水质参数叶绿素a和蓝绿藻检测分析

王艳敏

（福州福光水务科技有限公司，福建 福州 350001）

1 引言

2022年3月15日发布的GB5749-2022《生活饮用水卫生标准》新增2-甲基异莰醇（2-MIB）和土臭素（GSM）为扩展指标，研究发现2-MIB和GSM在水生环境中的主要生产者是蓝藻，在土壤中主要是放线菌。当这些生物繁殖的时候，会在水中产生一种泥土发霉的气味，这种味道很难通过传统的水处理方法去除。然而痕量的2-MIB和GSM却会影响到饮用水的感官特性及消费者的接受度，严控这两种嗅味物质成为水质保障必不可少的环节。那么严格监测这两种嗅味物质的源头——蓝藻也尤为重要。现阶段检测叶绿素a和蓝绿藻检测方法较多，文章主要引入HydroLab HL7多参数水质分析仪进行研究分析，通过对地表水叶绿素a和蓝绿藻的同时检测，衡量其综合性能，发现此仪器能提高检测分析速度，并可以保证快速检测的准确性。

2 测量原理

哈希公司生产HydroLab HL7便携式多参数水质分析仪，配置荧光法叶绿素a和蓝绿藻探头。色素在光谱中有吸收峰和发射峰，利用这一特性，在叶绿素a的光谱吸收峰发射波长460 nm的单色光照射到水中，样本水体中的叶绿素a吸收光后，能够释放出波长为685 nm的光。发射的光强与水中叶绿素a的含量成正比，水中叶绿素a的含量可以通过测量释放光的强度来测量的。蓝绿藻的测量原理同叶绿素a类似，在淡水中测量藻蓝素可以释放波长为590 nm的橙光，样本水体中的蓝绿藻吸收该种光线后，能够释放出650 nm的红色光线，通过检查光线强度，即可间接推算出藻青素含量。图1为HL7便携式多参数水质分析仪叶绿素a探头检测原理。图2为HL7便携式多参数水质分析仪蓝藻探头检测原理。

图1 叶绿素a探头检测原理图

图2 蓝藻探头检测原理图

3 实验仪器和检测方法

3.1 实验仪器部分

HL7便携式多参数水质分析仪，淡水蓝藻探头，叶绿素探头，防水手抄器，5 m水下电缆，交流电源适配器；哈希公司生产的DR6000紫外可见分光光度计；上海光学仪器厂生产的显微镜8CA-V。

3.2 检测方法部分

（1）现场同时检测叶绿素a和蓝绿藻。HL7现场检测叶绿素a和蓝绿藻，首先用毛刷和去离子水清洗传感器。然后校准传感器，校准方法是用罗丹明B作为标准物质校准荧光探头，罗丹明B和被测物质具有同样的荧光效果，且荧光与激发光光强成线性关系，可以用罗丹明B标准品配置成300.00 mg/L母液，然后稀释成30.00 mg/L、3.00 mg/L、0.30 mg/L、0.03 mg/L、0.00 mg/L系列标准液进行荧光探头校准，浓缩标准溶液必须装在深色的玻璃瓶中保存于冰箱，防止分解。通过母液稀释标准溶液必须在配制后的24 h内使用。本试验选取某水库和某内河的各五个检测点进行现场检测，把仪器放进水体中，使传感器探头距离水面0.5 m，在手操器上选择测量叶绿素a和蓝绿藻选项，传感器预热10 s后即可在手操器屏幕上显示测量数值。

（2）分光光度法检测叶绿素a。HL7检测处采集水样，采集的水样统一存储在棕色玻璃瓶中。水样中加入碳酸镁10.0 g/L悬浊液，用量控制在1 mL/L，以此减少酸化风险，避免色素溶解。水样放置于避光的冷藏水样箱，温度控制在0～4 ℃，存储时间不要超过24 h。若情况特殊需要较长的存储周期，则必须现场过滤，将抽滤完成的滤膜避光、冷冻存储，本试验参考HJ897-2017《水质叶绿素a的测定分光光度法》，使用90.00%的丙酮溶液辅助提取0.5 L水样中叶绿素a，并最终定容为10 mL。将定溶液放置在避光条件下，环境温度控制在4 ℃，静置2.0 h以上浸泡提取，适当颠倒混匀。提取液在离心机上选择3 500 rpm（转/分）离心10 min，用针式过滤器过滤上清液得到叶绿素a的丙酮提取液，提取液转移至10 mm比色皿中，用DR6000紫外可见分光光度计检测。

紫外可见分光光度计测量提取液的吸光度，参比溶液选择用90.0%丙酮溶液，测量点分别为750 nm、664 nm、647 nm以及630 nm，测定完成后用下式计算总的浓度情况：

V1 代表提取液定容后的体积，mL；

V为取样体积，L。

（3）镜检计数法测蓝绿藻。本试验参考江苏省出台的地方标准DB 32/T 4005-2021《淡水浮游藻类监测技术规范》中的操作。采集的水样1 L，加入10 mL鲁哥氏液固定，水样摇匀带回实验室。固定后的样品取100 mL离心10 min，转速设置为3 500 rpm（转/分），吸取上清液定容至5 mL，取0.1 mL于计数框中，小心盖上盖玻片，置10×40倍显微镜下对各种藻类计数。

