三维荧光光谱研究溶解性有机质组织资料

1、二:箱七光联5研究溶解，生有木道织Chlinese Jo)urnml ofAnaytical Chiemistry杂志冲6弟10期摘要:采用分子排阻色谱和激发/多波段发射荧光检测器结合二维荧光光谱和平行因子分析研究了新、老填埋垃圾渗滤液中溶解性有机质(DO)M)的组成0实验结果表明两种渗滤液来源的DOP幽含有类蛋白和类腐殖质物质0在新填埋垃圾渗滤液中类蛋白物质有4种存在形态包括大分子蛋白质形态、高/低分子县 里腐殖质结合态和多肽/氨基酸形态;在老填埋垃圾渗滤液DorM中类蛋白物质只有两种形态分别为大分子蛋白质形态和腐殖质结合态0相比分子排阻色谱二维荧光光谱结合平行因子分析能够分辨出腐殖质和非腐

2、殖质结合态的类蛋白物质但不能有效区分蛋白质和以多肽/套基酸形态存在的类蛋白物质0结果表明二维荧光光谱结合平行因子分析和分子排阻色谱可以表征DOIM中不同形态分布的类蛋白和类腐殖质关键词： 溶解性有机质；荧光光谱；分子排阻色谱；平 行因子分析溶解性有机质是环境中一类重要的物质，能够 为微生物提供营养和能量、 介导微生物与氧化 性物质之间的电子传递 1 、络合重金属2 、以及吸附和增溶疏水性有毒有机物3,在陆地和水生态系统中发挥着重要的功能，因此成为研究热点。DO减分复杂，包含有 蛋白质、多糖、氨基糖、核酸和腐殖质等多种 物质，目前常用的分析方法包括紫外光谱3、 荧光光谱 3,4、 红外光谱 4

3、5 和核磁共振 5。上述方法中，荧光光谱由于具有样品预处理简单、分析所需样品量 少、灵敏度高等诸多优点，成为研究DOM的最常用技术 6,7。采用荧光光谱分析技术，可以将DOM分为不同类别的荧光组分 8 然而 由于DOM是一大类组成和来源不同的混合物，其中许多物质存在结构相荧光图谱可台匕 目匕相互重叠分析DOFMH&成和结构增加降低DOFM的异质性减少研究者采用了一些数学9、主成分分析法络法1112和物理13、树脂分 离法14化特性各异的组分单元中平行因子方法对D0P应用最广泛910L杂的数学程序且组分县 里的影响10。在物理离需要调节pH值一止存在状态与天然实际差异;而色谱分离不需反映DOFM

4、的实际分布情况得组分数目也受诸多条等的影响1516。因分离两种方法结合充似的单元不同物质的给采用荧光光谱精确了困难910。为了不同荧光组分的重叠方法如平行因子分析法10、自组织人工神经网化学方法如色谱分离法将DOI粉成光谱图和理1013。在数学方法分的分离效果最好、但平行因子分析涉及复数目的确止受到样品数化学分离法中树脂分程度上改变了DO砌分的环境中的DOIpl 存在一止的要调节PH值能更好地和组分但色谱分离所件如洗脱液、洗脱方法此将数学分析和色谱分利用两种分析方法各自的优占八、可以更有效特征目刖尚缺乏这方此本研究结合荧光光行分子分析法将DO解其组成和结构特性0本地球环境化学行为预测2实验部分

5、21仪器与试剂MultiN/C21(00型总有机碳分司)；F-7000型荧光光谱仪高效液相色谱(美国安(湖南长沙湘仪离心机包温振荡器(江苏金坛厂)0HC104、NaOH、Cu均为分析纯0实验用水22样品采集与预处为了获1日具有代表性的埋场采集填埋年限不的渗滤液样品S1和和填垃圾产生的渗滤液样品和全面地揭示DOM的组成面研究相关报道0基于谱、分子排阻色谱和平不同的特性分组探究研究结果可为DO鹿征和提供科学依据0析仪(TOC德国耶拿公(日本日立公司);1200lC捷伦公司);L-5沦0离心机仪器有限公司);SHIA-C水浴市金城国胜实验仪器(NO3)2、Pb)(NO3)2、CH3CO)ON为超纯水

