CN110987883B - 一种减小土壤有机质对多环芳烃荧光工作曲线影响的校正方法 - Google Patents

一种减小土壤有机质对多环芳烃荧光工作曲线影响的校正方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于检测方法领域，涉及土壤中多环芳烃的检测，尤其是一种减小土壤有机质对多环芳烃荧光工作曲线影响的校正方法，本发明中，通过添加等梯度浓度的多环芳烃和不同浓度的腐殖酸，制取相应的土壤样品，形成多个实验样本。之后将荧光光谱技术和紫外‑可见漫反射光谱技术相结合,分别建立相应的荧光强度矩阵F和修正矩阵M,通过上述矩阵进行校正，采用公式
Figure DDA0002276576930000011
计算得到土壤样品的校正荧光强度矩阵Fc，之后再结合已知的多环芳烃浓度矩阵C建立相应的校正工作曲线，采用该方法可快速、有效的实现土壤有机质对PAHs荧光工作曲线影响的校正，为荧光谱技术应用于现场检测土壤中多环芳烃检测提供理论和实验基础。

Description

一种减小土壤有机质对多环芳烃荧光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，涉及土壤中多环芳烃的检测，尤其是一种减小土壤有机质对 多环芳烃荧光工作曲线影响的校正方法。
背景技术
多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs)是由两个或两个以上的苯环以稠环 或非稠环形式相连接的有机化合物，大部分PAHs具有致癌性、致畸性和致突变性，是重要 的环境和食品污染物。土壤是一种重要的环境载体，承担着90％以上的多环芳烃环境负荷[4]。 大气中的PAHs可通过沉降、吸附和沉积等过程进入土壤系统，在农作物中积累影响农产品 的品质，并最终通过食物链，对人体健康产生极其严重的危害。我国的土壤已经普遍受PAHs 污染，修复和治理土壤中的PAHs已刻不容缓。但首先需要明确土壤中多环芳烃的分布和浓 度。
荧光光谱技术由于灵敏度高、选择性好，可实现快速、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。但众所周知，土壤有机质也会产生荧光，荧光仪器所检测的是 土壤中PAHs荧光信息与有机质荧光信息的叠加，这对于土壤PAHs快速实时荧光检测技术的 发展无疑是一种挑战。相对于大多数PAHs，有机质的荧光寿命较短，基于这个原理，人们采 用时间分辨荧光光谱技术实现有机质荧光与PAHs荧光的分离，从而减小土壤有机质荧光对 定量分析PAHs的影响，但该方法对于寿命较短的PAHs，无法进行二者荧光的分离。本发明 是针对土壤有机质对PAHs荧光的影响，提出并建立一种减小土壤有机质对PAHs荧光工作曲 线的校正方法。
具体实施方式
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种将荧光光谱技术和紫外-可见漫反射光谱技 术相结合，建立一种减小土壤有机质对多环芳烃荧光工作曲线影响的校正方法，为现场土壤 中多环芳烃检测提供理论和实验基础。
本发明采取的技术方案是：
1、一种减小土壤有机质对多环芳烃荧光工作曲线影响的校正方法，其特征在于：包括如 下步骤：
步骤1：制备多个不同浓度多环芳烃、不同浓度腐殖酸的土壤样品；
步骤2：根据步骤1中不同浓度多环芳烃、不同浓度腐殖酸的土壤样品，建立相应多环 芳烃浓度矩阵C；
步骤3：扫描步骤1中制备的每个土壤样品相应的荧光谱和紫外-可见漫反射光谱,得到 每个土壤样品的荧光谱和紫外-可见紫外-可见漫反射光谱；
步骤4：对于步骤3中的荧光谱，选定用于建立定量分析多环芳烃工作曲线的荧光谱带A；
步骤5：对于步骤3中的紫外-可见漫反射光谱，选定用于校正工作曲线的紫外-可见漫 反射光谱波长范围；
步骤6：对步骤5中所选择的紫外-可见漫反射光谱波长范围的光谱曲线进行积分，得到 相应的积分矩阵D
步骤7：对步骤6中得到的积分矩阵D进行二次方根计算，得到对应的二次方根矩阵E；
步骤8：对步骤7中得到的二次方根矩阵进行e次幂计算，得到对应的修正矩阵M；
步骤9：提取步骤4中定量荧光谱带M处的荧光强度，得到相应荧光强度矩阵F；
步骤10：通过步骤8中得到的修正矩阵M对步骤9中所提取的荧光强度矩阵F进行校正， 即
Figure BDA0002276576910000021
得到每个土壤样品的校正荧光强度矩阵Fc；
步骤11：根据步骤10得到的校正荧光强度矩阵Fc和步骤2中建立的多环芳烃浓度矩阵。
C，建立校正工作曲线。
本发明的优点和积极效果是：
本发明中，通过添加等梯度浓度的多环芳烃和不同浓度的腐殖酸，制取相应的土壤样品， 形成多个实验样本。之后将荧光光谱技术和紫外-可见漫反射光谱技术相结合,分别建立相应 的荧光强度矩阵F和修正矩阵M,通过上述矩阵进行校正，采用公式
Figure BDA0002276576910000031
计算得到土壤样 品的校正荧光强度矩阵Fc，之后再结合已知的多环芳烃浓度矩阵C建立相应的校正工作曲线， 采用该方法可快速、有效的实现土壤有机质对PAHs荧光工作曲线影响的校正，为荧光谱技术 应用于现场检测土壤中多环芳烃检测提供理论和实验基础。
附图说明
