一种冰相中溶解性有机物对芘光解淬灭效应的估算方法技术

一种冰相中溶解性有机物对芘光解淬灭效应的估算方法，具体为：1)DOM的选择和提取；2)进行DOM的紫外吸收光谱测定；3)进行冰相中芘的直接光解实验；4)进行冰相中芘与DOM共存时的直接光解光解实验；5)DOM对芘光解的淬灭效应计算；分析DOM的ā250‑280与其对芘光解的淬灭因子Qλ之间的相关性。通过上述步骤，本发明专利技术提供了一种估算准确、反应迅速、操作简单的冰相中溶解性有机物对芘光解淬灭效应的估算方法。

【技术实现步骤摘要】
一种冰相中溶解性有机物对芘光解淬灭效应的估算方法
本专利技术属于光降解领域，具体地涉及冰相中溶解性有机物(DOM)对芘光解淬灭效应的估算。
技术介绍
我国北方地区每年11月份地表水体水面开始结冻，约在11月下旬水面形成冰盖，进入冰封期。随着河流的结冰，水体中一部分污染物质被冻结在冰层中。由于冰的特殊性质，相对于流动性的大气和水体，污染物在冰相内部的物理迁移过程、常规的化学反应以及微生物作用相对较弱，而光化学作用则表现出特殊的重要性。光化学作用是环境中污染物质迁移转化的重要途径。芘是多环芳烃(PAHs)的典型代表，在自然界广泛存在。PAHs具有致癌性、致畸性、致突变性，其生物的有效性部分可通过食物链富集和传递，最终影响到人类健康，并逐渐变为人们普遍关注的优先监测污染物。微生物降解和挥发是水和土壤中低分子量PAHs的主要去除过程，而四环或四环以上的PAHs因其水溶性差难于被生物降解。PAHs的离域大π键可以吸收太阳光的可见(400～700nm)和紫外(290～400nm)部分。因此，光降解作为环境中PAHs转化的一种重要途径而受到广泛重视。DOM因其特殊的光化学性质可以显著的影响共存污染物的光化学行为，被称为是水中的微反应器。因此，在有机污染物光化学行为的研究中，DOM成为了一个必要的考察因素。DOM是芳香族化合物和脂肪族化合物的复杂混合物，腐殖酸和富里酸是DOM的两种主要成分，也是关注度最高的成分，含有大量的氨基、羧基、羰基和羟基等基团，分子量在几千到十万之间，分子量较小的DOM通过氢键等作用结合起来，形成更为复杂的分子。DOM对污染物光解的影响非常复杂，涉及到多种不同机制，且对于不同的污染物来说机制也不同。从表观效应来看，DOM对污染物光解的影响可分为两大类：促进机制和抑制机制。DOM促进污染物光解主要和DOM可以导致污染物发生间接光解有关。DOM在光照下可以吸收光子跃迁到激发态，然后通过系间穿越生成激发三线态(3DOM*)，3DOM*可以与污染物分子发生能量转移或电子转移导致其分解。除3DOM*的敏化机制外，由3DOM*与溶解氧、水分子等反应产生的活性氧物种(ROS)引发的污染物的光氧化反应也是DOM促进污染物光解的重要机制。其中单线态氧(1O2)、羟基自由基(·OH)被认为是天然水体中参与污染物降解的最重要的两种活性氧物种。另一方面，DOM的结构中具有很多共轭发色团，可与有机污染物发生竞争光吸收作用而抑制其光解。DOM还可以与污染物分子发生结合作用，从而抑制其光解行为。为了解冰相中DOM对芘光解的影响，需进行光降解实验并检测芘的浓度变化。并且DOM对冰相中芘光解的促进作用和抑制作用往往同时存在。如果促进作用大于抑制作用，光降解实验中观测到的DOM对芘光解的表观影响为芘光解速率升高；如果抑制作用大于促进作用，表观影响为芘光解速率降低，但光解速率的表观降低值小于实际上的抑制作用，因为同时还存在由于DOM的促进作用所导致的芘光解速率的升高。因此，开发一种新方法估算冰相中DOM对PAHs光解的淬灭效应非常有必要。