6、0理样品在某生活垃圾填到1年的新鲜垃圾产生埋年限大于10年的陈腐S2120OOr/min离心10min后收集上清液过0*45n m滤膜收集滤液滤液中有机物即为DOfM。采用总有机碳分析仪测止DOIM样品中溶解性有机碳口OC)含县 里备用023DOM的物理分离将所DOIM样品的DOC调至6mg/L后测止样品的荧光光谱:PTM电压700V激发和发射波长狭缝宽5nm1 ,激发波长20040()nm发射波长28050(0nm激发和发射波长增量5nm扫描速度2400nm/min0分子排阻色谱采用配有荧光检测器的1200LC系统进行所用分离柱和保护柱分别为PLaquagel-OH(50mm7*5mrn,8

7、Mm)和MIX:EDM(30)0mrH75mr1,8 11m)(美国安捷伦公司)洗脱液为pH=7的醋酸俊缓冲液进样里100N L洗脱速度1mL/min0检测器为激发/多波段发射波长的荧光检测器激发波长23(0nm发射波长30050()nm发射波长增县 里为1nm1 024D)OM的数学分离DON维荧光光谱的平行因子分析需要多个样品为了获日多个样品制备DOC为6mg/L的DOM羊品S1和S2各18份采用荧光猝灭滴止方法分别加入Cu(NO3)2或Pb(NO3)2溶液使DOIM样品中Ci2+或Pb2+的浓度依次为1020304050607080和90m mo)l/L将样品在包温振荡器上振荡4h后测止

8、其二维荧光光谱测止条件与DOP/I未加重金属时23节中的条件相同将上述光谱数据扣除超纯水光谱后导出进行平行因子分析0平行因子分析方法如下:将样品S1或S2的19种重金属离子浓度为090it mo)l/L二维荧光光谱数据矩阵在MATLAB200)71采用的DC)MFuort001box数据包(wwwmo(delslifkudk)进行分析0首先是将DOME维荧光光谱图去除一次瑞利散射和一次瑞利散射随后经异常值检验、对半分析、核一致性分析、累计方差和分析及视觉检验3910确止样品S1和S2可以各分离出4种不同的荧光组分将所组分在MA,TLAB上制图0比较DO分子排阻色谱和平行因子分析所组分数目和激发

9、、发射波长确止两种分离方法所组分的异同03结果与讨论31DOM的二维荧光光谱图1为DOIM的二维荧光光谱样品S1在发射波长小于38()nm的区域具有较高的荧光强度而样品S2在发射波长大F38()nm的区域具有较高的荧光强度综合文献1720可知发射波长小于380)nm的区域为类蛋白物质包括类色氨酸物质(发射波长小F325nm)和类酪氨酸物质(发射波长大于325nm)0一些与类色凌A酸结构类似的多酚化合物也在发射波长小380nm范围内产生荧光峰21这些物质与类蛋白物质具有个共同的特占八、即均含有一个苯环结构0二维荧光光谱中发射波长大于38(Dnm的为类腐殖质物质这些物质含有两个及以上的本环结构在类

10、腐殖质物质中一些带有3个和4个本环的物质发射波长可台匕 目匕相同22。因此可以推测样品S1主要为类蛋白物质而样品S2以类腐殖质物质为主两个样品代表了两类不同的DOP/I组成0在DOM中不同荧光组分的荧光图谱可台匕 目匕相互重叠1023；此外类蛋白物质可以以3种形态存在包括多肽/氨基酸形态、腐殖质结合态和大分子蛋白质形态8L但图1不能给出上述信息需要采用物理和数学法对DOP欣光组分进行分离032DOM组分的物理法分离分子排阻色谱主要是基F分子县 里大小不同将DO分组在分子排阻色谱中大分子有机物先被洗脱出来而出峰时问晚的为小分子有机物1516L通过洗脱时问可以将DOIM按分子县 里大小分为不同的组

11、分0由FDO一大类有机分子的混合体不同分子之问可以通过疏水作用、氢键和范德华力结合在一起成为大分子复合物因此本研究中的大分子应为不同小分子通过一止作用力结合在一起的聚集体0在图1中由于激发波长23(nm发射波长300500nm处的组分荧光强度较高并且台匕 目匕代表所有的荧光物质因此在分子排阻色谱中周止荧光检测器的激发波长为23(nm、发射波长为30(50()nm、增里为1nm进行洗脱物荧光发射光谱测止0图2a显示出样品S1含有4类物质其出峰时问依次约为34539445和465rmin以445min出峰处物质的荧光强度最高显示样品S1含有4类分子县 里大小不同的物质其浓度最高的为小分子有机物0从