4 检测结果讨论

4.1 叶绿素a检测结果

HL7现场测试某水库A点、B点、C点、D点、E点和某内河A点、B点、C点、D点、E点叶绿素a 与实验室光度计法做比较，两种方法检测结果情况见表1，结果发现现场HL7和实验室光度计法测得的叶绿素a浓度一致性良好，水库五个检测点的标准偏差范围在1.78%～4.95%，内河五个检测点的标准偏差范围在1.29%～3.98%。HL7测得叶绿素a浓度大多略大于光度计法，这可能是由于HL7测定法直接在水源地开展检测，操作过程对样本的影响较小，而分光光度计法操作环节需要反复转移样本，提取出来的叶绿素a黏性较大，且对光、酸等的敏感性较强，控制不当很容易造成误差。且样本制备处理环节，滤膜需要进行研磨粉碎的，研磨环节产生的热量同样可能影响叶绿素a稳定性，加剧物质损耗。

表1 水样叶绿素a检测结果对比

4.2 蓝绿藻检测结果

两种方法测定水库和内河各五个点位的蓝绿藻情况见表2，结果发现现场HL7和实验室计数法测得蓝绿藻一致性不太好，水库五个检测点的标准偏差范围是8.93%～31.29%，内河五个检测点的标准偏差范围是1.00%～28.60%。这可能是由于藻类分布不均匀引起的，荧光探头的尺寸很小，光源和检测窗口的尺寸都只有几个毫米，能够检测到的水体只有探头前面附近的水体，因此探头所测得的实际上是相应物质在探头所在位置的点浓度，而这一点浓度也是随着水流而不断变化的。由于探头检测尺寸很小，随着水体流动或者其他生物体运动会给探头附近带来的气泡、杂质等都会对探头的测量产生影响。因此，在使用时要根据探头的这一测量特点，采用多点测量，同一点多次测量的方式，尽量减小由于外界因素（如水流、气泡、悬浮物等）给探头带来的影响，在多次测量的结果中去掉坏点，再做平均处理，即可得到比较准确的数据。

表2 水样蓝绿藻检测结果对比

5 荧光法测量叶绿素a和蓝绿藻的前景

现行国标推荐的分光光度法测量叶绿素a中，推荐使用丙酮溶液作为提取物质，但该种物质的挥发性较强，且存在毒害人体神经的风险，整体的安全性、环保性难以保障。在实验室方法中，要把水样中的叶绿素全部萃取出来分析，这样得到的实际上是样本中叶绿素a的平均浓度，还是不能得到水体中真实的叶绿素a浓度。依据镜检计数法鉴定优势藻类种属，直观性、可操作性较强，能为藻密度、种类的判别提供依据，检测结果准确度较高，但操作步骤较为繁琐，需要对水样进行固定、离心、镜检、计数等步骤，试验耗时长难以为藻类变化提供预警。

HL7便携式多参数水质分析仪配置RS485通讯模块就可以有效地对源水水质进行在线监测预警，该仪器可设置每秒一个读数，使监测人员对于水中的藻类生长情况一目了然，根据叶绿素a和蓝绿藻浓度的变化趋势对可能出现的水华做出预警，采取有效措施消除隐患。HL7最多可以同时检测9个参数，这样就可以实现温度、深度、pH、ORP、电导率（盐度、总溶解固体、电阻）、浑浊度、溶解氧、硝酸盐、氨离子、氯离子、叶绿素a、蓝绿藻的自由组合同时检测，有利于进行水质综合的监测，研究水体中叶绿素a和蓝藻形成原因和变化趋势。GB 5749-2022《生活饮用水卫生标准》新增了2-MIB和GSM为扩展指标，藻类暴发往往导致2-MIB和GSM等物质的产生，且这两项指标嗅阈值较低，当水体中浓度超过嗅阈值（10 ng/L）时可导致饮用水产生令人极为敏感的臭味，影响水体感官。目前2-MIB和GSM的检测方法是固相微萃取-气质联用仪检测，样品前处理过程较繁琐且对操作人员业务水平依赖程度高，难以满足水源应急管理要求。而HL7能快速地检测其源头指标从而起到及时预警作用。目前利用荧光法探头进行藻类色素的检测还是一种较新的方法，主要用来测量水中的叶绿素、淡水蓝藻中的藻蓝蛋白和海水藻红蛋白等少数几种色素，随着荧光技术的不断成熟，更多可测量的色素也会逐渐引入。此外对于荧光法用于现场测量的稳定性以及影响因素，如浊度等，也可以通过技术手段不断完善，如在探头中增加浊度补偿，改善荧光光源和检测器的灵敏度以得到更好的数据质量。

6 结论

HL7便携式水质分析仪综合性能优良，应用于水质参数叶绿素a检测时，可以明显提升检测效率，避免频繁转移样本造成的精度受损问题，减少样本制备环节光照、温度等因素带来的不利影响，可靠度、便捷性优势较为明显。荧光法探头测量叶绿素a和蓝绿藻对比实验室分析方法而言，具有速度快、操作简单等特点，尤其适合现场检测和长期水体在线测量，以反映水中叶绿素和蓝藻的变化趋势。