本發(fā)明屬于快速分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種封閉水域淡水養(yǎng)殖用水的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法。

背景技術(shù)：

目前關(guān)于水質(zhì)評(píng)價(jià)方面的研究較多，且研究方法多元化，對(duì)各種功能用水(如飲用水)和自然水域(如水庫(kù)、湖泊、河流、池塘)水質(zhì)評(píng)價(jià)的研究較多，評(píng)價(jià)手段一般根據(jù)水體用途，選擇被測(cè)水體的溶解氧、pH、浮游植物量、透明度、總氮、浮游動(dòng)物量、高錳酸鉀指數(shù)、總磷、汞、水溫、生化需氧量、水色、鹽度、總硬度等理化指標(biāo)，通過(guò)各指標(biāo)對(duì)水體的功能影響權(quán)重進(jìn)行評(píng)價(jià)，目前使用范圍最廣的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為水質(zhì)綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)法。但這類方法測(cè)量指標(biāo)繁多，對(duì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)效性差。

隨著養(yǎng)殖技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)淡水養(yǎng)殖模式中采用封閉水域、高密度養(yǎng)殖模式居多，采用該模式進(jìn)行養(yǎng)殖時(shí)，單位水體的投餌量增加，養(yǎng)殖對(duì)象的代謝產(chǎn)物與殘留餌料往往導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，因此有害病菌與藻類的滋生，引起水體的pH值、氨氮含量、溶氧量等指標(biāo)劇烈變化，導(dǎo)致養(yǎng)殖對(duì)象產(chǎn)生病害與死亡。與飲用水、開(kāi)放水域相比，水中微生物繁殖、養(yǎng)殖對(duì)象代謝產(chǎn)物和餌料殘留等因素對(duì)養(yǎng)殖對(duì)象的影響比重較大，而這類物質(zhì)大多含有熒光物質(zhì)，這為采用熒光檢測(cè)技術(shù)分析水質(zhì)提供了可能。

現(xiàn)有常規(guī)的熒光分析技術(shù)樣品預(yù)處理復(fù)雜，效率較低。近年來(lái)，時(shí)間分辨熒光分析法由于其高靈敏度、高效快速、含有比穩(wěn)態(tài)熒光數(shù)據(jù)更多的信息等特點(diǎn)，已經(jīng)成為生物化學(xué)與生物物理領(lǐng)域的主要研究工具，為時(shí)間分辨熒光技術(shù)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。因此，針對(duì)淡水養(yǎng)殖用水特點(diǎn)，采用時(shí)間分辨熒光分析法，有望成為快速評(píng)價(jià)水質(zhì)的一種方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種封閉水域淡水養(yǎng)殖用水的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，以實(shí)現(xiàn)更快速準(zhǔn)確、更高靈敏度地評(píng)價(jià)封閉水域淡水養(yǎng)殖用水。

為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用時(shí)間分辨熒光技術(shù)對(duì)封閉水域淡水養(yǎng)殖用水的水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體方案如下：

一種封閉水域淡水養(yǎng)殖用水的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一，水樣收集：在封閉水域淡水養(yǎng)殖水域的N個(gè)典型取水點(diǎn)處各取水樣500ml，將N個(gè)典型水樣混合均勻后置于一個(gè)玻璃瓶中，得水樣粗樣；

步驟二，水樣的預(yù)處理：取上述水樣粗樣50ml置于離心管中，于高速離心機(jī)中進(jìn)行離心操作；離心后取上清液置于一個(gè)樣品管中，離心沉淀加入10ml蒸餾水搖勻后作為沉淀稀釋樣置于另一個(gè)樣品管中，得到由原始水樣、上清液、沉淀稀釋樣組成的3個(gè)待測(cè)水樣，分別置于3個(gè)試管中，密封保存并記錄水樣名稱；

步驟三，熒光衰減譜的掃描：采用時(shí)間分辨熒光光譜儀，采用移液管取樣，對(duì)所述待測(cè)水樣進(jìn)行熒光衰減譜的掃描，獲得所述3個(gè)待測(cè)水樣的熒光衰減譜；

