荧光技术在溢油鉴别中的应用

荧光光谱具有灵敏度高、选择性好、分析速度快等特点被广泛应用于溢油鉴别。通过结合同步荧光光谱法、导数荧光光谱法和三维荧光光谱法对某码头一次溢油事故的溢油样进行分析鉴别,快速准确地鉴别出溢油源,进一步说明了荧光光谱法是溢油鉴别中一种有效的技术方法。研究结果表明:(1)同步荧光光谱对油源较为相近的油样区分能力较差,但可初步判断其相似性;(2)三维荧光光谱图油样荧光强度会受风化等因素的影响,但谱图的整体轮廓受干扰因素影响较小,芳烃的测定结果能比较准确地反映出溢油源的特征信息;(3)一阶导数荧光光谱中峰的比值能增强光谱特征,提高溢油鉴别的分辨能力。     

海洋有机质的光谱分析方法评述

海洋有机质的光谱分析已成为海洋碳循环的研究热点之一。本文从天然有机质吸收光谱和荧光光谱分析的基本原理入手,系统梳理了有机质光谱分析中容易被忽视的基本概念,讨论了过滤与保存方式、p H值、荧光内滤效应等对有机质光谱分析的影响。结合色氨酸、酪氨酸、腐殖酸及大量现场样品的实验结果,对吸收光谱和三维荧光光谱的不同解析方法进行了系统的分析与对比。基于在南海、西菲律宾海获取的现场调查数据,对于文献中常用的荧光指数(FI)、腐殖化指数(HIX)、自生源指数(BIX)等光谱参数的内在含义及其在海洋环境中的适用性进行了评述。此外,还归纳和总结了胶体有机质和颗粒有机质荧光分析的最新进展,并对今后在光谱分析与观测领域有待完善和突破的一些关键领域进行了展望。     

后赤潮过程中现场水样的三维荧光光谱特征分析

对发生在青岛近岸水域的后赤潮过程中赤潮藻密度、藻种进行鉴别的同时,对现场水样的三维荧光光谱进行了测量,获得了一套三维特征荧光数据。分析结果表明,1）当海水中生物密度达到或接近赤潮密度时,Ex最高峰值波长位于245nm,Em最高峰值波长在445nm,激发转折波长在260nm,荧光转折波长在245nm;2）在非赤潮区,Ex...     

海洋浮游植物三维荧光光谱的逐层分类方法研究

提出活体海洋浮游植物三维荧光光谱逐层分类法,将浮游植物区分为不同的"光谱类别"。选取中国近海常见的26种分属于甲藻、硅藻、黄藻、金藻、隐藻、绿藻、蓝藻的浮游植物,在室温20℃和3个光照条件下培养,在第3,6,9,12,15天测其三维荧光光谱。采用主成份分析结合非负最小二乘回归法(NNLSR),以浮游植物叶绿素a的发射峰680nm所对应的激发光谱作为第一特征谱以区分门类,以EX730谱作为硅藻的逐层分类的第二特征谱,SY350谱作为甲藻的第二特征谱,将实验所用9种硅藻和8种甲藻各划分为3个光谱类别;分析405个浮游植物混合物,门类识别正确率大于94%,光谱类别的识别正确率为75%,该方法可用于海洋浮游植物种群结构变化的快速宏观监测。     

三维荧光光谱及平行因子分析法在CDOM研究中的应用

文章对有色可溶性有机物(Chromophoric dissolved organic matter:CDOM)三维荧光特性的研究进行了综述,指出了三维荧光光谱分析在水体CDOM特性研究中存在的优缺点;阐述了平行因子分析法在水体CDOM研究中的具体应用程序及运用此方法识别得到的水体组分;汇总了当前表征CDOM荧光特性的常用指标;总结了国内外在三维荧光光谱研究水体CDOM特性方面的进展,详述了不同类型水体中CDOM的组分特性、生物地球化学循环的研究热点以及影响CDOM三维荧光光谱特性的一些主要因素;最后,对三维荧光光谱技术在未来的发展及应用进行了展望。     