图1为不同浓度菲、不同浓度腐殖酸的各土壤样品在240nm波长光激发下的荧光谱；
图2为不同浓度菲、不同浓度腐殖酸的各土壤样品的紫外-可见漫反射光谱；
图3为校正之后，土壤中菲荧光工作曲线；
图4为校正之前，土壤中菲荧光工作曲线。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能 以下述实施例来限定本发明的保护范围。
多环芳烃是由两个或两个以上苯环连接而成的有机化合物，包括蒽、菲、荧蒽等150余 种化合物，下面以菲为实施例，结合附图对本发明的校正方法进行详细说明。
一种减小土壤有机质对多环芳烃荧光工作曲线影响的校正方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：制备多个不同浓度多环芳烃、不同浓度腐殖酸的土壤样品；
本实施例中，所述步骤1中的土壤样本为天津农学院校内的土壤，经烘干和过筛操作， 得到土壤样本。
本实施例中，分别取不同量的腐殖酸粉末(分析纯，购置于西格玛奥德里奇贸易有限公 司)加入到土壤样本中，研磨均匀，制得不同腐殖酸含量的土壤样品。将菲粉末(分析纯， 购置于天津希恩思生化科技有限公司)溶于二氯甲烷，摇匀制成溶液，取相应量的菲溶液用 玻璃棒引流浇到上述土壤样本中，并将其置于通风橱中，等二氯甲烷完全挥发之后，将风干 的菲土壤样品进行研磨，保证菲均匀混合在土壤中，制备相应的土壤样品。
步骤2：根据步骤1中不同浓度菲、不同浓度腐殖酸的土壤样品，建立相应菲浓度矩阵C；
本实施例中，配置8个不同浓度菲、不同浓度腐殖酸的土壤样品：菲浓度C分别为4.5mg/g、 5.0mg/g、5.5mg/g、6.0mg/g、6.5mg/g、7.0mg/g、7.5mg/g、8.0mg/g。其中4.5mg/g、和8.0mg/g的样品添加腐殖酸的含量为5mg/g；5mg/g的样品添加腐殖酸的含量为4mg/g；6.0mg/g和7.5mg/g的样品添加腐殖酸的含量为3mg/g；5.5mg/g、和6.5mg/g的样品添 加腐殖酸的含量为1mg/g；7mg/g的样品中没有添加腐殖酸。
步骤3：扫描步骤1中制备的每个土壤样品的荧光谱和紫外-可见漫反射光谱，得到每个 土壤样品的荧光谱和紫外-可见漫反射光谱；
本实施例中，采用美国珀金埃尔默公司生产的LS-55荧光分光光度计，对制备的土壤样 品进行荧光光谱扫描，得到每一样品的荧光光谱。
仪器参数设置如下：激发光源波长为240nm，荧光谱的波长范围为370-520nm，激发和 发射单色仪狭缝宽度分别为10nm和10nm，光电倍增管电压为650，扫描速率为1000nm/min。
如图1所示，菲在土壤中存在两个明显的特征荧光峰，其位置分别在389nm和411nm处，根据荧光谱确定用于制作定量分析菲荧光工作曲线的定量特征谱带A为398nm。
与此同时，采用美国珀金埃尔默公司生产的紫外-可见分光光度计对制备的土壤样品进 行紫外-可见漫反射光谱扫描，得到每一样品的紫外-可见漫反射光谱。
仪器参数设置如下：扫描范围200-850nm，狭缝宽度2nm，扫描速度485nm/min。
如图2所示，可见不同浓度菲、不同浓度腐殖酸土壤样品在200-900nm范围的漫反射 光谱强度存在差异，根据紫外-可见漫反射光谱确定用于校正该菲荧光工作曲线的紫外-可见 漫反射谱波长范围为220nm-310nm。
步骤4：对于步骤3中的8个菲土壤样本荧光谱，选定用于建立定量分析菲工作曲线的 荧光谱带A；
步骤5：对于步骤3中的8个菲土壤样本紫外-可见漫反射光谱，选定用于校正工作曲线 的紫外-可见漫反射光谱波长范围为220nm-310nm；
步骤6：对步骤5中所选择的紫外-可见漫反射光谱220nm-310nm范围的光谱曲线进行 积分，得到相应的积分矩阵D；
步骤7：对步骤6中得到的积分矩阵D进行二次方根计算，得到对应的二次方根矩阵E；
步骤8：对步骤7中得到的二次方根矩阵进行e次幂计算，得到对应的修正矩阵M；
步骤9：提取步骤4中的8个菲土壤样本在398nm处的荧光强度，得到相应荧光强度矩 阵F；
步骤10：通过步骤8中得到的修正矩阵M对步骤9中所提取的荧光强度矩阵F进行校正， 通过公式
Figure BDA0002276576910000051
得到每个土壤样品的校正荧光强度矩阵Fc；
Figure BDA0002276576910000052
步骤11：根据步骤10得到的校正荧光强度矩阵Fc和步骤2中建立的多环芳烃浓度矩阵 C，建立横纵坐标轴，以Fc为纵轴，C为横轴，建立校正工作曲线(如图3所示)。
Fc＝-5.04+2.53C (2)
为了比较，对不同浓度菲、不同浓度腐殖酸土壤样品在398nm处的未校正荧光强度矩阵 F与土壤中菲浓度矩阵C建立工作曲线(如图4所示)，其方程为：
F＝-209.80+121.72C (3)
比较校正前后的工作曲线发现：校正工作曲线的复相关系数R2为0.946，未校正工作曲 线的复相关系数R2为0.897。从上述结果可以看出：校正后的荧光强度与菲浓度有较好的线 性关系，表明该专利所申请的校正方法可以有效的减小土壤有机质对菲荧光工作曲线的影响。
经过实验证明，对于土壤中任何一种多环芳烃，包括芘、菲、荧蒽等，均可通过本申请 所建立的校正方法减小土壤中有机质对定量分析多环芳烃工作曲线的影响。

