淺談熒光光譜法在水質監測中的應用

摘要：普通自來水、城市污水和純水我們通常會選用熒光光譜法來進行比較，而熒光光譜法的特點則適用于這三種熒光光譜法的實驗運用。在同一紫外光激勵下，普通自來水和純水所產生的熒光光譜無明顯差異，而城市污水與純水比較所產生的熒光光譜有明顯差異；以不同波長的紫外光激勵，城市污水以及純水水樣的熒光光譜除相對強度有所變化外，線形、峰值波長基本不變，符合熒光光譜的一般特性。城市污水在波長270nm左右的紫外光激勵下能產生較強的熒光。熒光峰是280--530nm范圍的寬譜峰，熒光峰值波長在380nm左右；熒光光譜的特性反映水質的污染狀況，相對強度大、譜峰范圍寬的熒光光譜來自于城市污水中的有機污染物。

隨著改革開放以來，工業的快速發展使城市堆積越來越多污染物，而這些污染物流入到河流中去不僅使環境受到威脅，而且更重要的是對人類的飲用水造成威脅。快速真實地監測水質變化以便及時發現污染事件并采取相應的措施尤為重要。目前，我國環境監測部門多采用常規的化學手段分析水質狀況(如COD、BOD的測定等)。然而，隨著污染情況的日益復雜和人們對污染監測指標要求的不斷變化，此類方法暴露出許多不足。比如，上述測試十分費時，步驟也很繁雜，不能及時監測水質的實時變化。為此，環境監測部門迫切需要新的監測技術手段，以克服傳統檢測方法的許多不足。熒光光譜分析法作為水質分析手段之一，具有快速、高靈敏度、高選擇性、所需樣品量少和對樣品結構無破壞等特點。分子熒光光譜法為大型湖泊和河流的水質監測提供了潛在應用的可能，國外對此研究開展較早，并取得了迅猛的發展和應用，利用熒光光譜技術可以快速、實時地分析各種水質狀況，并能取得很好的效果。

一、熒光光譜法的應用概況

通過熒光光譜法的應用，無疑是給水質檢測工程提供了良好的檢測基礎，要了解熒光光譜法在水質檢測中的積極應用，就必須先了解熒光光譜法的有關概況。

（一）熒光光譜法的概念

熒光光譜是指物質吸收了較短波長的光能，電子被激發躍遷至較高單線態能級，返回到基態時發射較長波長的特征光譜，包括激發光譜和發射光譜。而熒光光譜法就是利用熒光光譜所呈現的特征來鑒定事物的有關概況，從而進行比較和分析，得出結論再進行改善處理。

（二）熒光光譜

物體經過較短波長的光照，把能量儲存起來，然后緩慢放出較長波長的光，放出的這種光就叫熒光。如果把熒光的能量--波長關系圖作出來，那么這個關系圖就是熒光光譜，熒光光譜當然要靠光譜檢測才能獲得。

高強度激光能夠使吸收物種中相當數量的分子提升到激發量子態，因此極大地提高了熒光光譜的靈敏度。以激光為光源的熒光光譜適用于超低濃度樣品的檢測，例如用氮分子激光泵浦的可調染料激光器對熒光素鈉的單脈沖檢測限已達到10-10摩爾／升，比用普通光源得到的最高靈敏度提高了一個數量級。熒光光譜有很多，如原子光譜。1905年，Wood首先報道了用含有NaCl的火焰來激發盛有鈉蒸氣的玻璃管，并得到了D線的熒光，被Wood稱為共振熒光。在Mitchell及Zemansky和Pringsheim的著作里討論了某些揮發性元素的原子熒光。火焰中的原子熒光則是Nichols和Howes于1923年最先報道的，他們在Bunsen焰中做了Ca、Sr、Ba、Li及Na的原子熒光測定。從1956年開始，Alkenmade利用原子熒光量子效率和原子熒光輻射強度的測定方法，以及用于測量不同火焰中鈉D雙線共陣熒光量子效率的裝置，預言原子熒光可用于化學分析。1964年，美國的Winefordner和Vickers提出并論證了原子熒光火焰光譜法可作為一種新的分析方法。同年，Winefordner等首次成功地用原子熒光光譜測定了Zn、Cd、Hg。有色散原子熒光儀和無色散原子熒光儀的商品化，極大地推動了原子熒光分析的應用和發展，使其進入一個快速發展時期。

熒光光譜包括激發譜和發射譜兩種。激發譜是熒光物質在不同波長的激發光作用下測得的某一波長處的熒光強度的變化情況，也就是不同波長的激發光的相對效率；發射譜則是某一固定波長的激發光作用下熒光強度在不同波長處的分布情況，也就是熒光中不同波長的光成分的相對強度。

（三）原子熒光光譜

氣態自由原子吸收光源的特征輻射后，原子的外層電子躍遷到較高能級，然后又躍遷返回基態或較低能級，同時發射出與原激發波長相同或不同的發射即為原子熒光。原子熒光是光致發光，也是二次發光。當激發光源停止照射之后，再發射過程立即停止。

二、普通自來水、城市污水以及純水的熒光光譜法實驗

針對熒光光譜法的有效性，把熒光光譜法運用在水質檢測運作程序當中，這是一項進步的檢測方式，也是水質檢測項目里創新的體現。下面我們來看普通自來水、城市污水和純水在熒光光譜法中的實驗概況。