高原湖泊溶解有机质的三维荧光光谱特性初步研究

提要近年来,荧光光谱技术被广泛应用于研究天然水体中溶解有机质(Dissolved Organic Matter,DOM)的物理化学特性。为了理解高原湖泊中DOM的组成、荧光光谱特性及其在湖泊水体中的垂直分布情况,作者利用荧光发射光谱、三维荧光光谱研究云贵高原湖泊红枫湖和百花湖中的DOM。结果显示,高原湖泊DOM主要表现为类富里酸荧光,包括可见区和紫外区两种类型的荧光峰,各种天然水体中都有报道的类蛋白荧光在红枫湖DOM中并不明显,而在百花湖DOM中则有较强的类蛋白荧光。溶解有机质所含三种类型荧光峰(PeakA:紫外区类富里酸荧光峰;PeakB:可见区类富里酸荧光峰;PeakC:类蛋白荧光峰)的荧光强度与溶解有机碳之间没有明显的线性相关关系,可能与高原湖泊水体pH值、DOM在湖泊不同深度由于受到光降解、微生物降解等作用存在差异等因素有关。与有机质结构和成熟度有关的荧光峰比值r(A,C)在1.40—2.09范围内,红枫湖南湖、百花湖DOM样品的r(A,C)值随着水体深度有下降的趋势,而红枫湖北湖DOM的r(A,C)值则随着水体深度有较大起伏,揭示了高原湖泊水体中DOM的结构以及分布情况存在差异。另外,r(A,C)值与pH之间具有良好的正相关关系,其相关系数红枫湖南湖DOM为0.95,百花湖两个采样点DOM分别为0.67、0.75,而红枫湖北湖DOM则显示出一定的负相关性(R2=0.45)。     

莱州湾荧光溶解有机物的时空分布

利用三维荧光光谱(EEMs)-平行因子分析法(PARAFAC)研究了春季(2020年5月)和秋季(2020年10月)莱州湾海域荧光溶解有机物(FDOM)的来源及时空分布特征。莱州湾海域FDOM由2类共4个荧光组分组成：C1、C4为类蛋白质组分,分别为色氨酸和酪氨酸;C2、C3为类腐殖质组分。并对各组分的来源及分布特征分析：春季FDOM分布主要受到陆源输入的影响,其中表层C1、C2、C3也受微生物活动影响。秋季表层C1、C2、C3分布受到陆源输入和浮游植物生产共同影响,秋季表层C4主要受生物现场生产影响,秋季底层C1、C2、C3主要受陆源输入影响,C4受陆源输入和浮游植物生产共同影响。各荧光组分在表层的季节性差异主要是由于春季部分FDOM经陆源输入后受偏南风作用,在莱州湾西部及南部海域扩散。FDOM在底层的季节性差异主要由于受到沉积物再悬浮的影响。HIX高值分布表明莱州湾西部和南部FDOM受陆源输入影响显著,BIX高值分布表明莱州湾远海FDOM受生物活动影响程度较高。总体上,陆源输入影响莱州湾FDOM分布的主要因素。本文利用三维荧光光谱-平行因子分析法(EEMs-PARAFAC)技术结合多元统计方法,分析了莱州湾春秋季FDOM的来源以及分布差异,为其他海区FDOM研究提供补充。     

海水有色可溶性有机物质荧光光谱的质量浓度响应

用自制的海水有色可溶性有机物(CDOM)干粉配制不同质量浓度的水溶液,研究其对三维荧光光谱(EEMS)和同步荧光光谱(SFS)的影响。结果表明:当CDOM质量浓度ρ≥62.5 mg/L时,其EEMS均为单一峰,随着质量浓度降低,激发和发射波长向短波长方向移动,这种波长移动变化与质量浓度的变化呈良好的线性相关关系;当ρ≤52.5 mg/L时,其三维荧光光谱显示3个峰。质量浓度在此范围内变化时,EEMS谱形基本不变。不同质量浓度CDOM水溶液的SFS显示,当质量浓度ρ≥150 mg/L时,随着质量浓度降低,激发和发射波长也向短波长方向移动,其谱形也发生变化;当ρ<150 mg/L时,激发和发射波长不发生漂移,谱形不变,荧光强度随质量浓度降低而降低。一定范围内CDOM质量浓度的变化会影响EEMS和SFS的谱形,从而影响EEMS和SFS法定性判定水体CDOM质量浓度的准确性。用EEMS和SFS法定性不同水体中的CDOM要考虑质量浓度的影响。     

