基于U型塑料光纤和邻啡咯啉钌的溶解氧传感器

本文提出了一种基于U型塑料光纤和邻啡咯啉钌的溶解氧传感器。光纤传感头放在样品池中，测量了不同氮氧体积比情况下荧光强度和寿命。研究了邻啡咯啉钌的浓度、传感头的退火时间和U型光纤的弯曲半径对系统灵敏度的影响。我们提出了双层模型来解释实验结果不符合S-V方程的实验现象，并用双层模型分析了弯曲半径对系统灵敏度的影响。通过对溶解氧浓度和荧光寿命亚线性曲线的拟合，我们得出敏感层的厚度和S-V系数分别为0.59和0.61。

Characterization of a dissolved oxygen sensor made of plastic optical fiber coated with ruthenium-incorporated solgel

A dissolved oxygen sensor made of plastic optical fiber as the substrate and dichlorotris (1, 10-phenanthroline) ruthenium as a fluorescence indicator is studied. Oxygen quenching characteristics of both intensity and phase were measured; the obtained characteristics showed deviation from the linear relation described by the Stern-Volmer equation. A two-layer model is proposed to explain the deviation, and main parameters can be deduced with the model. (C) 2009 Optical Society of America

高温胁迫诱导光系统Ⅱ及其异质性的变化

近年来有证据证明，光系统II(PS II)反应中心在结构与功能上存在着异质性，它与光舍原初过程、激发能的分配和调节、胁迫因子导致的光合单位的损伤与修复等密切相关。本论文主要研究了高温胁迫诱导PS II及其异质性的变化，以及人工电子受体与PS II还原侧异质性电子传递的关系．根据研究需要，建立了精确测定无活性PS II中心相时含量的软件和方法，圆满完成了本研究任务。此外，也参加了新的非调制式动力学荧光计的研制及其软件的编写． 以下是本论文的主要结果： 1．用N80-BASIC语言结合汇编语言重新编写了本室快速（ms级）叶绿素动力学荧光计的测控程序，使快速荧光上升曲线的采样速度提高了一个数量级（达到100μS/点），可对Fo、Fi等关键荧光参数进行精确测定，为无活性PS II中心相对含量的准确测定奠定了基础．新研制的荧光计的软件用C语言编写，可在IBM PC兼容机上运行，采样速度最快可达25μs/点，对Fo和Fi等参数的测定更加可靠和精确．新荧光计从软、硬件两方面进行了彻底地更新，具有高信噪比、高响应、高精度、低功耗等优点，其性能己达到国际同类产品的先进水平． 2．高温胁迫诱导小麦类囊体膜吸收光谱的变化，结果显示40℃-50℃20分钟以内的高温胁迫导致681nm的吸收峰下降，同时引起663nm的吸收峰增加，表明高温胁迫引起部分叶绿素蛋白复合体的破坏和游离的叶绿素分子的增多．在更严重的高温胁迫下（55℃5分钟以上），体内游离的叶绿素分子(△A663)本身也遭到进一步的降解． 3．小麦类囊体膜低温( 77K)荧光光谱的分析。结果证实温和的高温胁迫(40℃20分钟以内)可导致激发能更多地从PS II向光系统IcPsi)分配，而更严重的高温胁迫（45℃- 55℃20分钟以内）对PS II和PS I的叶绿素蛋白复合体（F684和F736）均有破坏作用． 4．高温胁迫诱导小麦叶片荧光诱导动力学、荧光猝灭及其荧光参数的变化的研究．