技术实现思路
为了解决上述问题本专利技术提供一种冰相中溶解性有机物对芘光解淬灭效应的估算方法，具体为：DOM的光屏蔽作用，以及其对污染物激发态的淬灭是DOM抑制污染物光解的主要原因。DOM对污染物激发态的淬灭与DOM和污染物之间的结合作用有关。以往研究结果表明DOM的芳香环是冰相中DOM与PAHs作用的核心位置。那么DOM的芳香环含量应该会对冰相中DOM抑制PAHs光解的效应产生影响。有机物在波长250～280nm范围内的紫外吸光度反映了sp2杂化碳(如芳香碳)的存在。因此，DOM在波长250～280nm范围内的紫外吸光度应该与其对冰相中芘光解的淬灭效应有一定的相关性。DOM对PAHs光解的促进作用和抑制作用往往同时存在。所以，为了准确研究DOM对芘光解的猝灭效应，必须在添加3DOM*、1O2和·OH的淬灭剂抑制芘的间接光解的条件下研究DOM对芘光解的影响。为了实现上述目的，本专利技术创造采用的技术方案为：一种冰相中溶解性有机物对芘光解淬灭效应的估算方法，其特征在于，其步骤为：1)DOM的选择和提取：1.1)提取地表水和污水水样中的DOM：表水和污水水样经过0.45μm硝酸纤维素滤膜过滤，滤液中的有机物即为DOM；1.2)提取土样中的DOM；1.3)提取商用腐殖酸样品中的DOM：用高纯水溶解，然后用0.45μm硝酸纤维素滤膜过滤，滤液中的有机物即为DOM。2)进行DOM的紫外吸收光谱测定：利用下式计算DOM在波长250到280nm范围内的平均紫外吸收值A250-280：式中：Ai为DOM在波长inm处的吸光度；3)进行冰相中芘的直接光解实验：利用下式计算不与DOM共存时冰相中芘的直接光解速率常数kd-no-DOM：式中：Ct和C0分别为t时刻和初始时刻光解液中芘的浓度；4)进行冰相中芘与DOM共存时的直接光解光解实验，利用下式计算与DOM共存时冰相中芘的直接光解速率常数kd-DOM：式中：Ct和C0分别为t时刻和初始时刻光解液中芘的浓度；5)DOM对芘光解的淬灭效应计算：冰相中DOM对芘光解的淬灭效应以淬灭因子Qλ来表征，Qλ用以下公式计算：Qλ＝1-(Sλ′/Sλ)式中：Sλ′为DOM的光屏蔽因子的实验值；Sλ为DOM的光屏蔽因子的理论值；kd-DOM为与DOM共存时芘的直接光解速率常数，单位为h-1；kd-no-DOM为不与DOM共存时芘的直接光解速率常数，单位为h-1；aλ为一定浓度DOM的消光系数，单位为cm-1；ελ为芘摩尔吸光系数，单位为L/(cm·mol)；CPAHs为芘的浓度，单位为mol/L；l为光程，单位为cm；6)分析DOM的与其对芘光解的淬灭因子Qλ之间的相关性。所述的步骤1.2)中，提取土样中DOM的具体方法为：1.2.1)土样采自农田表层深度为0～20cm的土壤，将采集的土样弄成碎块平铺在干净的纸上，并在土面上盖上纸，以防尘土落入，摊成层放于室内阴凉通风处，加以翻动以加速干燥，风干时间约3～5天；1.2.2)将干土样放在研钵内，反复研磨，用孔径为0.25mm的筛子过筛。取<0.25mm的100g土样置于2L的烧杯中，加入1L的高纯水，在室温下用磁力搅拌器搅拌2h，然后用离心机离心20min；1.2.3)区上清液用0.45μm滤膜过滤，滤液中的有机物即为DOM。