CN113655042A - 一种水源水藻类有机物快速识别方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水源水藻类有机物快速识别方法及应用，涉及水体治理技术领域，为解决现有方法不能快速有效提前发现饮用水水源中还未爆发的藻类的问题；本发明包括取含藻水源水离心，取上清液过滤，滤液为样品一；离心的下层部分加超纯水再离心除去上清液，重复若干次，加入超纯水反复冻融若干次，离心并取上清液过滤，滤液为样品二；取超纯水为空白；使用三维荧光光谱仪对样品一、样品二和空白分别进行荧光测定，并将二者结果分别扣除空白结果获得谱图；观察谱图，找到蛋白质类或氨基酸类荧光特征峰；本发明能快速对水源水样品进行检测分析，步骤简单易处理，且藻类有机物特征峰明显，适合应用于藻类爆发水华的提前预防整治。
Description
技术领域
本发明涉及水体治理技术领域，具体为一种水源水藻类有机物快速识别方法及应用。
背景技术
我国面临饮用水水源污染的问题，藻类爆发会产生水华，向水体中释放大量氨基酸和蛋白质等含氮的藻类有机物，导致水体中溶解性有机氮(DON)含量上升，使水体中溶解性有机物(DOM)的成分更加复杂。DOM是重要的消毒副产物(DBPs)前体，由于DOM无法在消毒前的水处理工艺中完全除去，DOM中丰富的有机氮导致消毒过程中N-DBPs生成风险增加，而这些饮用水含氮消毒副产物具有致癌性和致突变性，对人体危害大；如何在饮用水水源中提前快速检测出还未爆发产生水华的藻类，从而指导水源水体的改善和保护成为了当务之急。
公告号为CN103439472B，名称为基于遥感监测及改进证据融合技术的湖库蓝藻水华识别方法的发明专利，其中公开了建立遥感反演模型，采用叶绿素a浓度和与叶绿素a浓度相对应的水体遥感波段反射率比值作为识别蓝藻水华暴发程度的指标集的方法识别蓝藻水华，但是其只能针对已爆发水华的水源识别，不能快速有效地提前发现饮用水水源中还未爆发的藻类。因此，亟需一种水源水藻类有机物快速识别方法及应用来解决这个问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水源水藻类有机物快速识别方法及应用，以解决现有方法不能快速有效地提前发现饮用水水源中还未爆发的藻类的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种水源水藻类有机物快速识别方法，包括以下具体步骤：
S1、预处理：取含藻水源水离心后，取上清液过滤，滤液为样品一；离心的下层部分加超纯水再离心除去上清液，重复若干次后，加入超纯水反复冻融若干次，离心并取上清液过滤，滤液为样品二；取超纯水为空白；
S2、测定：使用三维荧光光谱仪对样品一、样品二和空白分别进行荧光测定，并将样品一和样品二的结果分别扣除空白结果获得谱图；
S3、分析结果：观察谱图，找到蛋白质类或氨基酸类荧光特征峰。
在一种较优的方案中，步骤S1还包括取不含藻水源水为对照，步骤S2中同时对对照进行荧光测定，其结果也扣除空白结果获得谱图。
在一种较优的方案中，进行荧光测定的光谱条件为：扫描速度1200nm/min，激发波长范围220-450nm，激发波长间隔为5nm，发射波长范围220-600nm，发射波长间隔为1nm，激发及发射单色器的狭缝宽度为5nm，光电倍增管电压为700V。
在一种较优的方案中，样品一的制备步骤包括：将含藻水源水倒入离心管，转速为8000rpm，离心时间10min，然后使用注射器取出上清液，使用孔径为0.45μm的聚醚砜针筒式滤膜过滤上清液，滤液即为样品一。
在一种较优的方案中，样品二的制备步骤包括：离心的下层部分加入超纯水混匀后再离心，转速为8000rpm，离心10min后除去上清液，以上步骤重复五次后，加入超纯水至与所取含藻水源水体积相同并混合均匀，将得到的溶液在-18℃和常温下反复冻融三次后离心，转速为8000rpm，时间为10min，离心后过滤上清液，滤液即为样品二。