结果表明，高温胁迫首先导致有效量子产量(E．Y．)的下降，胁迫作用进一步加强导致最适量子产量(0．Y．)下降，而对光化学猝灭qP的影响较晚．这说明和PS II电子受体侧的电子传递和与二氧化碳固定有关的酶系统对高温胁迫极为敏感．其次，PS II放氧系统的损伤也早于PS II原初反应中心的失活．同时，在自然界条件下，存在着高温和高光强对植物的加强协同的光抑制和破坏作用． 5．在研究高温胁迫诱导荧光动力学及其参数变化的基础上，提出测定和计算高温胁迫的植物样品中无活性PS II中心相对含量的合理方法．认为在高温胁迫导致可变荧光( Fv)猝灭的情况下，应以Fvi(Fvi=Fi-Fo)对室温对照的可变荧光(FVCK)的比值作为计算无活性PS II中心相对含量的指标(Fvi/FVCK)．我们在弱激发光下测得正常的小麦和菠菜的无活性PS II中心的相对含量分别为0.155±0.011和0.094士0.010． 6．高温胁迫诱导有活性和无活性PS II中心异质性的相互转化的研究。结果发现50℃以下小于10分钟的处理，对PS II有活性和无活性中心的比值无明显影响：而经过50℃和55℃高温处理5-10分钟，有活性PS II中心才明显向无活性中心转化并发现这一转化过程发生在Fo己明显增加和Fv明显猝灭之后，也就是说它迟于高温胁迫对PS II天线色素蛋白复合体( LHCII)与PS II反应中心结合的破坏以及对放氧侧的损伤． 7．高温胁迫后的室温恢复期中有活性和无活性PS II中心相互转化的研究．发现在高温胁迫不太严重时（如50℃1分钟），无活性PS II中心的含量降至对照的70%，在随后室温60分钟恢复过程中继续降为50%。而Psn氧化侧的活性在此过程中可以得到部分恢复。高温胁迫进一步加强（如55℃5分钟和55℃10分钟）后，无活性PS II中心数目在随后的60分钟室温恢复期中，从恢复开始时为对照的130%和150%继续增加到240%和290%，且有加速转化的趋势。这说明高温胁迫诱导PS II还原侧异质性中心的转化除包含一个快速、直接的机制外，还启动了某种间接转化的机制． 8．对DMQ和DCBQ两种人工电子受体对有活性和无活性PS II中心的作用提出了不同见解。Cao和Govindjee(1990)认为DMQ(>20μmoI.L-1)只接受有活性PS II中心的电子，而DCBQ（>15, μmoLL-1）可完全接受有活性和无活性两种PS II中心的电子。但Lavergne等(1993)认为DCBQ不能接受无活性Psn中心的电子．我们用Stern-Volmer猝灭公式对我们的实验结果进行了分析，结果表明DMQ在较高浓度下（如120μmoI.L-1）才可完全接受有活性PS II中心的电子．但DCBQ的浓度在比Cao等几乎高出一个数量级( 120μmoI.L-1)的情况下，也只接受部分无活性PS II中心的电子( 40%)。另外我们发现，DMQ和DCBQ对Fm的猝灭不是随猝灭剂浓度的增加呈线性关系，而是一条近似饱和曲线，说明它至少包括两种以上不同的猝灭机制． 9．Mg2+诱导PS II异质性(Cα/Cβ)的研究。我们小组发现Mg2+诱导的chl a荧光增强动力学曲线包含Cα和Cβ两个指数成分，说明Mg2+在抑制激发能满溢，调节激发能向有利于PS I1分配的过程中存在异质性。其中Cβ比Cα具有更长的迁移寿命、更低的活化能和Mg2+半饱和浓度．这些说明Cβ比Cα更有可能在体内生理条件下发生迁移，从而在两个光系统之间起调节激发能分配的作用． 10.提出了高温胁迫诱导PS II异质性中心相互转换的可能模型．高温胁迫导致PS II异质性的转化包括几个步骤：有活性的α型PS II专荧光猝灭态的PS II专有活性的β型PS II专无活性的β型PS II专破坏了的PSⅡ．前两种转化一般具有可逆性．当高温胁迫进一步加强后，转化失去可逆性，在胁迫去除后，有活性PS II中心可继续向无活性中心转化，后者还有可能进一步受到破坏。