Claims (1)

1.一种减小土壤有机质对多环芳烃荧光工作曲线影响的校正方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：制备多个不同浓度多环芳烃、不同浓度腐殖酸的土壤样品；
步骤2：根据步骤1中不同浓度多环芳烃、不同浓度腐殖酸的土壤样品，建立相应多环芳烃浓度矩阵C；
步骤3：扫描步骤1中制备的每个土壤样品相应的荧光谱和紫外-可见漫反射光谱,得到每个土壤样品的荧光谱和紫外-可见漫反射光谱；
步骤4：对于步骤3中的荧光谱，选定用于建立定量分析多环芳烃工作曲线的荧光谱带A；
步骤5：对于步骤3中的紫外-可见漫反射光谱，选定用于校正工作曲线的紫外-可见漫反射光谱波长范围；
步骤6：对步骤5中所选择的紫外-可见漫反射光谱波长范围的光谱曲线进行积分，得到相应的积分矩阵D；
步骤7：对步骤6中得到的积分矩阵D进行二次方根计算，得到对应的二次方根矩阵E；
步骤8：对步骤7中得到的二次方根矩阵进行e次幂计算，得到对应的修正矩阵M；
步骤9：提取步骤4中定量荧光谱带M处的荧光强度，得到相应荧光强度矩阵F；
步骤10：通过步骤8中得到的修正矩阵M对步骤9中所提取的荧光强度矩阵F进行校正，即
Figure FDA0002276576900000011
得到每个土壤样品的校正荧光强度矩阵Fc；
步骤11：根据步骤10得到的校正荧光强度矩阵Fc和步骤2中建立的多环芳烃浓度矩阵C，建立校正工作曲线。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113155789B (zh) * 2021-02-01 2022-07-26 天津农学院 一种减小土壤类型对多环芳烃荧光强度影响的校正方法
CN113899406B (zh) * 2021-10-26 2022-07-19 浙江大学 基于多光谱和时域反射的土壤多元污染物识别探头的污染探测方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002168789A (ja) * 2000-11-29 2002-06-14 Takashi Inaga 多環芳香族炭化水素類の検出法および装置
CN105675562A (zh) * 2016-01-20 2016-06-15 天津农学院 一种基于二维荧光相关谱的水中多环芳烃的检测方法
CN106442447A (zh) * 2016-09-21 2017-02-22 天津农学院 减小土壤粒径对多环芳烃工作曲线影响的校正方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100068821A1 (en) * 2008-09-12 2010-03-18 St Germain Randy Method for detection and analysis of aromatic hydrocarbons from water

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002168789A (ja) * 2000-11-29 2002-06-14 Takashi Inaga 多環芳香族炭化水素類の検出法および装置
CN105675562A (zh) * 2016-01-20 2016-06-15 天津农学院 一种基于二维荧光相关谱的水中多环芳烃的检测方法
CN106442447A (zh) * 2016-09-21 2017-02-22 天津农学院 减小土壤粒径对多环芳烃工作曲线影响的校正方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Identification and quantification of known polycyclic aromatic hydrocarbons and pesticides in complex mixtures using fluorescence excitation–emission matrices and parallel factor analysis;Nicolas Ferretto等;《Chemosphere》;20140123;第107卷;第344-353页 *
Tracing dissolved organic matter in aquatic environments using a new approach to fluorescence spectroscopy;Colin A. Stedmon等;《Marine Chemistry》;20030611;第82卷(第3-4期);第239-254页 *
不同固液相组分下土壤蒽的激光诱导荧光发射光谱特性研究;黄尧等;《光电子激光》;20190315;第30卷(第03期);第50-56页 *
二维相关谱在环境科学中的应用与展望;杨仁杰等;《光谱学与光谱分析》;20190615;第39卷(第06期);第18-22页 *

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