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污染水體中藍(lán)藻葉綠素的光譜特征分析

文檔作者：趙志敏1’2，洪小芹1，李鵬1，金小東1 文檔來源： 1．南京航宅航天大學(xué)理學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年05月09日
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第30卷，第6期
2 0 l 0年6月
光譜學(xué)與光譜分析
Spectroscopy and Spectral Analysis
V01．30。No．6，ppl596-1599
June，2010
污染水體中藍(lán)藻葉綠素的光譜特征分析
趙志敏1’2，洪小芹1，李鵬1，金小東1
1．南京航宅航天大學(xué)理學(xué)院，江蘇南京210016
2．CSIRO Materials Science and Engineering，37 Graham Road，Highett。VIC 3190，Australia
摘要水體受污染富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致藍(lán)藻等浮游植物快速牛長(zhǎng)，給環(huán)境帶來很大的危害，以藍(lán)藻為例，采用純
凈水和藍(lán)藻，#長(zhǎng)的湖水培養(yǎng)藍(lán)藻，使用95％的乙醇等時(shí)間萃取其中的藍(lán)藻Pt‘綠素，測(cè)鼉分析了不同含量的
藍(lán)藻nt‘綠素吸收光譜特征。研究結(jié)果表明，葉綠素吸收峰處于279．5，436．0，664．5 nn'l，其中279．5 nlTl處
的吸光度不能用于表{,t-．nt‘綠素的含黌，而436．0和664．5 nm處吸光度與葉綠素含量均有較好的線性關(guān)系，
采用兩者吸光度差值表征葉綠素含最能夠提高測(cè)昔精度。并研究為檢測(cè)水體中浮游植物葉綠素含量進(jìn)『f|i反
映水體污染情況提供r實(shí)驗(yàn)手段和理論研究依據(jù)。
關(guān)鍵詞水污染；藍(lán)藻；吸收光譜；葉綠素
中圖分類號(hào)：(M33；Q949．2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10．3964／j．issn．1000-0593(2010)06—1596—04
引言
富營(yíng)養(yǎng)化是中I|4湖泊普遍面臨的重要環(huán)境『HJ題，對(duì)湖泊
藻類生長(zhǎng)及藍(lán)藻的爆發(fā)具有重要的影響，與之有關(guān)的研究已
成為近年的研究熱點(diǎn)。測(cè)最水體中藻類葉綠素濃度以獲得水
體中藻類的濃度，是環(huán)保部門監(jiān)測(cè)水質(zhì)狀況的蓖要指標(biāo)之
一[I’3]。本文以藍(lán)藻為研究對(duì)象，研究受污染水體中藍(lán)藻葉
綠素的濃度從而確定受污染水體中監(jiān)藻的濃度，為水質(zhì)監(jiān)測(cè)
提供理論依據(jù)。藍(lán)藻葉綠素的測(cè)定方法主要有分光光度法和
熒光法【4刮，本文采用分光光度法即通過吸收光譜測(cè)培而測(cè)
定葉綠素的濃度。分光光度法是光譜分析采用的一種自．效方
法，主要應(yīng)用在自．機(jī)物定性分析、單組分定量分析、混合物
定量分析、平衡常數(shù)的測(cè)定、絡(luò)合物結(jié)合比的測(cè)定，在無機(jī)
物方面用于礦物、半導(dǎo)體、天然產(chǎn)物和化合物等方面研究。
另外，在牛物大分子測(cè)序研究、生物活性小分子分析、生物
藥物分析等方面都有廣泛應(yīng)用。目前，派乍和ffj現(xiàn)了許多新
的方法與技術(shù)，比如雙波長(zhǎng)光度法、導(dǎo)數(shù)光譜法、相n也譜
法等，極大地提高r紫外一可見光吸收光譜的選擇性、靈敏度
和自動(dòng)化程度，拓寬r應(yīng)用領(lǐng)域，并已取得了諸多研究成
果L7剖。
本文研究采用純凈水和藍(lán)藻生長(zhǎng)的湖水培養(yǎng)藍(lán)藻，使用
95％的乙醇等時(shí)間萃取j乓中的藍(lán)藻葉綠索，利用紫外一可見
光分光光度計(jì)測(cè)試不同含量的藍(lán)藻葉綠素吸收光譜。根據(jù)葉
綠素吸收光譜特征分析吸光度與葉綠素含最的關(guān)系，進(jìn)而反
映水體中藍(lán)藻的濃度，判斷水體受污染狀況。
1理論分析
光的吸收是光波通過介質(zhì)后光強(qiáng)衰減的現(xiàn)象。在一定波
長(zhǎng)范圍內(nèi)。物質(zhì)吸收不隨波長(zhǎng)而變，這種吸收稱為一般吸
收；反之，隨波長(zhǎng)而變的吸收稱之為選擇吸收。任一介質(zhì)對(duì)
光的吸收都是由這兩種吸收組成的。紫外和可見光的吸收光
譜實(shí)質(zhì)是在電磁輻射的作用下，多原子的價(jià)電子發(fā)牛躍遷而
產(chǎn)生的分子吸收光譜，義稱為電子光譜。顯然，物質(zhì)吸收電
磁輻射的本領(lǐng)與物質(zhì)分子的能級(jí)結(jié)構(gòu)有關(guān)。對(duì)同一種物質(zhì)，
激發(fā)態(tài)能級(jí)與基態(tài)能級(jí)的能雖差越大，則吸收越小。而吸收
分光光度法正是基于不同分子結(jié)構(gòu)的各種物質(zhì)，對(duì)電磁輻射
顯示選擇吸收這種特性建立起來的L21—2J。
光的吸收服從光吸收定律(Beer-Lambert定律)
J=Io 10-r't (1)
式中，L為入射光強(qiáng)，J為透射光強(qiáng)，￡為樣品摩爾消光系數(shù)，