步驟四，水質(zhì)污染綜合評(píng)價(jià)：對(duì)所述3個(gè)待測(cè)水樣的熒光衰減譜進(jìn)行擬合計(jì)算，得到3個(gè)待測(cè)水樣的熒光壽命；將3個(gè)待測(cè)水樣的熒光壽命代入熒光壽命與水質(zhì)污染綜合指數(shù)關(guān)系式，計(jì)算得該水質(zhì)的污染綜合指數(shù)；將計(jì)算得到的水質(zhì)污染綜合指數(shù)與封閉水域淡水養(yǎng)殖用水的水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)應(yīng)分析，從而判斷該水質(zhì)的污染程度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)對(duì)封閉水域淡水養(yǎng)殖用水的水質(zhì)分級(jí)的快速判別。

所述熒光衰減譜的掃描的具體測(cè)量過(guò)程為：在試驗(yàn)測(cè)試前將儀器預(yù)熱，待其進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后再測(cè)試，樣品室溫度保持25℃；試驗(yàn)以二氧化鈦為標(biāo)定物質(zhì)，設(shè)定激發(fā)波長(zhǎng)為256nm，掃描第1條至第4000條通道，掃描狹縫寬度為8nm，利用單光子計(jì)數(shù)法獲得熒光衰減譜。

所述熒光衰減譜的掃描工具為Data Station平臺(tái)，利用Origin8.5數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，選擇合適的熒光光量子峰值及掃描通道區(qū)間，繪制待測(cè)水樣的熒光衰減譜，選擇通道區(qū)間為800～2000通道，所述峰值為10000。

所述熒光壽命的計(jì)算，是通過(guò)DAS6軟件處理平臺(tái)對(duì)熒光衰減譜作嚴(yán)格的指數(shù)擬合，得到各水樣的熒光壽命和熒光衰減譜的擬合度。

所述水質(zhì)污染綜合評(píng)價(jià)，是通過(guò)對(duì)3個(gè)水樣的熒光壽命與綜合污染指數(shù)進(jìn)行偏最小二乘法PLS建模分析，得出3個(gè)水樣的熒光壽命與水質(zhì)污染綜合指數(shù)關(guān)系式為：

Y＝(0.031438×X₁+0.016965×X₂+0.018832×X₃)×10¹⁰+0.010937

Y為水質(zhì)綜合污染系數(shù)，X₁、X₂、X₃分別代表3個(gè)水樣的熒光壽命。

所述水質(zhì)污染綜合指數(shù)的計(jì)算過(guò)程如下：

選取封閉水域淡水養(yǎng)殖用水的水質(zhì)影響的關(guān)鍵因素，參考《無(wú)公害食品淡水養(yǎng)殖用水水質(zhì)》NY5051-2001和《中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》GB11607－89，確定pH、溶解氧、五日生化需氧量、氨氮、硫化物、揮發(fā)酚共計(jì)6項(xiàng)作為綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，采用該評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分析計(jì)算結(jié)果，作為利用水質(zhì)熒光壽命計(jì)算綜合水質(zhì)污染系數(shù)的建模依據(jù)，得綜合污染指數(shù)P；計(jì)算公式如下：

$P=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}Pi$

P_i＝C_i/S_i

P為綜合污染指數(shù)；

Pi為污染物i的污染指數(shù)；

n為污染物種類；

Ci為污染物i的實(shí)測(cè)濃度平均值，單位為mg/L或個(gè)/L；

Si為污染物i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，單位為mg/L或個(gè)/L。

本發(fā)明具有有益效果。

1.本發(fā)明通過(guò)水產(chǎn)養(yǎng)殖專家問(wèn)卷調(diào)查分析，確定了適用于封閉水域淡水養(yǎng)殖用水綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)項(xiàng)目為：pH、溶解氧、五日生化需氧量、氨氮、硫化物、揮發(fā)酚共計(jì)6項(xiàng)作為綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