稀土/高聚物杂化材料的制备及发光性能的研究

本论文旨在开发能使无机材料和有机材料的功能互补、协同优化的无机/有机复合发光材料的制备方法，并研究其发光性质，以发展一类新型的高性能发光材料。首先基于无机组份与有机组份的物理和化学性质的差异，采用能保持其性质均不改变的低温软化学合成法-溶胶-凝胶技术，无机组份选择具有优良光、热稳定性的SiO_2，有机组份选择具有和无机SiO_2相似折射率和优良力学性能的丙烯酸类如甲基丙烯酸甲酯(MMA)和甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)，采用两步溶胶-凝胶法和在交联剂3-(三甲氧基硅)丙基甲基丙烯酸酯(MSMA)存在下快速制备了两种杂化基质材料SiO_2/P(MMA-MSMA)和SiO_2/P(HEMA-MSMA)。由于使用两步溶胶-凝胶法，大大缩短了溶胶的成胶时间，所得杂化材料具有良好的光学透明性。实验结果表明，在基质材料中形成了无机网络和聚合物网络，无机相和有机相之间存在着强的化学键，两相间无明显的界面，即形成了互穿网络，粒子的尺寸在100 nm以内，属于纳米材料。由于原位聚合物与无机SiO_2基质同时生成，不仅使杂化基质材料具有一定的韧性，而且可有效降低无机SiO_2凝胶基质的热聚集和光损耗，是制备复合发光材料的优良基质材料。由于TiO_2基质具有较低的声子能量(可降低发光组份的非辐射跃迁几率)，也是一种良好的基质材料。研究了在DMF存在下透明TiO_2凝胶基质的快速制备方法。由于DMF上的氮原子可和Ti-OH上羟基形成氢键，从而大大降低了钛酸丁酯的水解速率，避免了钛酸丁酯直接水解时沉淀的出现，通过调节DMF的用量，可以在不同时间内制备透明的TiO_2凝胶。凝胶经热处理后，其结构从无定型态转变为锐钛矿相，经800℃热处理后己全部转变为会红石相。此制备方法不仅快速，而且比现有的溶胶-凝胶法制备金红石相TiO_2的温度至少降低了200℃。基于高分子聚合物聚乙烯醇缩丁醛(PVB)具有良好的成膜性能，采用旋转涂敷法制备了SiO_2/PVB杂化膜，通过调节溶胶的粘度和匀胶的速度，可以制备不同厚度的薄膜，为杂化发光膜的制备提供了依据。基于1,1,4,4-四苯基-1,3-丁二烯(TPB)在蓝光波段其有优良的发光性能，制备了掺杂TPB的SiO_2凝胶，并研究其在溶胶-凝胶过程中光谱性质的变化。由于凝胶基质的“笼保护”效应，掺杂于溶胶-凝胶基质中的TPB具有较高的热稳定性，其热分解温度达460℃。TPB具有较高的猝灭浓度，相对于它的氯仿溶液，TPB在凝胶基质中猝灭浓度提高2～3个数量级。另外，在凝胶基质中比其在氯仿溶液中具有较长的荧光寿命，这对于此类发光材料的实用化具有重要意义。基于基质的组成、微结构及化学环境，可影响发光组份之间的相互作用和能量传递规律，制备了双掺UO_2~(2+)和Eu~(3+)的TiO_2凝胶。由于在TiO_2凝胶基质中Eu~(3+)的激发光谱和UO_2~(2+)的发射光谱具有较大的光谱重叠，研究了它们之间的能量传递机制。实验结果表明，在TiO_2凝胶中，存在着UO_2~(2+)向Eu~(3+)的能量传递过程，其能量转移效率和能量转移速率随Eu~(3+)浓度的增大而增大。通过对Stern-Volmer曲线的分析，得出Eu~(3+)对UO_2~(2+)荧光的猝灭机制主要为稳态猝灭机制，此研究为丌发新的发光材料提供了科学依据。为克服传统溶胶-凝胶法制备光功能材料时预先掺杂法的缺点和局限，缩短制备光功能材料的周期，基于溶胶-凝胶水解、缩聚的特点和稀土配合物的形成规律，首次提出应用两步溶胶-凝胶法于SiO_2基质中快速原位合成了稀土配合物的方法。它是即在用盐酸作为酸性催化剂水解一定时间的溶胶中，加入六次甲基四胺作为碱性催化剂。六次甲基四胺的加入，一方面，加快了凝胶的形成，另一方面，使溶胶的介质逐步适合配合物的形成，最终在凝胶基质的形成中原位合成了稀土配合物。