在一种可选的方案中，含藻水源水同时取多份进行离心，小心取走各份上清液部分的80-90％，将各份的剩余部分搅匀并混合为一份，离心该份样品，取走上清液的80-90％，并以剩余部分作为含藻水源水离心后的下层部分。
在一种可选的方案中，荧光测定采用lcm石英比色皿装盛各样品。
本发明提供的另一技术方案：一种水源水藻类有机物快速识别方法在预防藻类爆发水华中的应用，包括以下具体步骤：定期在水源水域中多处随机采集待测水源水样本，将各样本分别按照步骤S1和S2，代替其中的含藻水源水进行处理，并观察各样本中样品一和样品二的谱图，确定是否包含蛋白质类或氨基酸类荧光特征峰，并根据分析结果确定水源水域中有无藻类爆发的危险，提前做出应对措施。
在一种较优的方案中，在分析结果确定水源水域中有无藻类爆发的危险前，还包括以下具体步骤：取不含藻水源水多份，人工加入藻类，制作若干组不同浓度的含藻实验水，将各组含藻实验水分别按照步骤S1和S2，代替其中的含藻水源水进行处理，并将得到的谱图标明藻浓度作为标准谱图；取不含藻水源水，人工加入藻类制作多组盲样，按照步骤S1和S2，用盲样代替其中的含藻水源水进行处理，得到的谱图与标准谱图对比，判断盲样中大致藻浓度，并用判断值比较盲样的实际添加值，获得经验误差范围，根据该范围对待测水源水样本的谱图分析结果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、该水源水藻类有机物快速识别方法及应用，采用三维荧光光谱技术获取在荧光激发波长与发射波长同时变化时的荧光强度信息；藻类有机物可分为藻类代谢产生的胞外有机物和藻类死亡释放的胞内有机物，其组成成分有差异，而三维荧光光谱所得的荧光信息较为全面，对于组成结构复杂的体系而言，各荧光基团在三维荧光光谱矩阵中的位置各不相同，从而能够对其进行有效区分识别与表征，体现在谱图上的就是容易直观辨别出水源水样品中有无藻类有机物。
2、该水源水藻类有机物快速识别方法及应用，能快速对水源水样品进行检测分析，步骤简单易处理，且藻类有机物特征峰明显，灵敏度高，容易识别，整个检测过程成本低廉，适合应用于藻类爆发水华的提前预防整治。
附图说明
图1为本发明的实施例中超纯水空白的三维荧光光谱扫描谱图；
图2为本发明的实施例中样品一的三维荧光光谱扫描谱图；
图3为本发明的实施例中样品二的三维荧光光谱扫描谱图；
图4为本发明的实施例中不含藻水源水对照的三维荧光光谱扫描谱图。
具体实施方式
一种水源水藻类有机物快速识别方法，包括以下具体步骤：
S1、预处理：取含藻水源水倒入离心管离心，可选的，转速为8000rpm，离心时间10min，取上清液过滤，具体的，可以使用注射器取出上清液，使用孔径为0.45μm的聚醚砜针筒式滤膜过滤上清液，滤液为样品一；离心的下层部分加超纯水再离心除去上清液，重复若干次后，加入超纯水反复冻融若干次，离心并取上清液过滤，滤液为样品二，具体的，可以采用以下方法：离心的下层部分加入超纯水混匀(超纯水加入时可用洗瓶沿离心管管壁冲洗)，混匀后离心，设置转速为8000rpm，离心10min后除去上清液，以上步骤重复五次后，加入超纯水至与所取含藻水源水体积相同并混合均匀(体积相同是为了令最后得到的样品二与样品一的条件相同，令结果更具可比性)，将得到的溶液在-18℃和常温下反复冻融三次后离心，转速为8000rpm，时间为10min，离心后过滤上清液，滤液即为样品二；取超纯水为空白；还可以根据条件增加不含藻水源水为对照，以更清晰地对比分析结果；
S2、测定：用lcm石英比色皿装盛各样品，使用三维荧光光谱仪对样品一、样品二和空白分别进行荧光测定，并将样品一和样品二的结果分别扣除空白结果获得谱图，如果有对照则也对其进行荧光测定，对照的结果也需要扣除空白结果获得谱图；进行荧光测定的光谱条件优选为：扫描速度1200nm/min，激发波长范围220-450nm，激发波长间隔为5nm，发射波长范围220-600nm，发射波长间隔为1nm，激发及发射单色器的狭缝宽度为5nm，光电倍增管电压为700V；