2011年夏季胶州湾表层溶解有机物荧光特征的时空变化

利用三维荧光光谱技术(EEMs)结合平行因子分析(PARAFAC)的方法,对2011年8月至9月胶州湾表层海水溶解有机物荧光特征的时间与空间变化进行了研究。PARAFAC模型共鉴别出四个荧光组分:类蛋白质荧光组分(C1),陆源类腐殖质荧光组分(C2,C4)和海源类腐殖质荧光组分(C3)。类蛋白组分在调查期间的荧光强度最强(0.14±0.06),其余三个组分荧光强度相近(0.07±0.02,0.09±0.02,0.05±0.02)。这四种组分在8月下旬多雨期和9月上旬受径流影响的时期荧光强度较高,在9月下旬雨季影响消退后荧光强度显著降低。研究表明各组分荧光强度总体上与叶绿素a浓度显著正相关,与盐度负相关,说明胶州湾夏季FDOM浓度主要受降雨引发的生物活动影响。     

浮游生物来源溶解有机物的三维荧光特征研究

应用三维激发-发射荧光光谱技术,研究了中肋骨条藻和采集水样中浮游植物在光照和避光条件下培养实验过程中产生的溶解有机物,分析了三维荧光光谱中荧光峰数目、位置和荧光强度的变化,探讨了浮游植物和细菌在有机物产生中的作用.结果表明,光照条件下浮游植物生长产生类蛋白和类腐殖质荧光有机物,在衰亡期2类有机物的荧光强度迅速增加;而在避光条件下,类蛋白有机物荧光强度明显降低,类腐殖质有机物的荧光强度保持不变.2类有机物的荧光峰位置和荧光强度变化与初始有机物的性质及光照环境有关.     

Research on the discrimination methods of algae based on the fluorescence excitation spectra

The excitation spectra of chlorophyll (Chl) fluorescence can be used to differentiate phytoplankton populations at phylum level in vivo and in situ within a few minutes.The investigated phytoplankton divisions (Dinophyta,Bacillariophyta,Chrysophyta,Cyanophyta,Cryptophyta,Chlorophyta) are each characterized by a specific composition of photosynthetic antenna pigments and,consequently,by a specific excitation spectrum of the Chl fluorescence.Norm excitation spectra (emission of 680 nm and excitation of 400–600 nm) of every division were obtained from several species per division by a F4500 fluorescence spectrophotometer.Fisher’s linear discriminant analysis of the norm spectra shows that the divisions could be discriminated.The discrimination method,established by multivariate linear regression and weighted least squares,was used to differentiate the phytoplankton samples cultured in the laboratory and samples collected from the Jiaozhao Bay at division level.The correctly discriminated samples were more than 94% for single algal species ones,more than 84% for simulatively mixed ones,more than 83% for real mixed ones and 100% for samples collected from the Jiaozhou Bay for the dominant species.The method for phytoplankton differentiation described here can be applied to routine checking by fluorescence spectrophotometer,and benefit the monitoring and supervision tasks related to phytoplankton populations in the marine environments.     

荧光光谱结合主成分分析对硅藻和甲藻的识别测定

将浮游植物三维荧光光谱与主成分分析方法相结合,针对我国东海常见的12种藻建立了硅藻和甲藻的识别测定技术。根据Fisher判别分析结果,选用三维荧光光谱的第一主成分得分谱作为硅藻和甲藻的识别特征谱,建立了浮游植物荧光特征谱库。在此基础上,利用非负最小二乘法进行识别测定,其中单门类样品共有78个,识别正确率为95%,回收率≥81%;2个门类的混合样品共有18个,识别正确率为83%,回收率≥80%。     

中国北方沿海食用贝类油污染特征研究

１９９０年７月～１９９１年１２月，监测了中国北部沿海食用贝类体内的污染物残留量水平。本文用石油烃的分析数据为基础，讨论了沿岸贝类受石油烃污染的现状和分布特征；计算了样品干、湿重含量的本底值范围。给出了油标准和标准之间的互校系数Ｒ值。对样品进行了同步荧光光谱分析，并用同步荧光光谱的分析数据，计算了样品间模糊相关系数，做了模糊聚类分析。     

时差对海洋磁力测量地磁日变改正的影响分析

为研究时差对磁测的影响,基于站间同步地磁日变曲线的特征,尝试采用同步比对法和相关分析法计算两站的时差.结论表明:同步比对法和相关分析法能反映站间真实的时差,当测区范围较小时(至少是在本文实例的两个地磁日变站之间),时差对地磁日变改正的影响很小,海洋磁力测量地磁日变改正时可以忽略其影响.     