12、图2a还可见345和465min主要出现发射波长小于38()nm的荧光峰而39和445min在30050()nm范围内均都出现了荧光峰显示345和4651nin处的组分主要为大分子蛋白质和小分子多肽/氨基酸形态存在的类蛋白物质而390和445min处的组分主要为与腐殖质结合在一起的类蛋白物质8并且其分子量小于蛋白质分子但大于氨基酸/多肽物质0样品S2(图2b)在3*30和3*85min处出现了两个荧光峰最大峰强出现在385imin出峰范围为30050(0nm显示其为类腐殖质物质0此外在整个分离过程中样品S1和S2均在发射波长32537(5nm范围内均出现了较强的荧光强度其究兄是由类蛋白物质引起

13、还是噪声引起还需要进一步鉴止0本研究采用色谱柱分离法与树脂分离类似它们均能降低混合物的异质性He等14采用XAD-8大孔吸附树脂将DOP八分类出了不同亲疏水组分但是这种分离方法基于pH值调整到酸性范围后DOM分子上极性官台匕 目匕团的差异而本研究采用色谱分离是基于分析物分子量大小的差异进行分离033DOM的数学法分离图3为样品S1经平行因子分析所的4个组分0组分1有两个荧光峰其激发波长为23()nm发射波长为280/340nm;组分2也有两个荧光峰其激发波长分别为230和28()nm发射波长位于32534()nm范围内以上两个组分在发射波长大于38()nm范围内也存在较强的荧光发射0由文献8可

14、知组分1和2为腐殖质结合态存在的类蛋白物质；组分3有一个尖峰和一个肩峰其激发波长分别为230和25()nm发射波长均为30()nm属于类色氨酸物质；组分4有3个荧光峰其激发波长分别为220250和315nm发射波长均为42(5nm属于类腐殖质物质7。组分1和2对应于样品S1分子排阻色谱中390和445rmin出峰的物质均为腐殖质结合态存在的类蛋白物质8;组分3对应于样品S1分子排阻色谱中345和465imin出现的类蛋白物质17L但组分4在分子排阻色谱中没有对应的物质其是否为实际组分还不1日而知0如图4所示样品S2经平行因子分析1日到4个组分其中组分1有两个荧光峰其激发波长分别为240和32(

15、)nm发射波长为41()nm参昭八、文献81,组分1为类腐殖质物质；组分2也有两个荧光峰其激发波长分别为235和28()nm发射波长在3353715nm范围内为类蛋白物质17组分3含有3个荧光峰其激发波长分别为225、280和36()nm发射波长为44()nm为类腐殖质物质17；组分4含有两个荧光峰其激发波长均为22(5nm而发射波长不同此类物质尚未见到相关报道0与样品S2的分子排阻色谱相比组分1对应于分子排阻色谱中的3*85min的类腐殖质物质组分2和3在样品S2的分子排阻色谱中并未见对应的物质组分4在样品S2的色谱图中一直存在显示分子排阻色谱中发射波长325374jnm范围内均出现的荧光强

16、度对应于某种物质可台匕 目匕为33rtin出现的类蛋白物质0对比DOf分子排阻色谱和平行因子分析所的组分发现二者既有相同之处有互相J对应的物质又有不同数学分离各有各自的优子之问可台匕 目匕通过疏水作合在一起1524因台匕 目匕将所有分子分开；相析可以将这些组分分开影响0但是很多情况下有效揭示两种物质之问在;此外平行因子分白质形态存在和小分子的两种类蛋白物质因平行因子分析联用可以况减少其复杂性和异4结论分子排阻色谱台匕 目匕有效分县 里及其形态可以将DO酸、中等分子的腐殖质行因子分析可鉴别分子分并且台匕 目匕给出不同组细信息但平行因子分之处显示物理分离和缺占八、0由于不同有机分用、氢键和范德华力结此分子排阻色谱并不比较而平行因子分而不受到上述作用力的平行因子分析并不台匕 目匕是共存关系还是单独存析不台匕 目匕区分以大分子蛋多肽/氨基酸形态存在此将分子排阻色谱和更加全面表征DOMH&成情质性0析DOMfr不同物质的分子m为小分子多肽/氨基以及大分子蛋白质；平排阻色谱中未分开的组分激发/发射波长的详析不台匕 目匕分开蛋白质和氨基酸/多肽形态的类蛋光光谱结合平行因子分有效、全面地表征DO胞勺参考文献:8.崔东宇何小松席高如泰分析化学209.潘钊王玉田邵小丽光谱学