S3、分析结果：观察谱图，找到蛋白质类或氨基酸类荧光特征峰。
一种水源水藻类有机物快速识别方法在预防藻类爆发水华中的应用，包括以下具体步骤：定期在水源水域中多处随机采集待测水源水样本，将各样本分别按照步骤S1和S2，代替其中的含藻水源水进行处理，并观察各样本中样品一和样品二的谱图，确定是否包含蛋白质类或氨基酸类荧光特征峰，并根据分析结果确定水源水域中有无藻类爆发的危险，提前做出应对措施；如果希望分析的结果可信度更高，在分析结果确定水源水域中有无藻类爆发的危险前，还可以进行标准谱图的制作和盲样验证，具体可以采用以下步骤：取不含藻水源水多份，人工加入藻类，制作若干组不同浓度的含藻实验水，将各组含藻实验水分别按照步骤S1和S2，代替其中的含藻水源水进行处理，并将得到的谱图标明藻浓度作为标准谱图；取不含藻水源水，人工加入藻类制作多组盲样，按照步骤S1和S2，用盲样代替其中的含藻水源水进行处理，得到的谱图与标准谱图对比，判断盲样中大致藻浓度，并用判断值比较盲样的实际添加值，获得经验误差范围，根据该范围对待测水源水样本的谱图分析结果。
实施例：
取水库样本40mL，加入到50mL离心管中，设置离心机的转速为8000rpm，离心时间10min，仔细观察并无任何沉淀；重新取水库样本多份进行离心，小心取走各份上清液部分的80-90％，将各份的剩余部分搅匀并混合为一份，离心该份样品，小心取走上清液的80-90％作为样品一，并以剩余部分作为含藻水源水离心后的下层部分，观察仍无沉淀；沿离心管管壁加入超纯水并混匀，再次离心后仍无沉淀，小心取走上清液的80-90％，以上步骤重复五次，最后得到的清液加入超纯水至40ml，在-18℃和常温下反复冻融三次，然后离心，仍未出现沉淀，全部过滤，滤液作为样品二；将超纯水、样品一和样品二分别装入lcm石英比色皿，调节扫描速度1200nm/min，激发波长范围220-450nm，激发波长间隔为5nm，发射波长范围220-600nm，发射波长间隔为1nm，激发及发射单色器的狭缝宽度为5nm，光电倍增管(PMT)电压为700V，对超纯水、样品一和样品二进行检测，并用样品一和样品二的结果分别扣除超纯水结果获得谱图，未发现蛋白质类荧光峰或氨基酸类荧光特征峰；
由于周边水库治理较好，离心后没有任何沉淀物，为体现上述方法的可行性，本实施例又以某景观湖湖水为例进行测试；
(1)取湖水40mL，加入到50mL离心管中，设置离心机的转速为8000rpm，离心时间10min，可以看到明显的沉淀物贴于离心管底部，实际为藻细胞，然后使用注射器取出上清液，使用孔径为0.45μm聚醚砜(PES)针筒式滤膜过滤上清液，滤液即为藻类胞外有机物，作为三维荧光光谱待测样品一。加入超纯水并将藻细胞重新混合均匀，再次离心后倒掉上清液，以上步骤重复五次以确保无藻类胞外有机物残留，最后得到的下层部分加入超纯水至40ml并混匀，在-18℃和常温下反复冻融三次，然后离心并过滤上清液，滤液即为藻类胞内有机物，作为三维荧光光谱待测样品二；
(2)取水库的不含藻水源水作为对照；超纯水作为空白；用lcm石英比色皿分别装盛超纯水、对照、样品一和样品二，调节扫描速度1200nm/min，激发波长范围220-450nm，激发波长间隔为5nm，发射波长范围220-600nm，发射波长间隔为1nm，激发及发射单色器的狭缝宽度为5nm，光电倍增管(PMT)电压为700V，对超纯水、对照、样品一和样品二进行检测，并将对照、样品一和样品二的结果分别扣除空白结果获得谱图，参阅图1至4；
(3)由图2和3可以看出，湖水中存在明显的蛋白质类荧光峰和氨基酸类荧光特征峰，具有一定的荧光强度，明显有别于三维荧光光谱中腐殖质类物质的荧光特征峰，与图4水库的不含藻水源水的谱图对比也有很大区别。
测定结束后，通过测定藻类叶绿素来验证上述水库水样和湖水水样，发现水库水样中确实不含有藻类，而湖水水样中则含有少量微藻。
