多波長便攜式有機(jī)污染物光譜快速檢測裝置的研制及應(yīng)用

摘要 針對(duì)地表水中有機(jī)污染物現(xiàn)場、快速和準(zhǔn)確檢測的需求，采用紫外發(fā)光二極管（UV-LED）研制了一種多波長便攜式光譜檢測裝置，并開發(fā)了相應(yīng)的光譜檢測方法。通過測量熒光光譜和吸收光強(qiáng)度，結(jié)合多波長光譜相關(guān)性計(jì)算方法對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行分析，可對(duì)在260～370 nm 紫外區(qū)有響應(yīng)的有機(jī)污染物進(jìn)行定性和定量檢測。應(yīng)用本裝置和建立的方法對(duì)多環(huán)芳烴（PAHs）和羅丹明B 進(jìn)行檢測，在吸收模式下，蒽和羅丹明B 的線性范圍分別為10～100 mg/L 和8.5～100 mg/L；在熒光模式下，蒽和羅丹明B 的線性范圍分別為0.006～50 mg/L和0.02～0.78 mg/L；在吸收/熒光雙模式下，蒽和羅丹明B 的檢測范圍可分別擴(kuò)大到0.006～100 mg/L 和0.02～100 mg/L。在吸收和熒光模式下，本方法檢測地表水中PAHs 的加標(biāo)回收率分別為97.4%～105.1%（蒽）和84.5%～91.2%（蒽、萘和芘），兩種模式下均具有良好的檢測準(zhǔn)確性。采用優(yōu)化的多波長光譜相關(guān)性計(jì)算方法對(duì)PAHs 混合物進(jìn)行識(shí)別驗(yàn)證，結(jié)果表明，在目標(biāo)物的線性濃度范圍內(nèi)，本方法用于識(shí)別含有單一或混合目標(biāo)物的兩種不同濃度溶液時(shí)，其相似度可達(dá)到75%以上；在識(shí)別兩種不同物質(zhì)的溶液時(shí)，相似度低于25%，表明本方法對(duì)目標(biāo)物具有較好的識(shí)別性。本研究將熒光和吸收光譜雙檢測模式結(jié)合，拓展了光譜法在水質(zhì)污染物快速識(shí)別和檢測中的應(yīng)用范圍，為地表水中PAHs 的現(xiàn)場快速檢測提供了有效手段。

關(guān)鍵詞 熒光光譜；多波長紫外發(fā)光二極管；地表水；多環(huán)芳烴；快速檢測

地表水水質(zhì)監(jiān)測是保障水質(zhì)安全的重要手段之一，目前常用的一些水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)如溶解氧、電導(dǎo)率、pH 值、氧化還原電位、濁度、鹽度、硝酸鹽、氨氮及部分鹵離子等均可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場快速檢測，但是對(duì)于水中低含量的毒性有機(jī)污染物則缺乏有效的現(xiàn)場快速檢測手段。由于地表水水質(zhì)（特別是水源地）直接關(guān)系到人類健康，國家對(duì)地表水的監(jiān)測要求不斷提高，水質(zhì)的現(xiàn)場快速檢測指標(biāo)已從常規(guī)指標(biāo)擴(kuò)展到特征污染物指標(biāo)，水中毒性有機(jī)污染物含量已成為重點(diǎn)監(jiān)控指標(biāo)之一[1-2]。多環(huán)芳烴（PAHs）是一類對(duì)人體具有較強(qiáng)的毒性、致突變性和致癌性的有機(jī)污染物，在水環(huán)境中廣泛存在，是地表水環(huán)境質(zhì)量重點(diǎn)監(jiān)控的污染物之一[3]。目前，對(duì)PAHs 的檢測主要在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，檢測方法主要包括氣相色譜法、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法和高效液相色譜法等[4-6]。這些方法通常需要對(duì)樣品進(jìn)行前處理[7]，操作較繁瑣且耗時(shí)較長[8]，難以滿足對(duì)該類污染物現(xiàn)場快速篩查和分析的需求[9]。目前已有的PAHs 快速檢測技術(shù)主要包括熒光檢測技術(shù)和電化學(xué)傳感器技術(shù)等[10-12]，其中，熒光檢測技術(shù)應(yīng)用最廣，但常用的便攜式熒光檢測儀存在光源波長單一、靈敏度低和檢測范圍窄等不足。針對(duì)地表水中PAHs 復(fù)雜多變的特點(diǎn)[13]，亟需開發(fā)污染物快速識(shí)別及準(zhǔn)確定量的檢測方法及儀器。

本研究針對(duì)地表水中有機(jī)污染物PAHs準(zhǔn)確、快速檢測的需求[14]，搭建了一個(gè)基于多波段光譜的便攜式檢測裝置，并開發(fā)了相應(yīng)的快速檢測方法。本裝置具有熒光和吸收兩種檢測模式，能夠?qū)δ繕?biāo)物進(jìn)行選擇性識(shí)別和高靈敏檢測，可檢測在260～370 nm紫外區(qū)有吸收的物質(zhì)，適用于地表水中PAHs的現(xiàn)場快速檢測。