评估自然水体中的荧光有机物质：迈向原位激发-发射矩阵光谱技术

DOI：10.3390/app8122685 期刊：Applied Sciences 出版年份：2018 更新时间：2026-01-09 18:44:59

摘要： 天然有机质（NOM）是水生生物地球化学过程中的关键参数。部分NOM具有光学特性，即吸收和荧光特性。后者常通过激发-发射矩阵光谱技术（EEMS）用于实验室测定其溶解性组分（荧光溶解性有机质，FDOM）。我们展示了一种新型原位EEMS传感器系统"Kallemeter"的设计与野外应用。观测基于从挪威沿海水域进入特隆赫姆峡湾的野外考察活动。与两款商用FDOM传感器的整体荧光数据对比显示，不同方法具有良好的一致性，并能解析断面沿线的梯度变化与动态过程。通过对表层水样进行补充性实验室EEM光谱测量及后续PARAFAC分析，揭示了三个主要组分；而"Kallemeter"EEMS传感器系统虽能在高DOM浓度水体中生成合理的EEM光谱，但需解决高噪声问题才能提供可比的PARAFAC组分。本文讨论了该概念验证的成果与局限，为基于光谱特性评估实现全原位EEMS测量以解析自然水体中的快速变化与过程提供了指导。将其与自主平台搭载的多波长FDOM传感器结合，将提升我们在时空与光谱维度上观测海洋环境生物地球化学过程的能力。

关键词： Kallemeter（卡尔勒米特） EEMS（激发发射矩阵光谱法） Gelbstoff（黄色物质） natural organic matter（天然有机物） CDOM（有色可溶性有机物） marine sensors（海洋传感器） FerryBox（航标箱系统） Trondheimsfjord（特隆赫姆峡湾） DOM（溶解性有机物） PARAFAC（平行因子分析） Norway（挪威） FDOM（荧光溶解性有机物）

作者： Oliver Zielinski，Jochen Wollschläger，Nick Rüssmeier，Oliver D. Ferdinand，Mario L. Miranda

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研究概述实验方案设备清单

研究目的

介绍一种新型原位EEMS传感器系统（"Kallemeter"）的设计与现场应用，该系统用于评估天然水中的荧光有机质，并将其性能与商用FDOM传感器及实验室测量结果进行对比。

研究成果

“Kallemeter”是首个能够在原位生成完整激发-发射矩阵光谱的潜水式EEMS传感器系统。它成功检测到了特隆赫姆峡湾等高浓度环境中的FDOM梯度，并与商用传感器显示出良好相关性。然而，要实现更广泛应用，仍需在灵敏度、降噪和过滤方面进行改进。该系统标志着向海洋环境中生物地球化学过程的高分辨率光谱监测迈出了重要一步，具有集成到自主观测平台的潜力。

研究不足

'Kallemeter'的信噪比较低（S/N=34），相比实验室荧光分光光度计，其解析低浓度FDOM的能力受限。高噪声水平影响了PARAFAC分析，导致无法检测出所有组分（如类蛋白峰T）。该系统未配备0.2微米滤膜，因此信号中包含颗粒物，可能加剧噪声。内滤效应校正依赖于实验室吸光度测量，从而引入不确定性。每个样品的测量时间约为30分钟，比某些现代系统更慢。

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