所述的步骤3)中，冰相中芘的直接光解实验的具体步骤为：在去离子水中加入芘使其浓度为50μg/L，分装于若干个石英管中并进行冷冻至完全结冰；将石英管置于室内反应装置中，用模拟太阳光对样品进行光照；在光照过程中，间隔时间进行取样，样品在室温下融化，然后使用高效液相色谱仪对融化后光解液中的芘进行定量分析。所述的步骤4)中，冰相中芘与DOM共存时的直接光解光解实验的具体步骤为：在去离子水中加入芘使其浓度为50μg/L，然后添加DOM，并添加3DOM*、1O2和·OH的淬灭剂；将光解液分装于石英管中，然后冷冻至完全结冰；将石英管置于室内低温反应装置中，用模拟太阳光对样品进行光照。在光照过程中，每隔特定时间取样一次，样品在室温下融化，然后使用高效液相色谱仪对融化后光解液中的芘进行定量分析。本专利技术创造的有益效果为：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冰相中溶解性有机物对芘光解淬灭效应的估算方法，其特征在于，其步骤为：1)DOM的选择和提取：1.1)提取地表水和污水水样中的DOM：表水和污水水样经过0.45μm硝酸纤维素滤膜过滤，滤液中的有机物即为DOM；1.2)提取土样中的DOM；1.3)提取商用腐殖酸样品中的DOM：用高纯水溶解，然后用0.45μm硝酸纤维素滤膜过滤，滤液中的有机物即为DOM。2)进行DOM的紫外吸收光谱测定：利用下式计算DOM在波长250到280nm范围内的平均紫外吸收值A250‑280：

【技术特征摘要】
1.一种冰相中溶解性有机物对芘光解淬灭效应的估算方法，其特征在于，其步骤为：1)DOM的选择和提取：1.1)提取地表水和污水水样中的DOM：表水和污水水样经过0.45μm硝酸纤维素滤膜过滤，滤液中的有机物即为DOM；1.2)提取土样中的DOM；1.3)提取商用腐殖酸样品中的DOM：用高纯水溶解，然后用0.45μm硝酸纤维素滤膜过滤，滤液中的有机物即为DOM。2)进行DOM的紫外吸收光谱测定：利用下式计算DOM在波长250到280nm范围内的平均紫外吸收值A250-280：式中：Ai为DOM在波长inm处的吸光度；3)进行冰相中芘的直接光解实验：利用下式计算不与DOM共存时冰相中芘的直接光解速率常数kd-no-DOM：式中：Ct和C0分别为t时刻和初始时刻光解液中芘的浓度；4)进行冰相中芘与DOM共存时的直接光解光解实验，利用下式计算与DOM共存时冰相中芘的直接光解速率常数kd-DOM：式中：Ct和C0分别为t时刻和初始时刻光解液中芘的浓度；5)DOM对芘光解的淬灭效应计算：冰相中DOM对芘光解的淬灭效应以淬灭因子Qλ来表征，Qλ用以下公式计算：Qλ＝1-(Sλ′/Sλ)式中：Sλ′为DOM的光屏蔽因子的实验值；Sλ为DOM的光屏蔽因子的理论值；kd-DOM为与DOM共存时芘的直接光解速率常数，单位为h-1；kd-no-DOM为不与DOM共存时芘的直接光解速率常数，单位为h-1；aλ为一定浓度DOM的消光系数，单位为cm-1；ελ为芘摩尔吸光系数，单位为L/(cm·mol)；CPAHs为芘的浓度，单位为mol/L；l为光程，单位为cm；6)分析DOM的与其对芘光解的淬灭因子Qλ之间的相关性。2.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛爽，张翼鹏，孙吉俊，刘强，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21