由于采用两步溶胶-凝胶法，缩短了凝胶时间，可在数小时内制备出透明含原位配合物的湿凝胶。采用荧光光谱、吸收光谱、IR光谱及荧光寿命测量等手段，对原位合成稀土配合物的过程进行了跟踪表征。实验结果表明，对于水杨酸-Tb~(3+)配合物的原位合成，在溶胶阶段无配合物的形成，此时，水杨酸向Tb~(3+)的能量传递属于分子间能量传递过程，即扩散控制的碰撞过程；在湿凝胶中，Tb~(3+)与水杨酸形成了配合物，在紫外光激发下，通过水杨酸向Tb~(3+)的分子内能量转移，发出Tb~(3+)强烈的特征荧光。此复合光功能材料制备技术，具有一定的创新性和实用价值。应用上述两步溶胶一凝胶法于SiO_2及SiO_2/聚合物杂化基质中快速原位合成了稀土β-二酮、芳香羧酸及杂环配体phen配台物，并制备了稀土配合物SiO_2/PVB杂化发光薄膜。原位稀土配合物在紫外光激发下发出其相应稀土离子的特征谱线，和纯配合物相比，其激发光谱变为-不对称的宽带，发射光谱表现出较少的劈裂：山于杂化基质的保护作用，原位合成的稀土配合物具有较好的光稳定性和热稳定性；由于原位合成的配合物被固定于基质的微孔中，在IR光谱上，其相关振动吸收较弱；配合物的名义掺杂在0.6 mol%时，发光强度随掺杂浓度的增加而增加，无浓度猝灭现象；SEM表明，含有原位合成的配合物的材料，具有一定的均匀性，粒子尺寸在纳米级范围。为发展多种无机基质稀土有机配合物光功能材料的复合技术，拓宽无机/有机光功能材料的制备方法，首次采用离子交换法将稀土配合物Eu(DBM)_3phen和Tb(AA)_3phen嵌入到层状化合物α-磷酸氢锆(α-ZrP)中，制备了嵌有稀土配合物的组装体，并研究了组装体的光物理性质。基于层状化合物的结构特点，首先将对甲氧基苯胺(PMA)嵌入层状化合物中，得到预组装体，使层间距变大，然后再通过离子交换的方式，制得含有稀土配合物的组装体。XRD光谱和紫外-可见吸收光谱证明配合物组装进了层状化合物中。在紫外光激发下，组装体发出相应稀土离子的特征谱线；和纯配合物粉末相比，其激发光谱发生一定的蓝移，而其发射光谱则表现出较少的劈裂；由于基质的保护作用，组装体中的配合物具有较高的荧光寿命和发光效率。研究、制备了改性MCM-41与稀土配合物Eu(DBM)_3phen的复合组装体发光材料，并研究了组装体的发光性质。由于羟基的高能振动将极大地猝灭稀土离子的荧光发射，所以采用3-氨丙基三乙氧基硅烷、N-[(3-三乙氧基硅)]丙基乙二胺和4-(三乙氧基硅)丁氰三种硅烷化试剂对介孔分子筛MCM-41内壁羟基进行了修饰。组装体在紫外光激发下发出稀土离子的特征谱线，经氨丙基三乙氧基硅烷改性后的组装体，其发光强度约为未改性MCM-41前组装体的9倍，说明了经改性后，减少了基质中的羟基含量，降低了因羟基的高能振动而引起的非辐射跃迁几率，提高了组装体的荧光强度；对不同的改性剂的改性效果的研究表明，经4-(三乙氧基硅)丁氰改性、N-[(3-三乙氧基硅)]丙基乙二胺改性和3-氨丙基三乙氧基硅烷改性MCM-41改性后的的组装体的荧光强度依次增加，同时，稀土离子在其中的荧光寿命也依次增加。以上复合技术为研究和开发具有高效、长寿命的复合发光材料提供了新的可能。为满足不同条件下材料的要求，选择具有优良发光性能的稀土配合物，将其引入P(MAA-St)共聚物的合成过程中，制备了质轻、透明性好的掺杂有稀土配合物的透明发光树脂，并研究了发光树脂的光物理性质。透明发光树脂具有良好的透光性，密度在1.2 g/cm~3；在紫外光照射下，树脂发出稀土离子强烈的特征荧光，在掺杂浓度不大于4wt%时，发光强度随掺杂浓度的增大而增大。稀土配合物在发光树脂中较其在乙醇溶液中具有较长的荧光寿命。与其相应的纯配合物的乙醇溶液相比，稀土配合物在发光树脂中的周围环境极性增大，格位对称性升高。

