三维荧光技术水环境监测方法探讨

【摘要】由于传统水环境监测方法在实际应用中监测结果误差较大，为此提出基于三维荧光技术的水环境监测方法研究。首先通过设置采样断面采集到水环境样本，然后对水环境监测样本进行处理，最后应用三维荧光技术对处理后的样本进行质量分析，以此完成基于三维荧光技术的水环境监测。经实验证明，基于三维荧光技术的水环境监测方法监测误差低于传统方法。

【关键词】三维荧光技术；水环境监测；监测误差；采样断面

引言

水环境监测是按照水资源生态环境规律对水质进行定期或者实时监测，其主要目的是了解目前水环境的质量状况，是否含有有毒有害物质，为水环境治理和水环境保护提供精准的数据依据。三维荧光技术是以荧光光谱法为理论依据的一种测量方法，国外学者对三维荧光技术在水环境监测进行了探究性研究，研究表示三维荧光技术在水环境监测中具有选择性较好、灵敏度高、精度高等优点[1]。但是三维荧光技术在国内水环境监测方面还没有得到广泛应用，此次结合国内水环境监测需求，引入三维荧光技术，设计一套新的水环境监测方法，为水环境监测提供理论依据。

1水环境监测方法设计

1.1水环境监测水样采集

为了满足对水环境的监测需求，本章采用获取样本数据的方式，对监测的水环境样本进行采集处理。在此过程中，应先明确在环境中布设监测点的位置，基于此提出设计血垂直线的方式，科学规划对水环境的监测位置。为了使获取的样本信息具备一定价值，在采集数据过程中应全面的考虑水环境中相关生物与生态链中的所属生物的位置及环境水域的特征[2]。综合上述分析，在进行断面采样过程中，应从下述几个方面考虑：①将进水口或出水口的中心点作为监测点，每个监测点至少布设2~5个断面；②定位污染物汇入口，在距离汇入口下流约100.0m的位置处，设置3~5个断面；③在湖泊等无显著水流功能的区域内，布设5个或5个以上的断面，断面的面积与宽度应根据水域规模进行确定。在完成相关监测点断面的设计与规划后，应同步考虑到水域的宽度、水流流速、水流被污染的情况等方面，综合上述分析，对垂直线的布设可按照下述表1中内容实施。综合表1中提出的内容，完成对水环境断面的布设，在此基础上，对每个规划区域内的水样进行随机采集处理。将收集的水资源样本使用黑色不透光瓶体收纳，此行为U型可有效避免样本在光照下发生反应，减少对样本监测结果造成的影响。

1.2水环境监测水样处理

对水环境中水体样本采集完成后，需要对水体样本进行处理，减小其他外界条件对水环境监测精度的影响。根据水环境监测需求，此次选取碳酸盐、高锰酸钾、一氧化氢钠以及乙醇等试剂作为水环境水体样本处理试剂，其处理过程如下：首先利用电子天平称取50mL水体样本放入容量为100mL的烧杯中，然后称取0.5g碳酸盐放入容器，利用玻璃棒超一个方向搅拌，直到碳酸盐与水体样本充分融合。碳酸盐加入的目的是将水体样本酸碱值调节到3.5，更好地析出水体样本中多余的杂质。然后利用过滤网膜对水体样本进行过程，将水体样本中多余杂质剔除掉。在烧杯中依次加入高锰酸钾、一氧化氢钠和乙醇试剂，其中高锰酸钾加入量为0.5g，一氧化氢钠和乙醇试剂加入量分别为0.75mL和0.25mL，利用高锰酸钾、一氧化氢钠和乙醇对水体样本活化处理，令水体样本中化学物质特性更加明显，方便后续三维荧光技术对水环境进行质量分析。

1.3基于三维荧光技术的水环境质量分析

水体样本经过处理后，采用三维荧光技术对水体样本进行检测，根据水环境监测需求，此次采用日立公司全新一代G-500三维荧光光谱仪作为测量仪器[3]。首先需要对三维荧光光谱仪参数进行设定，具体设定如表2所示。按照表2对三维荧光光谱仪参数进行设定，然后为了保证荧光光谱特性的可比性，设定完参数后对利用超纯水对三维荧光光谱进行空白扣除，以消除一级瑞利散射。最后利用三维荧光光谱仪测定水体样本的光谱指数，光谱指数范围在0~1之间，荧光光谱指数越接近1则表示水环境水质指数越低，则水环境质量越差；反之如果荧光光谱指数越接近0，则表示水环境水质指数越高，则水环境质量越好。根据荧光光谱仪测定的结果确定水环境水质等级，具体如表3所示。按照表3确定水环境质量等级，得到水环境监测结果，根据水环境质量等级确定水环境治理和保护策略，以此完成基于三维荧光技术的水环境监测。

2实验论证分析

本实验以某流域水环境作为实验对象，该水域面积为34626.54m2，水域长度为6894.47m，水域宽度为7.48m，该水域由五个河流组成，其中包括一个大型河流和四个中小型河流，水域流经区域建有多个化工工厂，实验利用此次设计方法与传统方法对该水域水环境进行监测。实验根据该水域水环境地质特征，设置了100个监测点、75个采样断面和55条采样垂线，每个监测点各采取3个水体样本，实验共采集到300个实验样本。实验中按照表1对三维荧光质谱仪进行参数设定，并测量得到各个监测点的荧光光谱指数以及水环境质量等级，从100个监测点监测结果中随机抽取6份水环境监测数据作为实验数据，将该6个监测点水质指数与实际值比较，利用JKI软件计算出两个监测方法的监测误差，将其作为实验结果，对两种水环境监测方法进行对比分析，实验结果如表4所示。从表4观察可以得到以下结论：基于三维荧光技术的水环境监测方法平均误差值为0.014，小于最大监测误差限值。最高监测误差仅为0.024，而最小监测误差为0.002，接近于0；而传统方法平均监测误差值为0.481，不仅高于此次设计方法，而且还高于最大监测误差限值，因此实验证明了基于三维荧光技术的水环境监测方法具有较高的监测精度，在监测误差方面由于传统方法，具有较高的可靠性和实用性，更适用于水环境监测，可以为水环境监测提供精准的数据。

3结语

本文对基于三维荧光技术的水环境监测方法进行了研究，极大地提高了水环境监测精度和监测效率，论证了三维荧光技术在水环境监测中的可行性和实用性。此次研究对提高水环境监测技术水平和丰富水环境监测理论具有重要的现实意义，有助于水环境监测和水环境保护工作的开展。此次研究虽然取得了比较理想的研究成果，但还存在一些不足之处，在今后的研究中还需要解决水环境监测数据处理、监测仪器校准方面的问题。

参考文献

[1]范功端，林辉，罗静，等.ClO2预氧化高藻水过程中DOM三维荧光特征变化分析[J].光谱学与光谱分析，2019，39（6）：1792-1797.

[2]左安飞，冯宗友，姚洋.试论水质自动监测参数的相关性分析及在水环境监测中的应用[J].科技创新导报，2019，16（15）：139，141.

[3]孙小琳，孔范龙，李悦，等.胶州湾滨海湿地枯落物分解对土壤活性有机碳含量及其三维荧光特性的影响[J].应用生态学报，2019，30（2）：563-572.

作者：艾志敏 单位：云南省生态环境监测中心