以上仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。
Claims (9)
1.一种水源水藻类有机物快速识别方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
S1、预处理：取含藻水源水离心后，取上清液过滤，滤液为样品一；离心的下层部分加超纯水再离心除去上清液，重复若干次后，加入超纯水反复冻融若干次，离心并取上清液过滤，滤液为样品二；取超纯水为空白；
S2、测定：使用三维荧光光谱仪对样品一、样品二和空白分别进行荧光测定，并将样品一和样品二的结果分别扣除空白结果获得谱图；
S3、分析结果：观察谱图，找到蛋白质类或氨基酸类荧光特征峰。
2.根据权利要求1所述的一种水源水藻类有机物快速识别方法，其特征在于：所述步骤S1中还包括取不含藻水源水为对照，步骤S2中同时对对照进行荧光测定，其结果也扣除空白结果获得谱图。
3.根据权利要求1所述的一种水源水藻类有机物快速识别方法，其特征在于，所述步骤S2中，进行荧光测定的光谱条件为：扫描速度1200nm/min，激发波长范围220-450nm，激发波长间隔为5nm，发射波长范围220-600nm，发射波长间隔为1nm，激发及发射单色器的狭缝宽度为5nm，光电倍增管电压为700V。
4.根据权利要求1所述的一种水源水藻类有机物快速识别方法，其特征在于，所述步骤S1中样品一的制备步骤包括：将含藻水源水倒入离心管，转速为8000rpm，离心时间10min，然后使用注射器取出上清液，使用孔径为0.45μm的聚醚砜针筒式滤膜过滤上清液，滤液即为样品一。
5.根据权利要求1所述的一种水源水藻类有机物快速识别方法，其特征在于，所述步骤S1中样品二的制备步骤包括：离心的下层部分加入超纯水混匀后再离心，转速为8000rpm，离心10min后除去上清液，以上步骤重复五次后，加入超纯水至与所取含藻水源水体积相同并混合均匀，将得到的溶液在-18℃和常温下反复冻融三次后离心，转速为8000rpm，时间为10min，离心后过滤上清液，滤液即为样品二。
6.根据权利要求5所述的一种水源水藻类有机物快速识别方法，其特征在于：所述含藻水源水同时取多份进行离心，小心取走各份上清液部分的80-90％，将各份的剩余部分搅匀并混合为一份，离心该份样品，取走上清液的80-90％，并以剩余部分作为含藻水源水离心后的下层部分。
7.根据权利要求1所述的一种水源水藻类有机物快速识别方法，其特征在于：所述荧光测定采用lcm石英比色皿装盛各样品。
8.一种如权利要求1至7任意一项所述的水源水藻类有机物快速识别方法在预防藻类爆发水华中的应用，其特征在于，包括以下具体步骤：定期在水源水域中多处随机采集待测水源水样本，将各样本分别按照步骤S1和S2，代替其中的含藻水源水进行处理，并观察各样本中样品一和样品二的谱图，确定是否包含蛋白质类或氨基酸类荧光特征峰，并根据分析结果确定水源水域中有无藻类爆发的危险，提前做出应对措施。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，在分析结果确定水源水域中有无藻类爆发的危险前，还包括以下具体步骤：取不含藻水源水多份，人工加入藻类，制作若干组不同浓度的含藻实验水，将各组含藻实验水分别按照步骤S1和S2，代替其中的含藻水源水进行处理，并将得到的谱图标明藻浓度作为标准谱图；取不含藻水源水，人工加入藻类制作多组盲样，按照步骤S1和S2，用盲样代替其中的含藻水源水进行处理，得到的谱图与标准谱图对比，判断盲样中大致藻浓度，并用判断值比较盲样的实际添加值，获得经验误差范围，根据该范围对待测水源水样本的谱图分析结果。
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2021
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