染料激光器混合染料体系的研究

分子间的能量转移是当今光化学、光生物学和光物理学中的一个重要课题，长期以来一直受到人们的广泛关注。六十年代染料激光器出现以后，人们很快就将这一原理应用研究染料激光器的工作物质。选择适当的混合染料溶液作为染料激光器的工作物质，可以提高某些染料的激光输出能量或扩展激光波长覆盖范围，这已成为分子间能量转移的一个新的应用领域。本文首先阐述分子间能量转移的基本理论并对混合染料体系的选择及其研究进行了文献综述。另外，对研究过程中，他人工作改采用的实验手段也进行了概述，特别对荧光寿命的测量讨论得较为仔细。实验中我们着重研究了R6G/Red B、R6G/NB两个二元体系和C440/C540/Saf.~(-1)、C440/Fl.Na/Saf.~(-1)以及R6G/Red B/Ox725三个三元混合染料体系。实验方法主要通过测量混合染料溶液的荧光光谱、荧光寿命和激光输出性能。激发源波长始终固定在337.1nm。荧光光谱和荧光寿命多是在英国Applied Photophysics公司生产的SP-70型纳秒荧光分光光度计上测量的。这套仪器的设置从激发、探测以至最后的数据处理（微机处理）都达到较高的灵敏度和精确度。更为主要的是采用了时间相关单光子计数技术这一新的测量方法，真有较高的时间分辨本领，为染料分子的短寿命测量提供了重复性极好的可靠数据。并且由于这套仪器的信噪比大，能够测出高浓度溶液情况下的荧光光谱，而一般地荧光光谱仪却很难探测。激光调谐范围的测量是在QJD-9型染料激光器上进行的，光路结构安排合理，各项技术指标都达到了较高水平。激光强度的测量是采用了通用的光路结构测量混合染料溶液的超辐射模式的激光输出。下面是我们的实验结果。1.R6G/Red B、R6G/NB二元混合染料体系。通过测量R6G/Red B混合染料溶液的荧光光谱，了解到给体R6G有较强的能量转移给受体Red B。又通过荧光寿命的测量，表明溶液浓度达到～10~(-3) mol.L~(-1)时，分子间的能量转移主要是共振转移，且符合Stern-Volmer关系。由此我们进行了一定量讨论，计算了不同浓度溶液中给体与受体分子间的平均距离R。激光性能的测量表明这一体系具有较大的激光强度输出，且通过改变给体、受体浓度可扩展调谐范围。对于R6G/NB，我们做了类似的研究。但与R6G/Red B不同的是，R6G/NB始终是双峰。激光性能测量表明此体系可以扩展调谐范围，且可改善NB的激光输出，降低泵浦阈值。2.C440/C540/Saf.-T、C440/Fl.Na/Saf.-T及R6G/Red B/Ox725三元体系。C440/C540/Saf.-T混合染料溶液的荧光光谱研究表明，三种染料分子之间有较强的能量转移发生，且与溶液浓度配比适当时，可以同时获得三个不同波段处的荧光发射，从而可望扩展波长调谐范围。见图1。对于C440/Fl.Na/Saf.-T混合溶液，我们主要是采用光谱手段，对能量转移过程做了研究。结果表明C440/Fl.Na之间以辐射转移为主要机制，Fl.Na/Saf.-T之间在波度稍大时，发生共振转移的可能性较强。另外对能量转移过程进行了一些定量的讨论。计算求得C440/Fl.Na的临距离R_o = 47.5A，小于Fl.Na/Saf.-T的临界距离R_o = 59.0A，因而后者发生共振转移的可能性较大。R6G/Red B/Ox725体系与前两体系相比是向长波长方向扩展了。激光性能的测量表明，此体系可以作为染料激光器的工作物质。实验结果还表明三种染料混合以后的激光性能比Red B/Ox725二组份混合的效果好得多。R6G/Red B/Ox725的超辐射是图2所示。

HIRFL-CSR实验环内靶系统

兰州重离子加速器冷却储存环 (HIRFL CSR)的内靶系统 ,是用于为实验环内的物理实验提供厚度为 10 11— 10 13 atoms/cm2 的团簇靶和极化靶 .采用超声喷气技术获得团簇粒子束 ,采用Stern Gerlach方法获得极化氢束和极化氘束 .

Study on shunt impedance and voltage distribution of 4-rod RFQ cavity

A high current RFQ (radio frequency quadrupole) is being studied at the Institute of Modern Physics, CAS for the direct plasma injection scheme. Shunt impedance is air important parameter when designing a 4-rod RFQ cavity, it reflects the RF efficiency of the cavity, and has a direct influence on the cost of the structure. Voltage distribution of a RFQ cavity has an effect on beam transmission, and particles would be lost if the actual voltage distribution is not as what, it should be. The influence of cell length, stern thickness and height on Shunt impedance and voltage distribution have been studied, in particular the effect of projecting electrodes has been investigated in detail.

In vitro study on the binding of neutral red to bovine serum albumin by molecular spectroscopy

In this paper, the binding of neutral red (NR) to bovine serum albumin (BSA) under physiological conditions has been studied by spectroscopy method including fluorescence, circular dichroism (CD) and Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy. The Stern-Volmer fluorescence quenching constant (K-SV), binding constant (K-b) and the number of binding sites (It) were measured by fluorescence quenching method. Fluorescence experiments were also performed at different ionic strengths. It was found K-SV was ionic strength dependent, which indicated the electrostatic interactions were part of the binding forces. The distance r between donor (BSA) and acceptor (NR) was obtained according to Foster's non-radiative energy transfer theory. CD spectroscopy and FT-IR spectroscopy were used to investigate the structural information of BSA molecules on the binding of NR, and the results showed no change of BSA conformation in our experimental conditions.

