多波长便携式有机污染物光谱快速检测装置的研制及应用

摘要 针对地表水中有机污染物现场、快速和准确检测的需求，采用紫外发光二极管（UV-LED）研制了一种多波长便携式光谱检测装置，并开发了相应的光谱检测方法。通过测量荧光光谱和吸收光强度，结合多波长光谱相关性计算方法对目标物进行分析，可对在260～370 nm 紫外区有响应的有机污染物进行定性和定量检测。应用本装置和建立的方法对多环芳烃（PAHs）和罗丹明B 进行检测，在吸收模式下，蒽和罗丹明B 的线性范围分别为10～100 mg/L 和8.5～100 mg/L；在荧光模式下，蒽和罗丹明B 的线性范围分别为0.006～50 mg/L和0.02～0.78 mg/L；在吸收/荧光双模式下，蒽和罗丹明B 的检测范围可分别扩大到0.006～100 mg/L 和0.02～100 mg/L。在吸收和荧光模式下，本方法检测地表水中PAHs 的加标回收率分别为97.4%～105.1%（蒽）和84.5%～91.2%（蒽、萘和芘），两种模式下均具有良好的检测准确性。采用优化的多波长光谱相关性计算方法对PAHs 混合物进行识别验证，结果表明，在目标物的线性浓度范围内，本方法用于识别含有单一或混合目标物的两种不同浓度溶液时，其相似度可达到75%以上；在识别两种不同物质的溶液时，相似度低于25%，表明本方法对目标物具有较好的识别性。本研究将荧光和吸收光谱双检测模式结合，拓展了光谱法在水质污染物快速识别和检测中的应用范围，为地表水中PAHs 的现场快速检测提供了有效手段。

关键词 荧光光谱；多波长紫外发光二极管；地表水；多环芳烃；快速检测

地表水水质监测是保障水质安全的重要手段之一，目前常用的一些水质监测指标如溶解氧、电导率、pH 值、氧化还原电位、浊度、盐度、硝酸盐、氨氮及部分卤离子等均可实现现场快速检测，但是对于水中低含量的毒性有机污染物则缺乏有效的现场快速检测手段。由于地表水水质（特别是水源地）直接关系到人类健康，国家对地表水的监测要求不断提高，水质的现场快速检测指标已从常规指标扩展到特征污染物指标，水中毒性有机污染物含量已成为重点监控指标之一[1-2]。多环芳烃（PAHs）是一类对人体具有较强的毒性、致突变性和致癌性的有机污染物，在水环境中广泛存在，是地表水环境质量重点监控的污染物之一[3]。目前，对PAHs 的检测主要在实验室内进行，检测方法主要包括气相色谱法、气相色谱-质谱联用法和高效液相色谱法等[4-6]。这些方法通常需要对样品进行前处理[7]，操作较繁琐且耗时较长[8]，难以满足对该类污染物现场快速筛查和分析的需求[9]。目前已有的PAHs 快速检测技术主要包括荧光检测技术和电化学传感器技术等[10-12]，其中，荧光检测技术应用最广，但常用的便携式荧光检测仪存在光源波长单一、灵敏度低和检测范围窄等不足。针对地表水中PAHs 复杂多变的特点[13]，亟需开发污染物快速识别及准确定量的检测方法及仪器。

本研究针对地表水中有机污染物PAHs准确、快速检测的需求[14]，搭建了一个基于多波段光谱的便携式检测装置，并开发了相应的快速检测方法。本装置具有荧光和吸收两种检测模式，能够对目标物进行选择性识别和高灵敏检测，可检测在260～370 nm紫外区有吸收的物质，适用于地表水中PAHs的现场快速检测。