的波长位置并未随土壤粒径的变化而发生改变。
为了说明土壤的瑞利散射光强度、蒽荧光强度以及土壤粒径之间的关系，在280～340nm与400～480nm区间进行同步二维相关谱计算。如图3所示，(304，421)nm、(304，442)nm和(304，470)nm处都存在正的交叉峰，这表明304nm处瑞利散光强度与421nm、442nm和470nm处蒽荧光强度都随着外扰(土壤粒径)变化方向相同，即随着土壤粒径的增大，其强度也在增大。综上所述，土壤粒径严重影响着蒽的荧光强度。
下面结合附图对本发明的校正方法进行详细说明。
1)用玛瑙研钵对实验土壤进行研磨(研磨时间大于60min)，研磨后过目数为80的标准筛，得到80目土壤，将80目土壤均分成10份，并在每份80目土壤中加入蒽,配置成蒽浓度C为0.001g/g、0.002g/g、0.003g/g、0.004g/g、0.005g/g、0.006g/g、0.007g/g、0.008g/g、0.009g/g和0.01g/g的80目蒽土壤(浓度范围为0.001～0.01g/g，间隔0.001g/g)。
2)用304nm的激发光源激发蒽浓度C为0.005g/g的80目蒽土壤，得到蒽土壤的荧光谱(峰形与图1相同)，根据荧光谱确定用于制作蒽工作曲线的定量吸收谱带A为421nm和用于校正该蒽工作曲线的瑞利散射谱带B为304nm。
3)提取10种不同蒽浓度的80目蒽土壤在421nm处的荧光强度，得到定量吸收强度F＝f1、f2、f3……f10，并与蒽浓度C(c1、c2、c3……c10)之间建立工作曲线(见图4)为：
F＝-24+17792C (2)
4)提取10种蒽浓度的80目蒽土壤在304nm处的散射强度，得到瑞利散射强度G＝g1、g2、g3……g10。
5)通过公式(1)以及瑞利散射强度G对步骤3)中荧光强度F进行校正，得到80目蒽土壤的校正荧光强度Fs。
Fs＝F/G＝fi/gi＝fs1、fs2……fs10,i＝1、2……10， (1)
6)根据步骤5)中校正荧光强度Fs和蒽土壤的10种蒽浓度C建立校正后的工作曲线(见图5)：
Fs＝-4.41+3367C (3)
对校正后的工作曲线进行验证，验证其有效性：
1)用玛瑙研钵对实验土壤进行研磨(研磨时间大于60min)，研磨后过目数为160的标准筛，得到160目土壤，将160目土壤均分成10份，并在每份160目土壤中加入蒽,配置成蒽浓度C为0.001g/g、0.002g/g、0.003g/g、0.004g/g、0.005g/g、0.006g/g、0.007g/g、0.008g/g、0.009g/g和0.01g/g的160目蒽土壤。
2)用304nm的激发光源激发蒽浓度C为0.005g/g的160目蒽土壤，得到蒽土壤的荧光谱(峰形与图1相同)，根据荧光谱确定用于制作蒽工作曲线的定量吸收谱带A为421nm和用于校正该蒽工作曲线的瑞利散射谱带B为304nm。
3)提取10种不同蒽浓度的160目蒽土壤在421nm处的荧光强度，得到定量吸收强度F＝f1、f2、f3……f1o，并与蒽浓度C(c1、c2、c3……c10)之间建立工作曲线(见图6)为：
F＝-21+15047C (4)
4)提取10种蒽浓度的160目蒽土壤在304nm处的散射强度，得到瑞利散射强度G＝g1、g2、g3……g10。
5)通过公式(1)以及瑞利散射强度G对步骤3)中荧光强度F进行校正，得到160目蒽土壤的校正荧光强度Fs。
Fs＝F/G＝fi/gi＝fs1、fs2……fs10,i＝1、2……10， (1)
6)根据步骤5)中校正荧光强度Fs和蒽土壤的10种蒽浓度C建立校正后的工作曲线(见图7)：
Fs＝-4.74+3304C (5)
通过上述分析可知：对于不同粒径，但同样浓度的蒽土壤样品，与校正前工作曲线(2)和(4)相比(其相关系数R分别为0.986和0.990)，校正后的工作曲线(3)和(5)的斜率比较接近(其相关系数分别为0.991和0.992)，说明本发明的校正方法可有效降低土壤粒径对蒽标准曲线的影响。
经过实验证明，多环芳烃中其它萘、菲、芘等150余种化合物均能建立与本发明实施例中蒽类似的校正后的工作曲线，该校正后的工作曲线均可减小土壤粒径对多环芳烃工作曲线影响。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种减小土壤粒径对多环芳烃工作曲线影响的校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)用筛分设备对土壤进行过筛，过筛后分成N份，在每份土壤中加入多环芳烃，混合均匀，得到N种不同浓度多环芳烃的多环芳烃土壤，其中，N份多环芳烃土壤的多环芳烃的浓度C分别为c1、c2、c3……cN；
2)用激发光源激发所述多环芳烃土壤，得到多环芳烃土壤的荧光谱，根据所述荧光谱确定用于制作多环芳烃工作曲线的定量吸收谱带A和用于校正该多环芳烃工作曲线的瑞利散射谱带B；
3)提取N份所述多环芳烃土壤的定量吸收谱带A的荧光强度，得到定量吸收强度F＝f1、f2、f3……fN；
4)提取N份所述多环芳烃土壤的瑞利散射谱带B的散射强度，得到瑞利散射强度G＝g1、g2、g3……gN；
5)通过公式(1)以及瑞利散射强度G对步骤3)中所述定量吸收强度F进行校正，得到N份多环芳烃土壤的校正荧光强度Fs；
Fs＝F/G＝fi/gi＝fs1、fs2……fsN,i＝1、2……N， (1)
6)根据步骤5)中所述校正荧光强度Fs和多环芳烃土壤的N种浓度C建立校正后的工作曲线。
2.根据权利要求1所述的校正方法，其特征在于，在所述步骤6)后，用目数小于或大于步骤1)中筛分设备至少30目的筛分设备，重复步骤1)～6)对所述校正后的工作曲线进行验证。
3.根据权利要求2所述的校正方法，其特征在于，在所述步骤1)种，所述筛分设备的目数为40～160目。
4.根据权利要求1或3所述的校正方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述N＝10。
5.根据权利要求4所述的校正方法，其特征在于，在所述步骤1)中，用筛分设备对土壤进行过筛，过筛后均分成N份。
6.根据权利要求1所述的校正方法，其特征在于，在所述步骤2)中，激发光源波长范围为280～320nm。
7.根据权利要求6所述的校正方法，其特征在于，激发光源波长为304nm。
8.根据权利要求1所述的校正方法，其特征在于，所述荧光谱的波长范围为220～700nm。
9.根据权利要求1所述的校正方法，其特征在于，所述多环芳烃为蒽。
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