二维相关谱方法解析多环芳烃的荧光峰

二维相关谱方法解析多环芳烃的荧光峰

多环芳烃（pahs）是一种由两个或两个以上的苯环以浓环或浓环的形式连接的烃类化合物。二维相关技术最早于1986年由Noda提出本文采用二维荧光相关谱方法，以浓度为外扰，构建苯并[a]芘、苯并[ghi]ue5cf、苯并[k]荧蒽混合溶液的同步和异步二维荧光相关谱，根据同步谱中交叉峰的正负和异步谱中交叉峰的有无，对3种多环芳烃的重叠峰进行解析。该研究不仅为PAHs特征荧光信息库的建立提供试验基础，也为复杂体系中多种多环芳烃的同时分析提供一种可行性方法。1材料和方法1.1荧光光谱的测定试验所用仪器为美国PerkinElmer公司生产的LS-55型号荧光分光光度计，以脉冲氙灯为光源。采用1cm具塞石英比色皿。扫描条件：激发狭缝10.0nm，发射狭缝10.0nm，扫描速度1000nm/min，光电倍增管电压700，滤波器350nmcut-off。选取350～580nm波段范围扫描样品的荧光光谱。试验所用3种试剂均由AccuStandard厂家提供，以乙腈为溶剂的苯并[a]芘溶液，浓度为100mg/L；以丙酮为溶剂的苯并[ghi]ue5cf溶液，浓度为100ug/mL；以甲醇为溶剂的苯并[k]荧蒽溶液，浓度为100ug/mL，纯度均为分析纯。1.2样品配置采用逐步稀释法，将苯并[a]芘、苯并[ghi]ue5cf、苯并[k]荧蒽3种试剂分别用超纯水稀释成浓度为1×101.3．多元相关noda矩阵假设原始常规一维荧光光谱A(m×n）包含m个光谱，根据二维相关Noda理论式中N为m阶方阵，即为Hilbert-Noda矩阵，其矩阵元为2维荧光相关谱图1是浓度为1×10对混合溶液体系一的9个样品，以浓度为外扰，以平均谱为参考谱，根据公式（1）和公式（2）分别进行同步和异步二维荧光相关谱计算，得到体系一的同步（图3a）和异步（图3b）二维荧光相关谱，图3c是异步谱在425nm处的切谱。对于同步二维荧光相关谱，在主对角线405、425、471、480和500nm处存在自相关峰，表明此波长处的荧光峰强度随外扰的变化而变化。在主对角线外侧（500,480）、（500,471)nm处存在正交叉峰，表明3个荧光峰强度随外扰变化方向相同，其可能来自混合溶液中的同一组份。由于混合溶液中苯并[ghi]ue5cf浓度在减小，苯并[a]芘和苯并[k]荧蒽浓度在增大，再结合500nm处苯并[ghi]ue5cf的峰（未被覆盖），可推断480和471nm处的荧光峰也来自混合溶液中的苯并[ghi]ue5cf；在（480,405）和（480,425)nm处存在负的交叉峰，表明405和425nm处的荧光峰强度随外扰的变化方向与480nm处变化方向相反，表明405和425nm处荧光峰可能来自混合溶液中的苯并[a]芘或苯并[k]荧蒽。对于异步二维荧光相关谱，在（500,480）、（500,471)nm处不存在交叉峰，表明3个荧光峰强度随外扰变化的速率相等，进一步证实了471、480和500nm处荧光峰来自同一组份，都来自混合溶液的苯并[ghi]ue5cf；（471,405）、（471,417）、（471,425）、（471,433）、（471,459）和（471,491)nm处存在交叉峰，表明471nm处荧光峰强度与405、417、425、433、459和491nm处荧光峰强度变化速率不同，表明471nm处的荧光峰与其他6个峰的来源不同，由于471nm处的峰来自苯并[ghi]ue5cf，可推测405、417、425、433、459和491nm处荧光峰来自混合溶液中的苯并[a]芘或苯并[k]荧蒽。此外，（491,433）和（491,443)nm处的交叉峰表明，491nm处的荧光峰与433和443nm处峰的来源不同。从图3c异步谱425nm处切谱上可以看到，425nm与417、433、471和500nm之间都存在交叉峰，而425nm与405、459nm之间不存在交叉峰，可推测417和433nm处荧光峰来源相同，405、425和459nm处荧光峰来源相同，但对于具体来源还需要进一步分析。对于体系二动态光谱进行同步和异步相关计算。对于同步二维荧光相关谱（图4a），在主对角线405、471和500nm处存在自相关峰。主对角线外侧存在一些正交叉峰，分别位于（471,405）、（471,425）和（471,500)nm处，表明405、425、500nm处与471nm处的荧光峰强度随外扰的变化方向相同。由于该混合溶液体系中苯并[ghi]ue5cf和苯并[a]芘的浓度在减小，苯并[k]荧蒽的浓度在增大，再结合上述分析结果（471和500nm峰来自苯并[ghi]ue5cf，且与405和425nm峰来源不同），可推测出405和425nm处的荧光峰来自于混合溶液中的苯并[a]芘。因405、425和459nm处荧光峰来源相同，推测459nm处峰也来自苯并[a]芘。对于异步二维荧光相关谱（图4b）中，在（405,425)nm处不存在交叉峰，表明两峰荧光强度随外扰变化速率相同，进一步确认两峰来源相同，都来自混合溶液的苯并[a]芘。图4c为异步谱在471nm处的切谱，可以看到471nm与417、443nm之间存在交叉峰，结合上述分析结果（471nm峰来自苯并[ghi]ue5cf，425nm峰来自苯并[a]芘，417和433nm处荧光峰来源相同），可推测417和433nm荧光峰来自混合溶液中的苯并[k]荧蒽。因433和443nm处峰与471nm和491nm两处峰来源都不相同，推测491nm处峰来自混合溶液中的苯并[a]芘，443nm处峰来自苯并[k]荧蒽。图5a和图5b为体系三的异步二维相关荧光谱和在433nm处的切谱，从图5a、5b可知，433nm与405、425、471和500nm处存在交叉峰；471nm与405、425、433、443和459nm处存在交叉峰，进一步验证和确认：混合溶液中405、425、459和491nm处荧光峰来自苯并[a]芘，417、433和443nm处荧光峰来自苯并[k]荧蒽，471、480和500nm处荧光峰来自苯并[ghi]ue5cf，解析结果与单组份荧光峰（图1）位置一致。3重叠荧光峰解析采用二维荧光相关谱方法对苯并[a]芘、苯并[ghi]ue5cf和