Z為光通過樣品的厚度，c7為樣品的摩爾濃度?？梢姟Ｒ后w的
吸收與液體的濃度有關(guān)。將(1)式中的C7轉(zhuǎn)換為質(zhì)量濃度，
則
J=Io 10—酬(2)
式中，口為吸收系數(shù)，C為樣品的質(zhì)量濃度。將上式取對(duì)數(shù)，
得
收稿日期：2009—08—10．修訂日期：2009—11—12
基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(10172043)和國(guó)際合作項(xiàng)目(BZ2008060)資助
作者簡(jiǎn)介：趙志敏。女。1955年生，南京航空航天大學(xué)理學(xué)院教授e-n嗯il：zhaozhimin@nasa．edu．ell
萬方數(shù)據(jù)
第6期光譜學(xué)與光譜分析1597
Iglo／I=acl=A (3)
式中，A為樣品的吸光度，可見，吸光度與樣品的吸光系數(shù)口
及濃度f成正比。
吸收定律是一個(gè)有限定律。在高濃度時(shí)，液體中吸收分
子之間的平均距離縮小到一定程度。鄰近分子彼此的電荷分
布都會(huì)受到相互的影響，這種影響能改變它們對(duì)特定輻射的
吸收能力。相1￡影響的程度取決于液體的濃度，這種現(xiàn)象的
存在致使吸光度與濃度之問的線性關(guān)系發(fā)牛偏差。所以，只
有在樣晶液體的濃度較低時(shí)．(3)式才能夠精確地測(cè)最液體
濃度。在實(shí)驗(yàn)測(cè)量過程中，可以按照一定的比例將高濃度的
樣品稀釋成低濃度的樣品再進(jìn)行測(cè)鼉。
2實(shí)驗(yàn)研究
實(shí)驗(yàn)采用的樣品分為兩批。
第一批樣品：取等量的藍(lán)藻分別在室內(nèi)于純凈水中培養(yǎng)
兩天和一天，與在湖泊中自然牛長(zhǎng)的藍(lán)藻對(duì)比，然后用乙醇
法(95％的乙醇)萃取其中等量的藍(lán)藻分別得葉綠素樣品，標(biāo)
號(hào)為卜1，1—2，1—3。
第二批樣品：于湖泊中取一定量的藍(lán)藻萃取得葉綠素溶
液，然后用95％的乙醇稀釋成不IHj濃度的葉綠素一乙醇溶液，
樣品標(biāo)號(hào)及濃度見表1。
Table 1 Concentration of different samples
樣l誚標(biāo)號(hào)2-1 2-2 2-3 2-4 2-5
濃度／(mg·L一’)8 4 2 1 0．5
樣品吸收光譜測(cè)雖儀器采用Uv3600紫外一可見分光光
度計(jì)(日本島津公司)。
3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
采用UV3600紫外一可見分光光度計(jì)檢測(cè)各樣品吸收光
譜。圖l是樣品1-1，1-2，卜3的吸收光譜I冬l測(cè)磺結(jié)果；圖2
是樣品2-2，2-3，2-4的吸收光譜圖測(cè)量。各圖的橫坐標(biāo)表示
光波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)表示吸光度。
Wavelengl：h／nm
rig．1 Absorption speetriml of sample 1-1，l一2 and 1-3
1：Sample卜1；2；Sample l—Z，3#Sample 1-3
Wavelength／nm
Fig．2 Absorption spectrum of sample 2-2，2-3 and 2-4
1：Sample 2-2；2：Sample 2-3；3l Sample 2-4
由圖1和圖2可以看出，葉綠素吸收光譜在279．5，
436．0，664．5 nm處各有一個(gè)吸收峰值，且在這3個(gè)吸收峰
處吸收強(qiáng)度依次呈減弱趨勢(shì)。根據(jù)圖2，隨著葉綠索濃度的
降低，各吸收峰處的峰值均減小，但圖l并未表現(xiàn)這種趨勢(shì)。
圖1中，由于在室內(nèi)培養(yǎng)的藍(lán)藻更易萃取出葉綠素，所以樣
品1-1，1-2，1-3的濃度是依次減小的，在436．0和664．5 rim
處，樣品的吸收隨濃度的減小而減小，但在279．5 nm處，樣
品的吸收卻隨濃度的減小而呈增大的趨勢(shì)，所以，279．5 am
處的峰值變化并不能表征葉綠索濃度的變化。
罔3和閣4分別足第二批樣品在436．0和664．5 nlTl附
近區(qū)域的吸收光譜圖。
Wave|engthJnm
Fig．3 Absorption spectl*llln of second group of sample
(between 400 and 500 nm)
1：Sample 2-I；2：Sample 2-2l
3：Sample 2-3；4：Sample 2-4；5：Sample 2-5
根據(jù)圖3和圖4，可以看出樣品的吸光度隨葉綠素濃度
的減小呈下降趨勢(shì)，分別分析436．0和664．5 nm處的吸光
度隨溶液濃度變化關(guān)系，得到I冬；I 5所示關(guān)系曲線。
圖5中，第1條曲線(最j：面的1條，其他依此類推)和
第2條曲線分別為436．0和664．5 nm處吸光度與溶液濃度
的線性擬合曲線，可見，吸光度與溶液的濃度有很好的線性
關(guān)系，通過測(cè)超溶液的吸光度能夠計(jì)算得出溶液的濃度；第
3條曲線是436．0 nm處吸光度和664．5 nm處吸光度的差值
8I哥pl嘲《
uua—eo∞o《
o§eo∞o《
萬方數(shù)據(jù)
1598 光譜學(xué)與光譜分析第30卷
與溶液濃度的線性擬合曲線。第3條曲線與第1和第2條曲
線相比，有更好的線性度。這表明，采用兩吸收峰處的吸光
度的差值可以有效表征葉綠素的濃度并且能夠提高測(cè)量精
度。
0．4
