【摘要】 本文详细解析三维荧光光谱（EEMs）技术原理、数据分析方法及其与FT-ICR-MS联用策略，提供DOM从宏观性质到分子组成的完整分析方案。

在上一篇探讨FT-ICR-MS为DOM分析提供分子式级别分辨能力的基础上（【干货】｜DOM分子解析新利器：ESI-FT-ICR-MS在水体与土壤研究中的应用），本文重点介绍另一种关键技术：三维荧光光谱（EEMs）。

三维荧光光谱通过检测DOM中荧光组分（FDOM）的信号，快速评估其整体组成与来源特征。它可在数分钟内获得样品的荧光指纹图谱，有效区分类腐殖质、类蛋白等主要组分，适用于大样本量的初步筛查与动态监测。

与FT-ICR-MS的直接分子鉴定不同，三维荧光提供的是基于荧光团种类的组分信息。二者各有侧重：三维荧光的高通量优势，使其成为指导FT-ICR-MS深度分析的有效工具。例如，通过三维荧光快速识别样品间差异后，可针对性选择样本进行FT-ICR-MS检测，实现高效且深入的DOM解析。

 

三维荧光测定原理

三维荧光光谱是一种以激发波长、发射波长和荧光强度为坐标的矩阵光谱。其基础是DOM中某些组分在吸收紫外-可见光后能发射荧光的特性（即FDOM）。该方法仅对荧光物质有响应，对非荧光组分无检测能力。

 

与紫外-可见光谱（UV-Vis）的互补作用

UV-Vis可表征DOM的整体吸光特性，弥补三维荧光仅针对荧光组分的局限。通过计算特定波长下的吸光度比值，可获得指示DOM整体性质的参数，如SUVA254（表征芳香性）、E2/E3比值（指示分子量大小）等。这些宏观参数与EEM提供的指纹信息相互印证、互为补充，提供更全面的DOM来源与转化判断依据。

 

常见指标及含义

 

典型结果形式

一、三维荧光光谱的区域积分-分区画图（通常称为荧光区域积分，FRI）是一种将三维荧光光谱划分为不同区域（如类酪氨酸区、类色氨酸区、类富里酸区、类腐殖酸区），并对每个区域的荧光体积进行积分的方法。这种方法可以将复杂的三维荧光数据简化为几个定量参数，便于比较不同样品之间溶解有机质（DOM）的组成和特性。

图1：荧光区域积分结果示例

 

二、平行因子（PARAFAC）是三维荧光数据分析的一种方法，能解析独立组分并提供定量浓度信息，适用于深入机理研究、大样本分析、追求高精度。

平行因子-载荷图就是可视化PARAFAC分析结果的图形，展示了每个分解出来的组分的特征，可以通过其识别可能是什么物质，验证模型是否可靠。

图2：平行因子-载荷图

 

与FT-ICR-MS联用的协同价值

将三维荧光、紫外-可见光谱、傅里叶变换离子旋共振质谱（FT-ICR-MS）三者联用，是目前分析DOM的前沿组合，构成了从宏观性质到分子组成的DOM分析体系。

  • 降解机理研究：在降解实验中，三维荧光可以快速监测到哪些组分（如蛋白质类）首先被降解，UV-Vis参数可以显示整体芳香性的变化。而FT-ICR-MS则可以揭示降解过程中具体哪些分子（如脂肪族化合物）被优先消耗，哪些分子（如多酚类）被保留或转化，从而从分子水平上阐释降解机理。

  • 污染物处理：DOM的组成直接影响其与污染物（如重金属、有机污染物）的结合能力。通过联用技术，可以明确是DOM中的哪些特定组分或哪些类别的分子在吸附污染物中起主导作用。

  • 来源解析：不同来源的DOM（如陆源、微生物源、农业污水）具有独特的三维荧光指纹和分子组成特征。联用技术可以更精确地量化不同来源的贡献比例。

 

感谢关注科学指南针环境检测！添加下方微信，即可直接联系工程师，一对一沟通检测方案，让您的样品更快送检、结果更精准、使用更安心。您的每一次关注、留言或点赞，都是我们持续分享环境检测干货与科研案例的动力。