（一）普通自來水

普通自來水是我們的日常用水，它的水質問題往往影響著我們的生活，要檢測普通自來水的水質，通過熒光光譜法就可以很好地把問題顯示出來。現在我們先來介紹實驗方法：取3ml試樣盛于本身不產生熒光的石英比色皿中，置于熒光分光光度計的樣品室中，用不同波長的紫外光激勵試樣，測量其熒光光譜。實驗在25V左右室溫下進行，利用不同水樣受光照射激勵時所產生的不同熒光光譜，定性反映水質特性。通過用波長270、280、290、300、310、320nm的紫外光來激勵普通自來水，實驗后得出的結果是，熒光峰在290-370范圍內的寬普峰，峰值波長一般在330nm左右。

（二）城市污水

城市污水是城市一個水處理循環中的一項重要步驟，要對城市

生活污水中的成分和有關情況進行分析，就要從處理方法中加以改善，而熒光光譜法的運用則可以對城市生活污水的成分和污染度進行有效觀察和分析，從而得到數據研究污水情況。用同樣的方法，取3mI，試樣盛于本身不產生熒光的石英比色皿中，置于熒光分光光度計的樣品室中，用不同波長的紫外光激勵試樣，測量其熒光光譜。實驗在25V左右室溫下進行，實驗后發現，用波長270、280、290、300、310、320nm的紫外光激勵城市污水，熒光峰在280-530范圍內的寬普峰，峰值波長一般在380nm左右。

（三）純水

純水是人們所希望一直使用的水質，但是一般來說，純水的成

本和工序都比較復雜，不適宜成為人們的生活用水，所以純水的水質也是相對較高的。要檢測純水的水質，我們依然使用熒光光譜法。與普通自來水和城市污水的檢測方法相同，在檢測后，結果顯示是用270、280、290、300、310、320nm的紫外光激勵純水，熒光峰是

290--355nm范圍的寬譜峰，峰值波長在330nm左右。

（四）實驗后數據的體現

在檢測自來水、城市污水和純水水質時，實驗的方法是相同的，

均使用熒光光譜法來檢測，檢測后均使用圖表的形式來進行研究。圖表中的縱軸代表相對強度，橫軸代表波長，中間的峰代表熒光光譜峰，左右分別代表激勵光譜峰和二級衍射峰。了解了圖表所代表的各范圍意思，就可以更好地去分析水質的情況。

三、同一紫外光激勵下的熒光光譜

波長在270nm的紫外光激勵下，所采取的水樣品才能產生比較強的熒光，因此，在檢測過程中，我們往往會將波長為270nm的紫外熒光激勵自來水、污水和純水，制造統一的波長光譜，這樣能方便分析對比。通過實驗證明，在同一的紫外熒光激勵作用下，城市污水產生出來的光譜是典型的熒光光譜，但是相比較而言，城市污水所產生的熒光強度最大，譜峰范圍最寬，自來水則相對有大幅度減弱，而純水的熒光強度最弱，譜峰范圍也最窄。根據我們的實際情況來言，城市污水因其是生活污水居多，它的熒光強度也是最大，譜峰范圍最寬，這正是因為城市污水中的污染物質所造成的。又由于污染物質的種類較多，而每一種污染物又會產生自身的熒光，所以多種熒光合并起來，造成了譜峰范圍寬的現象。另一個方面，水分子本來是不能產生熒光的，但是我們所采取的水樣不可能是百分百的純水，而純水也不可能是完全的純水，因此純水的樣品檢測出來之后還是會產生譜峰的。在同一波長的實驗下，由于自來水也是經過處理的水，自來水還是會有一部分的雜質在其中，所以普通的自來水也會產生熒光，比純水的水質要差。但是用自來水與城市污水來對比，自來水的熒光強度比污水熒光強度相對較小，這又反映了一個問題就是，城市污水的污染情況越來越嚴重。熒光的強度越大，就顯示著城市污水情況越嚴重，所以，熒光光譜在水質檢測中具有重要的位置。

四、熒光光譜法的意義

熒光光譜法的運用無疑給水質檢測帶來了創新的檢測方法，這種方法比傳統的水質檢測方法來得方便、科學。我們對熒光的普遍理解就是一種顏色，但是也沒有真正從它的用途上考慮過。熒光光譜法的應用是一種創新，在同一紫外光線的激勵下，城市污水與純水比較后所產生的光譜有明顯的差異，而城市污水在波長為270nm的紫外光下能產生強度較大的熒光強度，而這個熒光峰一般處在280-530nm范圍的寬譜峰。我們通過實驗可以發現，熒光光譜法其實就是通過熒光性質進行的實驗，熒光在水分子中不可能產生，但在有污染物質的水質中便能產生，利用熒光特性觀察水質污染狀況，這對于水質檢測來說既具有科學性，又具有可行性。

結束語

水質在我們的日常生活中已經成了熱點話題，如何更好地去檢測水質、改善水質，這不僅要靠有關部門的調整和實施方案，更重要的是技術的支撐。沒有技術的支撐，就不會有更先進的檢測方法，耗用過大不是我們可持續發展策略的宗旨。