三維熒光光譜技術在多個領域的應用現狀

　　摘 要：由于光譜儀器的迅速發展，光譜技術也被廣泛的應用。三維熒光光譜分析技術作為一種高效鑒別檢測手段，以其鑒定速度快的優勢在諸多應用領域受到了普遍重視。本文分析總結了三維熒光光譜分析技術在多個領域的應用，并進行展望。

　　關鍵詞：三維熒光光譜;多個領域應用

　　隨著時代科技的迅速發展，環境問題也隨之而來，污染物種類越來越多，嚴重危害著人類的健康。如何快速準確地確認污染物質種類是各行各業分析者追求的目標。三維熒光光譜(three-dimensional fluorescence spectroscopy)技術具有簡便、快速、靈敏和選擇性好等優點，可用于鑒定和測定有機物、無機物、藥物、生物物質等，目前廣泛應用于環保、生物、醫學、工業、化學等領域。

　　1、三維熒光技術應用領域

　　1.1水質檢測

　　當前環境問題越來越嚴峻，其中水質安全涉及人類日常生活的方方面面，因此水質檢測成為相關研究人員關注的重點。三維熒光分析可用于檢測水中各類有機物質，根據水質用途主要應用與生活飲用水、生活污水以及地表水水質檢測方面。

　　(1)生活飲用水

　　目前，三維熒光光譜被廣泛應用于飲用水處理和測試領域。陳方等[1]提出利用三維熒光光譜技術結合AVM分類模型和PARAFAC特征提取方法，通過設計實驗測定區分自來水樣品和有機物自來水溶液。實驗結果表明，該方法可以有效檢測飲用水中有機污染物的特征，具有實際應用價值。

　　(2)生活污水

　　隨著國民經濟和城市人口的迅速增長，大量城市污水進入的城市污水處理廠的監測和處理水平已成為人們關注的焦點，出水的質量和檢測的效率會直接影響到一個污水處理廠的污水處理能力[2]。傳統分析手段需要工作人員人工采集水樣在實驗室完成，耗時耗力，且無法實時監測水質變化情況。目前有總有機碳(TOC)、總磷(TP)、總氮(TN)等的在線監測設備，但該類設備一般體積龐大、成本昂貴，且只能監測一種指標，難以被廣泛應用于污水處理廠[3]。三維熒光光譜分析法可以有效應對這些問題，完成多種水質指標的同時在線分析，很好地反映污水處理過程中污染物的種類、性質和數量等信息。

　　帥磊等[4]將三維熒光光譜法與平行因子法和熒光區域積分法相結合，對城市生活污水廠各構筑物出水進行快速表征和分析，從而能夠解析污水中的熒光物質，獲得各熒光物質的三維熒光光譜圖及相應的得分和積分值。施俊[2]利用三維熒光光譜技術研究了各組分突光強度與常規有機物污染指標間的相關性，以期為建立基于三維熒光光譜的水質快速監測方法提供理論基礎。

　　(3)地表水

　　對于地表水中的污染物，盧松等[5]應用三維熒光光譜技術(3D-EEM)，研究了長壽湖和大洪海兩大湖水水體中溶解性有機質(DOM)的熒光光譜特征，討論沿岸生態系統差異對兩個湖泊中DOM性質及來源的影響。結果表明，人為干擾是導致兩個水體DOM地球化學特征存在明顯差異的重要原因。李曉潔等[6]利用三維熒光光譜與平行因子結合分析，對沈陽市5條黑臭水體進行分析，探究黑臭水體污染情況以及污染來源。結果表明DOM主要由類蛋白熒光組分、類富里酸熒光組分和類腐殖酸熒光成分組成。陸源有機質組分對黑臭水體DOM的貢獻率高達61.2%，微生物內源組分對黑臭水體DOM的貢獻率為25.5%。

　　1.2石油檢測

　　近年來，在地質、化工、冶金、化學等方面，三維熒光光譜技術也逐漸廣泛應用，尤其在石油領域也發揮愈發重要的作用，其主要應用于煉油廢水和檢測與識別兩個方面。

　　在煉油廢水方面，楊海涯等[7]利用三維熒光光譜技術快速測定冶金和石油行業排放污水中的礦物油含量。田廣軍等[8]提取多種礦物油樣品的熒光光譜分解和計算奇異值，并將所得數據進行組合，實現三維光譜反演重構，對污染油模式的識別和礦物油熒光信息文庫的建設有著重要意義。王玉田[9]通過繪制包絡線和模式識別神經網絡，利用三維熒光光譜技術提高了礦物油的鑒別效率。以上工作都為三維熒光光譜技術在煉油廢水分析方向奠定了基礎。

　　在石油的檢測和鑒別中，丁志群等[10]建立不同類型食用油的三維等高熒光光譜，降維處理后，發現不同類型食用油的三維熒光等高線譜具有典型的指紋特征，可用于鑒別食用油的品種。周艷蕾等[11]通過平行因子分析法和聚類分析法測定六種原油和三種燃料油的三維熒光光譜，以確定實驗油熒光組分的最佳數量并提取各類實驗油品的熒光特征，建立熒光標準光譜庫，為快速鑒別溢油污染物提供技術支持。尹曉楠[12]通過油品模擬風化實驗分析了風化過程對油種鑒別結果的影響，建立了不同油品的三維熒光光譜標準特征譜，并成功應用其進行了油種識別研究。張菡潔[13]將三維熒光光譜技術與平行因子分析法相結合對水中礦物油的熒光光譜數據進行分析和處理，實現了其混合溶液中主要礦物油成分的確定和各主要成分的濃度預測。

　　1.3農產品檢測

　　(1)茶葉

　　茶葉是我國重要的經濟作物，在泡茶和飲茶的之余，人們更希望可以明確其主要成分及含量的具體指標，以發揮茶葉的最大功效。三維熒光光譜技術與國內常使用的比色法相比具有較高的靈敏性和良好的選擇性，還能同時進行多組分檢測，可以被更好的應用于食品藥品及成分檢測等研究。研究學者張琪瑞[14]應用三維熒光光譜技術結合熒光體積積分技術(Fluorescence regional integration， FRI)，對黃山毛峰和鐵觀音兩種茶葉進行浸出液EEM的特性、浸出液中主要成分的定量分析、溫度對茶多酚浸出速率的影響三方面的分析研究，為快速檢測茶葉品質成分分析和種類區分提供新方法，為開發茶葉主要成分浸出動態實時在線檢測裝置提供實驗基礎。

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