2.本發(fā)明采用單光子計(jì)數(shù)法記錄檢測(cè)水樣的熒光光量子數(shù)目，確定水樣的熒光壽命，通過(guò)對(duì)原始水樣、上清液、沉淀稀釋樣熒光壽命與綜合污染指數(shù)進(jìn)行偏最小二乘法(PLS)建模分析，建立了適用于封閉水域淡水養(yǎng)殖用水水質(zhì)的水樣熒光壽命與水質(zhì)綜合污染指數(shù)的關(guān)系式，提供了一種封閉水域淡水養(yǎng)殖用水的水質(zhì)的快速評(píng)價(jià)方法。

附圖說(shuō)明

圖1：典型水樣取水點(diǎn)示意圖；

圖2：熒光衰減譜的示意圖；

圖3：原始水樣的熒光衰減譜；

圖4：水樣上清液的熒光衰減譜；

圖5：水樣沉淀稀釋樣的熒光衰減譜。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

本實(shí)施例中對(duì)一封閉水域淡水養(yǎng)殖用水(N＝5)的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟一，水樣收集：在一封閉水域淡水養(yǎng)殖水域中選取5個(gè)典型取水點(diǎn)各取水樣500ml，將5個(gè)典型水樣混合均勻后置于一個(gè)玻璃瓶中，得水樣粗樣；步驟二，水樣的預(yù)處理：取水樣粗樣50ml于離心管中，于高速離心機(jī)中進(jìn)行離心，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為5000r/min，離心后將上清液置于一個(gè)樣品管，離心沉淀中加入10mL蒸餾水搖勻后置于另一個(gè)樣品管，由原始水樣、上清液、沉淀稀釋樣組成3個(gè)待測(cè)水樣，密封保存并記錄水樣名稱；步驟三，熒光衰減譜的掃描：采用HORIBA Scientific公司的時(shí)間分辨熒光光譜儀，脈沖激光作為激發(fā)光源并設(shè)定激發(fā)波長(zhǎng)為256nm，掃描狹縫寬度為8nm，選擇量程為10mm的石英比色皿，恒溫系統(tǒng)調(diào)至25℃恒溫，用移液管吸取水樣，取樣體積為所用比色皿容積的2/3，分別測(cè)量原始水樣、上清液、沉淀稀釋樣的熒光衰減譜；步驟四，水質(zhì)污染綜合評(píng)價(jià)：對(duì)所述原始水樣、上清液、沉淀稀釋樣的熒光衰減譜進(jìn)行指數(shù)擬合，得到各自的熒光壽命，將各個(gè)熒光壽命代入熒光壽命與水質(zhì)污染綜合指數(shù)關(guān)系式中進(jìn)行計(jì)算，得到該水質(zhì)的污染綜合指數(shù)，將該污染綜合指數(shù)與封閉水域淡水養(yǎng)殖用水的水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)分析，判斷該水質(zhì)的污染程度。

水質(zhì)污染綜合評(píng)價(jià)：封閉水域中，水中含有的重金屬、農(nóng)藥等參數(shù)相對(duì)穩(wěn)定，pH、溶解氧、五日生化需氧量、氨氮、硫化物、揮發(fā)酚等成分往往隨餌料投喂、養(yǎng)殖對(duì)象排泄物的積累、微生物的生長(zhǎng)繁殖等因素發(fā)生變化，而水中藻類和細(xì)菌等微生物的生長(zhǎng)、養(yǎng)殖對(duì)象的排泄產(chǎn)物、餌料殘留中均有熒光物質(zhì)的生成，利用時(shí)間分辨熒光技術(shù)高靈敏度的特點(diǎn)，可以獲得水質(zhì)的熒光壽命的差異變化，從而對(duì)水質(zhì)狀況進(jìn)行快速判斷，對(duì)養(yǎng)殖過(guò)程中水質(zhì)的調(diào)控提供依據(jù)。在熒光衰減譜的繪制過(guò)程中，用OriginPro8.5數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)測(cè)量的熒光衰減數(shù)據(jù)處理，選擇合適的熒光光量子峰值，繪制熒光衰減譜，如圖1所示。常規(guī)的水質(zhì)污染狀況分級(jí)判斷標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)項(xiàng)目繁多、耗時(shí)長(zhǎng)、費(fèi)用高，不能為養(yǎng)殖用水水質(zhì)調(diào)控提供及時(shí)的數(shù)據(jù)指導(dǎo)，因此尋找一種更加準(zhǔn)確快速的對(duì)養(yǎng)殖用水水質(zhì)污染程度進(jìn)行判別的方法顯得尤為重要。