溶液pH对硫堇与DNA相互作用方式的影响

用电化学和光谱方法研究了溶液pH对硫堇(TH)与小牛胸腺脱氧核糖核酸(CT-DNA)相互作用方式的影响。电化学测量结果表明,在pH 7.2的磷酸盐缓冲溶液中,TH与CT-DNA之间的作用方式以嵌入结合为主,在pH6.5的磷酸盐缓冲溶液中,TH与CT-DNA之间的作用方式既存在嵌入结合也存在静电作用。荧光光谱测量结果表明,TH与DNA结合后其荧光发生猝灭,通过Stern-Volmer方程计算得到pH 6.5时TH-DNA体系的猝灭常数高于pH 7.2时的值,表明在pH 6.5的溶液中两者相互作用更强。圆二色谱(CD)实验结果也证实了这一结论。

长白山白眉蝮蛇蛇毒精氨酸酯酶的荧光淬灭研究

交替使用DEAE Sephadex A-50离子交换和Sephadex G-75 凝胶过滤层析技术，从长白山白眉蝮蛇蛇毒(A gkistrodon blom hoffii Ussurensis)中纯化得到了一种分子量为29458±15Da的精氨酸酯酶活性组分．本文研究了碘离子(I-)和丙烯酰胺(Acr)对这种精氨酸酯酶的荧光光谱的淬灭作用，I-和Acr对精氨酸酯酶荧光的淬灭符合Stern-Volmer公式．I-仅能淬灭精氨酸酯酶约54%的荧光，Acr可以将精氨酸酯酶荧光淬灭殆尽．I-和Acr对长白山白眉蝮蛇蛇毒精氨酸酯酶荧光淬灭作用的结果表明： 在精氨酸酯酶中含有两种类型的色氨酸残基， 而且处于不同的微环境当中.

红枫湖溶解有机质的分离富集、地球化学特征和环境效应

作为全球碳循环的主要组成部分，溶解有机质在水生生态系统的各种物理、化学和生物过程中起着十分重要的作用：它是湖泊异养型生物所需能量的主要提供者；是湖泊水体pH的调节剂和控制因素；能够与金属离子或有机污染物相互作用，从而影响它们的迁移转化、毒性和生物可利用性；溶解有机质也是饮用水氯化工艺中生成具有致癌作用消毒副产品的主要前驱物质。溶解有机质组成和结构十分复杂，一般由腐殖质和非腐殖质物质组成，相应的环境地球化学特征和行为也各不相同。因此，研究溶解有机质各分离组分的结构特征和环境效应，将有助于我们对溶解有机质复杂化学结构、循环特征及行为特征的深入理解；有助于揭示溶解有机质对环境中微量污染物的迁移、转化、毒性和生物有效性的影响机理和贡献因素；为水环境评价、预测、控制和管理提供科学依据。 本论文选择云贵高原山区湖泊—红枫湖为研究对象，利用XAD树脂分离技术，把湖泊水体中溶解有机质按极性的不同分成了疏水性酸、碱、中性物质和亲水性酸、碱、中性物质等六种有机组分。主要运用元素分析、有机碳分析仪、傅立叶变换红外光谱、紫外－可见分光光度，高效液相体积排阻色谱、三维荧光光谱和稳定同位素质谱仪等现代分析方法和手段，对各有机组分的地球化学特征及来源的进行了表征和探讨。同时利用荧光猝灭滴定技术研究了溶解有机质分离组分与铜的相互作用，利用顶空气相色谱法测定了各分离组分与氯气反应活性的大小，并确立了生成消毒副产物的主要前驱物质。本论文的研究成果主要有以下几点： 1.改进了分离流程：在XAD－8树脂分离溶解有机质流程的基础上，引入XAD－4树脂，对贵州红枫湖水体中溶解有机质进行了富集分离，得腐殖酸、富里酸、疏水性中性物质、亲水性酸、亲水性碱、亲水性中性物质等六种有机组分，回收率为82%。