【摘 要】
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有色溶解性有机质(Chromophoric Dissolved Organic Matter,CDOM)是一类含有大量生色团的复杂有机分子。为明确CDOM的光谱性质及其结构基础,更好地了解CDOM的环境行为,本文选用了四种不同来源的CDOM,通过测定其吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命,探究CDOM的光谱特征,明确瞬态荧光光谱和稳态荧光光谱的关系,分析不同数据拟合方法对描述CDOM光谱性质的适用性;利用
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有色溶解性有机质(Chromophoric Dissolved Organic Matter,CDOM)是一类含有大量生色团的复杂有机分子。为明确CDOM的光谱性质及其结构基础,更好地了解CDOM的环境行为,本文选用了四种不同来源的CDOM,通过测定其吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命,探究CDOM的光谱特征,明确瞬态荧光光谱和稳态荧光光谱的关系,分析不同数据拟合方法对描述CDOM光谱性质的适用性;利用木质素单体类物质对CDOM的荧光淬灭作用,探究CDOM的生色团/荧光团的结构及其分子内的相互作用。主要结论如下:(1)积分CDOM在不同发射波长下的荧光衰减曲线可以得到稳态荧光光谱。该光谱与直接测得的稳态荧光光谱的重合性主要与光电探测器的量子效率有关,还受到单色器的分光性能、检测器的时间分辨率等因素的影响。(2)对于包含多个荧光组分的体系,荧光平均寿命有两种计算方式。其中振幅加权平均寿命(τα)表示CDOM的荧光衰减速率,该值越大,表明荧光衰减的速率越慢;强度加权平均寿命(τf)表示~1CDOM*在激发态的平均停留时间,该值越大,表明长寿命的组分对稳态荧光的贡献越大。(3)通过分析CDOM的瞬态荧光光谱,发现短寿命的荧光组分(τ<0.2 ns)对其荧光衰减起主要作用。CDOM在长发射波长处(Em>650 nm)的荧光衰减速率更快。硼氢化钠还原后CDOM的稳态荧光强度显著增加,但振幅加权平均寿命的变化小于30%,表明CDOM分子内的荧光淬灭主要是由电荷转移作用引起的。(4)CDOM中包含多种不同的荧光团,通过多指数拟合得到的不同寿命的荧光组分不具有明确的物理意义,不能代表CDOM中具体的荧光团。PARAFAC(Parallel Factor Analysis)方法只能解析出三维荧光图谱(Excitation-Emission-Matrix Spectra,EEM)中对稳态荧光有主要贡献的组分,可能会忽略荧光强度较小的组分信息。(5)木质素单体类物质对硼氢化钠还原前后的CDOM都存在静态荧光淬灭作用,其淬灭效率与CDOM和醛或醇的种类及浓度有关。溶剂极性和p H等因素也会影响荧光淬灭效率。淬灭过程中CDOM光谱性质和荧光寿命的变化情况揭示了CDOM的荧光分子间存在电子转移等相互作用,其分子结构和荧光分子间的结合能力与溶剂极性和溶液的p H密切相关。
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