本發(fā)明的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 封閉水域淡水養(yǎng)殖用水的水質(zhì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

本發(fā)明以一個(gè)矩形封閉淡水養(yǎng)殖水塘的水質(zhì)的評(píng)價(jià)為例，采用HORIBA Scientific公司的時(shí)間分辨熒光光譜儀，對(duì)水樣進(jìn)行時(shí)間分辨熒光光譜掃描。具體測(cè)定參數(shù)為：儀器試驗(yàn)前預(yù)熱30min，激發(fā)波長(zhǎng)256nm，掃描第1條至第4000條通道，掃描狹縫寬度為8nm，樣品室溫度25℃。

一種封閉水域淡水養(yǎng)殖用水的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法具體步驟為

1、水樣收集

在一封閉水域淡水養(yǎng)殖水域中，如圖1所示5個(gè)取水點(diǎn)，各取500ml水樣混勻，得水樣粗樣。

2、水樣粗樣預(yù)處理

從上述水樣粗樣中取50ml置于離心管內(nèi)，于高速離心機(jī)中進(jìn)行離心，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為5000r/min，離心后將上清液置于一個(gè)樣品管，沉淀中加入10mL蒸餾水搖勻后置于另一個(gè)樣品管，由原始水樣、上清液、沉淀稀釋樣組成3個(gè)待測(cè)樣品。

3、熒光衰減譜的掃描

采用HORIBA Scientific公司的時(shí)間分辨熒光光譜儀，脈沖激光作為激發(fā)光源并設(shè)定激發(fā)波長(zhǎng)為256nm，掃描狹縫寬度為8nm，選擇量程為10mm的石英比色皿，恒溫系統(tǒng)調(diào)至25℃恒溫，用移液管吸取水樣，取樣體積為所用比色皿容積的2/3，分別測(cè)量原始水樣、上清液、沉淀稀釋樣的熒光衰減譜；在繪制熒光衰減譜時(shí)，利用OriginPro8.5數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)采集得到的熒光衰減數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，設(shè)置熒光光量子峰值為10000，選擇掃描通道區(qū)間為800～2000，繪制原始水樣、上清液、沉淀稀釋樣的熒光衰減譜。熒光衰減譜如圖2所示，橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)代表熒光強(qiáng)度，其含義是研究體系的熒光強(qiáng)度隨時(shí)間的變化曲線。通過(guò)對(duì)熒光衰減曲線進(jìn)行嚴(yán)格的指數(shù)擬合，便可得到該體系中熒光物質(zhì)對(duì)應(yīng)的熒光壽命，從而實(shí)現(xiàn)體系的檢測(cè)。

4.水質(zhì)污染綜合評(píng)價(jià)

通過(guò)DAS6軟件處理平臺(tái)對(duì)得到的原始水樣、上清液、沉淀稀釋樣的熒光衰減譜作指數(shù)擬合，計(jì)算原始水樣、上清液、沉淀稀釋樣的熒光壽命，再通過(guò)公式計(jì)算封閉水域淡水養(yǎng)殖用水的水質(zhì)污染綜合指數(shù)，從而評(píng)價(jià)養(yǎng)殖用水水質(zhì)級(jí)別。

原始水樣、上清液、沉淀稀釋樣3個(gè)水樣的熒光衰減譜分別如圖3、圖4、圖5所示，計(jì)算3個(gè)水樣的熒光壽命和熒光衰減譜的擬合度，結(jié)果如表2所示，各水樣的熒光衰減擬合曲線具有良好的擬合度。將3個(gè)水樣的熒光壽命代入公式Y(jié)＝(0.031438×X1+0.016965×X2+0.018832×X3)×10¹⁰+0.010937，可得該池塘水質(zhì)綜合污染指數(shù)為0.70，對(duì)照表1可知，該水域?qū)儆谳p度污染。

表2 預(yù)處理后水樣的熒光壽命及熒光衰減譜的擬合度

上述實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，其中各方法的實(shí)施步驟等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。