各分离组分的组成与其它天然水体的组成接近，其中以富里酸为主，占分离组分的51%。 2.溶解有机质分离组分化学结构特征的研究：元素分析表明疏水性组分具有较高的碳和硫含量，而亲水性组分O/C比较高，含有较多的含氧官能团；傅立叶变换红外光谱表明各分离组分在3424－3434 cm-1具有O-H和N-H的吸收峰，腐殖酸组分主要为含氮和聚糖物质，富里酸和亲水性酸表现强的羧基吸收峰。高效体积排阻色谱表明各六种有机组分的分子量较小，重均(Mw)和数均(Mn)分子量分别集中在1688-2355Da和1338-1928Da之间，其中Mw和紫外吸收比值(E2/E3)之间呈负相关关系；三维荧光光谱显示六种有机组分表现了4种不同类型的荧光峰，紫外区类富里酸荧光峰peakA和可见区类富里酸荧光峰peakC；疏水性中性物质还表现了两种类蛋白荧光峰peakB和peakD。荧光强度与紫外吸光系数SUVA254之间呈显著正相关关系，说明了产生荧光和紫外的物质具有某些相似的官能团，其中芳香官能团和共轭双键在这两类光谱的产生中具有重要作用。本研究进一步揭示了溶解有机质不同有机组分的分子量分布、荧光光谱特征和紫外吸收特征之间的一致性，反映了各有机组分之间的亲水、疏水与分子量、光谱特征之间的内在联系，本研究有助于加我们深对溶解有机质复杂性和相似性及化学结构与行为的进一步认识。 3.溶解有机质分离组分来源问题的探讨：我们利用δ13C及C/N比值并结合荧光光谱特征来指示溶解有机质的来源。各分离组分的δ13C及C/N比值表明富里酸主要来自陆源C3植被形成的土壤有机质，而腐殖酸、疏水性中性物质、亲水性酸、亲水性碱、亲水性中性物质属于陆源和内源的混合来源，其中腐殖酸、亲水性酸、亲水性碱接近红枫湖藻类一端，而疏水性中性物质和亲水性中性物质接近陆源一端。荧光光谱表明疏水性中性物质中含有类蛋白荧光峰，可能暗示了该组分还与人类活动有关。该研究加深了对溶解有机质来源的多样性和影响因素复杂性的认识。 4.溶解有机质分离组分与铜离子的相互作用，利用荧光猝灭滴定技术研究了分离组分与铜离子的相互作用，结果表明溶解有机质滴加铜离子后荧光强调显著降低，同时发射波长Em发生蓝移，而激发波长Ex基本不变，说明了分离有机组分在与铜离子相互作用后，π电子减少，共轭性和芳香型降低，直线型分子向非直线型分子转变；溶解有机质分离组分与铜相互作用的滴定曲线与修正的Stern-Volmer模型十分吻合；分离组分的稳定常数logK介于4.73-5.16之间（C峰）和4.64-5.24之间（A峰），logKA与logKC与总酸度以及与酚羟基之间存在显著相关性, 与羧基含量之间也有弱相关关系，说明铜离子优先与配体中强配位点（酚羟基）络合，其次为弱配位基（羧基）。该研究揭示了云贵高原山区湖泊溶解有机质分离组分与金属离子相互作用的差异性和影响因素，为水环境中金属离子迁移转化和毒性的评价提供理论依据。 5.溶解有机质分离组分卤代活性的比较：我们运用顶空气相色谱法测定了红枫湖分离组分与消毒剂反应生成有机卤代物的情况。结果表明红枫湖分离组分氯化消毒副产物主要以三氯甲烷(CHCl3)和二溴一氯甲烷(CHBr2Cl)为主，富里酸是生成三卤甲烷的主要前驱物质，同时富里酸的卤代反应活性也最强。该研究揭示了云贵高原山区湖泊中富里酸是生成消毒副产物的主要前驱物质，该组分以陆源有机质输入为主。因此，该研究对饮用水消毒具有一定的现实意义。