§0．3
七
。
乏0．2
O．1
0
640 660 680 700
Wavelength／nm
飚4 Absorption spectruln of second group of sample
(between 630 and 700 nm)
1：Sample 2-1；2：Sample 2-2；
3{Smnple 2-3；4l Sample 2-4；5：Sample 2-5
4結(jié)論
本文以污染水體中的藍(lán)藻為例，采用純凈水和湖水培養(yǎng)
藍(lán)藻。用95％的乙醇等時(shí)間萃取其中的藍(lán)藻的葉綠索，利用
紫外一可見光分光光度計(jì)測(cè)量不同濃度的藍(lán)藻葉綠素的吸收
光譜，并分析藍(lán)藻葉綠素的吸收光譜的特征。在吸收峰
0 I 2 3 4 5 6 7 8 9
Concentration／mg·L’‘
隱5 Relationship between a鼬ncy and concentration
1；436．0 nlrt 1 2l AI—kc(436．0 nm)；3：664．5 nm；
4l A2=kc(664．5 rim)I 5l A1一A2，6：Curve=Al—A2
436．0和664．5 rlm處吸光度與葉綠素濃度均有較好的線性
關(guān)系，通過測(cè)量吸收峰處的吸光度能夠表征葉綠素的濃度，
進(jìn)而計(jì)算出水體中藍(lán)藻的含量。而且，436．0和664．5 nnl處
吸光度的差值與葉綠素的濃度有更好的線性度，采用兩者吸
光度差值來表征葉綠素濃度能夠提高測(cè)量的精度。本文研究
為估算水體中葉綠素濃度從而計(jì)算水體中藍(lán)藻的含鼉提供了
一種新的研究方法，為檢測(cè)水質(zhì)和治理藍(lán)藻污染提供r依
據(jù)。本文的研究方法適用于檢測(cè)水體中浮游植物的葉綠素的
濃度從而反映水體的污染情況，為水質(zhì)監(jiān)測(cè)提供了實(shí)驗(yàn)手段
和依據(jù)。
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Spectral Analysis of Cyanobacteria Chlorophyll in Polluted Wate
ZHAO Zhi-minl～，HONG Xiao-qinl，LI Pen91，JIN Xiao-don91
1．College of Science，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016。China
2．CSIRO Materials Science and Engineering，37 Graham Road，Highett，VIC 3190。Australia
Abstract he polluted water with abundant nourishment cause phytoplankton，such as cyanohacteria，to grow rapidly，which
brings great harm to environment．In the present paper，the absorption spectrum of cyanobacteria was measured and analyzed in
order to estimate the content of the chlorophyll accurately．The salne amount of cyanobacteria was separately cultured in pure
water and lake water for different time．The chlorophyll was extracted from the cyanobacteria for the 8alTle time by 95％of etha—
noL Then the ethanol extract was tested by ultraviolet visible spectrometry．The results show that the absorption spectrum of
the chlorophyll has three absorption peaks at 279．5，436．0 and 664．5 BITI respectively．However，the absorbency at 279．5 nnl
cannot reflect the content of the chlorophyll The absorbencies at 436．0 and 664．5 Bill have linear relationship with the content
oi chlorophyll Moreover，the dispersion between the absorbency at 436．0 nln and the absorbency at 664．5 nlTl can reflect the
content of chlorophyll more accurately．The research provides the experimental and theoretical basis for the highly accurate detection
of the water quality．
Keywonls Water pollutiom Cyanohacteria；Absorption spectrum；Chlorophyll
(Received Aug．10，2009；accepted Nov．12，2009)

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