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導讀
為貫徹《中華人民共和國環(huán)境保護法》 《中華人民共和國水污染防治法》 《中華人民共和國海洋環(huán)境保護法》，中華人民共和國環(huán)境部制定并于2024年12月28日發(fā)布了《HJ1407-2024 入河入海排污口監(jiān)督管理技術指南 水質熒光指紋溯源方法》（以下簡稱HJ1407-2024），此標準于2025年2月1日開始正式實施。
那么水質熒光指紋究竟為何物，熒光指紋中又包含了水樣哪些重要的"身份信息"，我們應該如何利用它來進行污染物溯源？本文將帶您讀懂這篇標準中的水質熒光指紋溯源方法。
標準解讀——排污口監(jiān)管關鍵是溯源
HJ1407-2024采用水質熒光指紋溯源的方法，對待溯源入河入海排污口進行水質熒光指紋采集，測試污染流動路徑上采集到水樣的水質熒光指紋和常規(guī)監(jiān)測指標或特征污染物，逐一與入河入海排污口水質熒光指紋、常規(guī)監(jiān)測指標或特征污染物進行比對，查找入河入海排污口污水來源，明確工業(yè)、農(nóng)業(yè)等污水類型，確定責任主體的過程。
水質熒光指紋溯源——水樣的身*證
標準中所使用到的關鍵技術為水質熒光指紋溯源技術。水質熒光指紋指的是表征水樣污染物組成、具有特異性的三維熒光光譜（EEMs，Excitation-Emission Matrices），即以激發(fā)波長、發(fā)射波長分別為橫軸和縱軸，并以熒光強度等高線進行呈現(xiàn)的光譜圖。
從圖1某工廠水樣的三維熒光光譜圖中可以看到等高線圖中每一個中心都可認為是一個熒光指紋，我們一般采用縱坐標（激發(fā)波長Ex）和橫坐標（發(fā)射波長Em）的坐標來定位這個指紋峰。例如下圖中的Ex/Em=340/420，代表激發(fā)波長為340nm時，發(fā)光中心波長在420nm的一個熒光峰。
圖1.某工廠水樣三維熒光光譜中的污染物熒光指紋
（數(shù)據(jù)源自卓立漢光SmartFluo-Pro三維熒光光譜儀）
如同人類的指紋一般，水質熒光指紋賦予了水樣獨*的身份信息，其中包括熒光峰位置、數(shù)量、形狀、強度等特點。通過比對未知排放源水樣與疑似排放源水質熒光指紋的接近程度，即可進行特征污染物的溯源。檢驗人員可以通過檢測已知污染源的熒光指紋，構建起熒光指紋數(shù)據(jù)庫，通過識別擬溯源水體的熒光指紋，形成分析目標。圖2為常見污染類型的典型水質熒光指紋圖（引自HJ1407-2024附錄B），可以看到不同排放源的水樣在三維熒光譜圖上具有不同的熒光指紋峰。需要注意的是，標準中所出現(xiàn)的水質熒光指紋圖中均包含了來自激發(fā)光的倍頻峰信號（即位于圖2三維熒光圖右下角的黑色帶狀斜條紋），這些信號對熒光峰的分析會造成一定的干擾，在進行熒光指紋溯源時需要進行消除倍頻峰的數(shù)據(jù)處理。如能在測試時候選擇可自動消除倍頻峰的三維熒光光譜儀，即可避免這個麻煩并得到更加準確的數(shù)據(jù)。
圖2. 常見污染類型的典型水質熒光指紋圖（引自HJ 1407-2024附錄B）
標準應對——SmartFluo-Pro三維熒光光譜儀
北京卓立漢光儀器有限公司的SmartFluo-Pro三維熒光光譜儀，可快速檢測水中的溶解性有機質(Dissolved organic matter，DOM)，每個樣品僅需數(shù)十秒或者幾分鐘，即可識別水樣中的有機物成分。SmartFluo-Pro可完*滿足HJ1407-2024中對三維熒光溯源設備的要求，且儀器標配濾光片，自動去除二級瑞利散射峰，無需額外數(shù)據(jù)處理，直接可以得到不受散射峰影響的三維熒光光譜圖。
圖3. SmartFluo-Pro三維熒光光譜儀
參照HJ1407-2024附錄A配制L-色氨酸溶液、水楊酸鈉溶液及其二者的混合液，使用SmartFluo-Pro進行水質熒光指紋的識別，分別測量0.3 mg/L L-色氨酸溶液、0.3 mg/L 水楊酸鈉溶液、L-色氨酸溶液（0.06 mg/L）和水楊酸鈉溶液（0.01 mg/L）的混合液（體積比5：1）、水楊酸鈉溶液（0.06 mg/L）和L-色氨酸溶液（0.01mg/L）的混合液（體積比5：1）。由于SmartFluo-Pro所配置的陣列檢測器能實現(xiàn)快速光譜獲取，因此，每個樣品三維熒光光譜的測試時間僅為3-5分鐘。
圖4.標準樣品水質熒光指紋
測試結果如圖4所示，四種水樣中所測得的水質熒光指紋峰數(shù)量、相應峰的激發(fā)和發(fā)射波長、強度和形狀等特點均與標準附錄B中記錄的一致，圖中括號內的數(shù)字對，代表相應熒光指紋峰的激發(fā)波長和發(fā)射波長對。值得一提的是，由于SmartFluo-Pro內置濾光片，可自動消除來自激發(fā)光瑞利散射的倍頻峰信號，因此在進行后續(xù)相似度判定時，無需再手動消除散射峰。
為了確認標準中所提及標準溶液線性相關度，我們制備了0.00 mg/L、0.06 mg/L、0.12 mg/L、0.18 mg/L、0.24 mg/L、0.30 mg/L 的L-色氨酸溶液，在激發(fā)波長/發(fā)射波長(Ex/Em)為275/350 nm處進行標準曲線繪制。圖5為使用SmartFluo-Pro繪制的熒光標準曲線，可以看到曲線的擬合系數(shù)R2達到了0.9988，具有優(yōu)異的線性相關度，滿足HJ1407-2024關于標準曲線擬合相關系數(shù)應滿足R2≥0.99的要求。
圖5. L-色氨酸溶液熒光峰強度-濃度的關系曲線（Ex/Em=275/350nm）
此外，HJ1407-2024附錄D中定義了區(qū)域百分比相似度計算公式，用于計算兩個水質熒光指紋樣品之間的相似程度，主要用于對不同水質熒光指紋樣品的定量化比較。因此，我們也對SmartFluo-Pro測試結果進行區(qū)域相似度判定， 可以得到四個樣品各自相對應的相似度均大于99%，滿足標準中算法檢驗相似度需大于90%的要求。
圖6. 水質熒光指紋溯源方法技術流程圖（參考HJ 1407-2024）
圖6為HJ1407-2024中規(guī)定的利用水質熒光指紋溯源方法進行入河入海排污口溯源的技術流程圖，從中可以看到水質熒光指紋溯源方法在污染物溯源中的重要性。通過對有效布點并采集的水樣進行三維熒光EEMs測試，利用水質熒光指紋信息對污染物進行溯源并進行相應的責任歸屬，可為水環(huán)境保護提供更全面水體污染評估，為水質管理提供更科學有效的支持。卓立漢光也會持續(xù)關注并更新相應的解決方案，關注我們賴以生存的環(huán)境，關注人類和地球的健康。
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