(Laser-excited) Shpol'skii fluorometry: applications in marine environmental analysis of polynuclear aromatic hydrocarbons

Shpol'skii spectroscopy is a technique that can be employed to obtain highly resolved spectral signatures of molecules. The high-resolution spectra are obtained by using n-alkanes as solvents that form neat crystalline matrices at low temperatures. The specificity and sensitivity of the Shpol'skii method can be further improved by application of selective laser excitation. Summarizing, Shpol'skii spectra show the highly specific fingerprinting properties of IR spectra, but at the same time have the inherently high sensitivity of fluorescence techniques.In this paper attention will be given to principles and general experimental aspects of the Shpol'skii technique. Furthermore, some applications in environmental analysis will be discussed in more detail: (1) the qualitative determination of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) in suspended matter collected in estuarine water; (2) the quantitative determination of PAH in NRCC sediment reference material SES-1; and (3) the application of laser-excited Shpol'skii spectroscopy for the qualitative determination of PAH in crude extracts of biotic samples. It is shown that the Shpol'skii technique can be used successfully as an independent reference method for both qualitative and quantitative checks of conventionally used determination methods. Because of the high selectivity of the low-temperature method, PAH can be quantitatively determined without any sample clean-up, even in extremely complex biotic samples.     

A simple guideline to apply excitation-emission matrix spectroscopy (EEMs) for the characterization of dissolved organic matter (DOM) in anoxic marine sediments

Marine sediments represent a major carbon reservoir on Earth. Dissolved organic matter(DOM) in pore waters accumulates products and intermediates of carbon cycling in sediments. The application of excitation-emission matrix spectroscopy(EEMs) in the analysis of subseafloor DOM samples is largely unexplored due to the redoxsensitive matrix of anoxic pore water. Therefore, this study aims to investigate the interference caused by the matrix on EEMs and propose a guideline to prepare pore water sam...     

基于样条函数对线状目标矢量化的表示

在分析遥感影像中提取的线状目标的基础上,利用样条插值函数,对提取的线状目标矢量化表示进行了研究。主要过程包括目标的分解、插值点的选取、插值函数的选择、特征点的增加等。实验结果表明,提出的方法能有效地表示提取的线状目标,减少数据冗余,具有好的光滑性。     

基于同步风场的机载SAR海浪参数反演方法

针对机载合成孔径雷达(SAR)对海探测特点,采用多入射角法从SAR数据本身得到与海浪参数反演区域时空匹配的同步海面风速和风向,并结合线性变换关系,计算得到海浪初猜谱对应的仿真SAR图像谱,将仿真SAR图像谱和观测SAR图像谱输入代价函数中进行迭代运算,通过非线性方程的解算得到最适海浪谱;采用交叉谱法去除海浪传播180°方向模糊,最终得到海浪参数。论文提出的基于同步风场的机载SAR海浪参数反演方法,充分利用了机载SAR海洋环境探测的优势,解决了传统SAR海浪参数反演中初猜谱构造依赖外部风场的问题,机载同步飞行试验的海浪参数反演结果与浮标观测值的有效波高、波向的均方根误差分别为0.23 m和13.23°,验证了该方法的有效性,可为机载SAR海浪参数反演业务化提供支持。     

贝塞尔插值及其在数值预报中的应用

本文将贝塞尔插值公式写成中央差分的形式，取其二阶便得到我们通常在数值预报中所使肜的内插公式。其后本文给出了它在二维插值中应用的方法和算法。最后本文分析了贝塞尔插值的特点，并将其同三次样条插值和Ｌａｇｒａｎｇｅ插值作了比较。