天然有机质与多环芳烃相互作用的荧光光谱学研究—以苝、菲和蒽为例

自然界水体（如地下水、湖泊、河流及海洋）中的天然有机质（NOM）因具有显著的生态及环境功能而受到人们的广泛关注。NOM作为全球碳循环的主要组成部分，是水体中异养型微生物生长所需碳及能量的重要来源。此外，NOM对湖泊生态系统中的多种物理、化学过程具有不同程度的影响：NOM中的有机酸对淡水体系的酸度具有控制作用而且对酸沉降有一定的缓冲作用；NOM通过减弱可见光及紫外线照射从而影响淡水系统的光化学环境，这一方面降低了水体中自养生物的繁衍速度，同时保护水生生物免受有害的紫外线辐射。更为重要的是，NOM能够影响环境中污染物的命运，比如重金属离子和疏水性有机污染物与天然有机质结合后，其迁移途径、溶解度、生物可利用性及毒性受到明显的控制，这样其对环境中生物的危害性减弱。多环芳烃（PAHs）是一类对环境危害极大的疏水性有机污染物，多数PAHs对有机体具有毒性和致癌性而被美国环保署（EPA）列为优先处理的污染物。因此，确定NOM-PAHs反应的强弱，即PAHs在NOM中的分配系数（Kdoc）以及NOM的物化特性对Kdoc的影响对于预测PAHs毒性和生物可利用性大小、了解NOM-PAHs相互作用的机理及确立污染预测模型具有十分重大的意义。前人的研究结果表明，多环芳烃与天然有机质相互作用的分配系数Kdoc的与PAHs的疏水度（即Kow大小）、NOM的物化特性（如芳香度、脂肪碳含量、分子量及极性等）和水化学参数（pH、离子强度等）有很大的相关性。然而，许多学者在NOM的物化特性对分配系数的影响方面存有较大分歧。前人在研究天然有机质与多环芳烃之间的相互作用时所用的NOM多为腐殖质，即水体NOM中的疏水性组分，而其中的亲水性组分与PAHs的结合作用文献中却鲜见提及，因此人们对其结合作用的特性如反应机理和结合作用强弱等的了解十分有限。 本论文利用XAD树脂分离技术把红枫湖水体中天然有机质分成了疏水性酸、碱、中性物质和亲水性酸、碱、中性物质等六种有机组分。同时运用元素分析、有机碳分析仪、紫外－可见分光光度，高效液相体积排阻色谱、三维荧光光谱和荧光偏振技术等现代分析方法，对各有机组分的物理、化学特性进行了表征。荧光光谱技术被用于研究水化学参数对腐殖质荧光特性和分子构型的影响以及测定Amherst腐殖酸（Amherst HA）、垃圾渗滤液富里酸（LF FA）和红枫湖NOM有机组分与多环芳烃苝、菲和蒽的结合系数（分配系数、条件稳定常数）并探讨了影响分配系数的各种因素和NOM与多环芳烃相互作用的机理。本论文的获得的主要结果如下： 1. 在水化学参数对腐殖质荧光特性及分子构型的影响方面： 在NOM与PAHs相互作用过程中，腐殖质的分子构型起着关键性的作用，而其分子构型又受到其本身的浓度、溶液的pH和离子强度等水化学参数的影响。本论文运用三维荧光光谱和荧光偏振技术研究了水化学参数对腐殖质荧光特性的影响，并由此推断其分子构型变化情况。实验结果表明随着腐殖质浓度、溶液的pH和离子强度的改变，腐殖质荧光特性（如荧光强度、荧光峰位和荧光偏振值等）出现不同程度的变化，揭示了腐殖质分子构型的改变。因此，本实验结果有利于深入了解腐殖质的分子构型及其对吸附PAHs的重要影响，对理解NOM的环境行为具有一定的理论价值。 2. 运用荧光猝灭滴定法研究Amherst HA和红枫湖NOM有机组分对多环芳烃苝、菲和蒽的吸附作用，结果表明NOM对多环芳烃的吸附能力与其中芳香结构单元有很强的相关性，logKdoc值与NOM在280 nm处的摩尔吸收（ε280）和分子量有线性度较高的正比关系，而C/H原子比值对不饱和碳含量（芳香度）并没有很好的指示作用。同时，脂肪碳（0－50 ppm）中的聚亚甲基碳对吸附PAHs也有很大的贡献，而有机组分的极性与分配系数有明显的负相关性。不同种类的多环芳烃与NOM有机组分的结合能力有很大的差异，这取决于不同PAHs的疏水度大小。本研究结果有利于弥合前人在NOM物化特性对PAHs吸附能力的影响方面的分歧，揭示了NOM的组成和结构在与PAHs等疏水性有机污染物相互作用方面的重要影响。 3. 在结合机理方面，苝与NOM有机组分结合的Stern－Volmer图具有较高的线性度，这表明其结合机理以疏水反应（或分配）为主，而菲和蒽与有机组分相互作用的吸附等温线显示较多的非线性特征表明极性反应为主要反应机理，结合过程以吸附为主。在红枫湖NOM有机组分中，疏水性组分显示对PAHs较高的结合能力，同时疏水性组分与PAHs相互作用的吸附等温线具有较高的线性度。这一结果揭示了不同种类的PAHs和各NOM有机组分之间结合机理的差异，加深了人们对NOM与PAHs相互作用机理的认识。 4. 前人在研究pH、离子强度等水化学参数对分配系数的影响方面得到的结果多有矛盾之处，同时，对实验结果的解释也不尽相同。本实验结果表明分配系数随pH增加而下降；离子强度对分配系数的影响比较复杂，就总体趋势而言，增加离子强度有利于对PAHs吸附能力的提高，这一结果初步揭示了水化学参数对PAHs分配系数的影响，丰富了人们对其影响机理的认识。 5. 运用荧光偏振技术测定了蒽与Amherst HA、LF FA和红枫湖NOM有机组分的条件稳定常数，结果如下：随着NOM浓度增加，蒽的荧光偏振值不断下降，这表明蒽的分子构型由平面线性向圆柱状转变。在所有NOM样品中，土壤源的Amherst HA与蒽结合的条件稳定常数最大（pH 4时logK=5.6，pH 6时 logK=5.4）；就NOM有机组分而言，疏水性组分的logK变化范围在pH 6时为（4.4－5.2），而亲水性组分为（4.3－4.8），这表明疏水性组分具有相对较高的蒽吸附能力。实验结果有利于了解PAHs与NOM相互作用前后的分子构型变化情况，揭示了不同的NOM有机组分在吸附PAHs过程中的差异。