Мониторинг загрязнения природной воды методом флуоресцентной спектроскопии

Введение. Экологический мониторинг состояния водоёмов является важной составляющей природоохранной деятельности. Перспективным направлением оценки качества водных объектов является определение их обобщённых показателей. Флуоресцентная спектроскопия может служить источником важной информации о состоянии водных объектов и источниках их загрязнения.

Цель исследования — методом флуоресцентной спектроскопии оценить загрязнённость воды Москвы-реки и её притоков. Выявить влияние нефтепродуктов на спектры флуоресценции речной воды.

Материалы и методы. Объектом исследования являлась вода из Москвы-реки и её притоков: Пахры, Котловки, Сетуни. Пробы воды из Москвы-реки отобраны в черте города на разных участках, для которых характерна различная степень загрязнённости. Спектры флуоресценции воды измеряли на спектрофлуориметре СМ 2203 (ЗАО «Солар», Беларусь), общий органический и неорганический углерод — на анализаторе общего углерода TOC-VCHP (Shimadzu, Япония).

Результаты. Характер спектров флуоресценции Москвы-реки и её притоков в отсутствие значимых антропогенных загрязнений характеризуется относительным постоянством. Бактериальное загрязнение и загрязнение ароматическими соединениями антропогенного происхождения, в том числе нефтепродуктами, приводят к увеличению интенсивности флуоресценции в коротковолновой части спектра. Коэффициент корреляции между оптической плотностью при длине волны 254 нм и содержанием растворённого органического углерода (РОУ) для исследованных проб составил 0,66, а между интенсивностью флуоресценции при длине волны 400 нм и РОУ — 0,74.

Ограничение исследования. Метод не может быть использован для количественного определения индивидуальных веществ, предназначен для полуколичественной оценки загрязнённости воды.

Заключение. Измерение спектров флуоресценции и содержания общего органического углерода позволяет дать общую оценку загрязнённости водного объекта (что особенно актуально для пробы неизвестного состава) и выбрать оптимальную схему его целевого анализа. Высокие значения РОУ и интенсивности флуоресценции при 320 нм с высокой вероятностью свидетельствуют о химическом загрязнении воды, а значения РОУ, характерные для водного объекта, и высокие интенсивности флуоресценции при 320 нм — о бактериальном.

Конфликт интересов. Автор декларирует отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследование поддержано государственным контрактом «Проведение аналитического обзора для определения приоритетных химических поллютантов в сточных водах мегаполиса и водных объектах, ими загрязнённых».

Поступила: 16.03.2022 / Принята к печати: 21.04.2022 / Опубликована: 31.05.2022

1. Государственный доклад «О состоянии и использовании водных ресурсов Российской Федерации в 2015 году». М.: НИА-Природа; 2016.

2. Золотов Ю.А. Новая парадигма аналитического контроля. Экология и промышленность России. 2006; (3): 38-40.

3. Золотов Ю.А. Определение интегральных показателей как задача аналитической химии. Журнал аналитической химии. 2004; 59(7): 677.

4. Романовская Г.И. Проблемы аналитической химии. Люминесцентный анализ. М.: Наука; 2015.

5. Некрасов В.В. Проблемы мониторинга безопасности стстем централизованного водоснабжения и перспективы их решения. Российский химический журнал. 2005; 49(4): 92-101.

6. Khan M.F.S., Akbar M., Wu J., Xu Z. A review on fluorescence spectroscopic analysis of water and wastewater. Methods Appl. Fluoresc. 2021; 10(1). https://doi.org/10.1088/2050-6120/ac3d79

7. Кузнецова А.В., Винокуров И.Ю. Применение флуориметрического метода для биоиндикации качества вод. Вода: химия и экология. 2011; (3): 58-65.

8. Мошарова И.В., Ильинский В.В., Маторин Д.Н., Мошаров С.А., Акулова А.Ю., Протопопов Ф.Ф. Мониторинг вод реки Москва с помощью микробиологических параметров и флуоресценции хлорофилла А. Микробиология. 2015; 84(6): 712-24. https://doi.org/10.7868/S0026365615060075

9. Салюк П.А., Дорошенков И.М., Букин О.А., Соколова Е.Б., Бауло Е.Н. Изменения свойств флуоресценции морской воды при ее перемешивании с нефтью. Оптика атмосферы и океана. 2014; 27(5): 443-8.

10. Дроздова А.Н., Пацаева С.В., Хунджиа Д.А. Флуоресценция растворенного органического вещества как маркер распространения пресных вод в Карском море и заливах архипелага Новая земля. Океанология. 2017; 57(1): 49-56. https://doi.org/10.7868/S0030157417010038

11. Hidayah E.N., Pramitasari Y.N., Hsien Y.H., Cahyonugroho O.H. Fluorescence organic carbon components and its correlation with bulk organic parameters in water treatment processes. J. Appl. Sci. Eng. 2020; 23(3): 391-6. https://doi.org/10.6180/jase.202009_23(3).0002

12. Некрасова Л.П., Кочеткова М.Г., Рыжова И.Н., Михайлова Р.И. Применение абсорбционной и флуоресцентной спектроскопии для решения задач контроля качества воды. Системные технологии. 2020; (4): 53-60

13. Ghervase L., Carstea E.M., Savastru D., Pavelescu G. Fluorescence evaluation of drinking water organic contamination. Environ. Eng. Manag. J. 2010; 9(11): 1497-501. https://doi.org/10.30638/eemj.2010.202

14. Nekrasova L.P., Kochetkov P.P. Transformation of phenol, resorcinol, pyrocatechol and hydroqunone in water under exposure to low doses of UV-radiation. J. Appl. Spectrosc. 2021; 88(4): 807-15. https://doi.org/10.1007/s10812-021-01244-x

15. Некрасова Л.П., Малышева А.Г., Абрамов Е.Г. Трансформация фенола и двухатомных фенолов в поверхностной воде под действием природных физико-химических факторов. Гигиена и санитария. 2019; 98(11): 1206-11. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2019-98-11-1206-1211

16. Sorensen J.P.R., Lapworth D.J., Marchant B.P., Nkhuwa D.C.W., Pedley S., Stuart M.E., et al. In-situ tryptophan-like fluorescence: A real-time indicator of faecal contamination in drinking water supplies. Water Res. 2015; 81: 38-46. https://doi.org/10.1016/j.watres.2015.05.035

17. Bulycheva E.V., Korotkova E.I., Voronova O.A., Kustova A.A., Petrova E.V. Procedia Chem. 2014; 10: 179-83. https://doi.org/10.1016/j.proche.2014.10.031

18. Huang M.F., Song Q.J., Xing X.F., Jian W.J., Liu Y., Zhao Z.L. Analysis of fluorescence spectrum of petroleum-polluted water. Guang Pu Xue Yu Guang Pu Fen Xi. 2014; 34(9): 2466-71. (in Chinese)

19. Дедков Ю.М. Современные проблемы аналитической химии сточных вод. Российский химический журнал. 2002; 46(4): 11-7.

20. Горшкова О.М., Пацаева С.В., Федосеева Е.В. Шубина Д.М., Южаков В.И. Флуоресценция растворенного органического вещества природной воды. Вода: химия и экология. 2009; (11): 31-9.

21. Новиков М.А., Харламова М.Н. Исследование спектральных характеристик флуоресценции природных вод Кольского полуострова. Труды ВНИРО. 2016; 161: 181-93.

22. Синельников В.Е., Хмылев А.Н. Определение содержания органических веществ в природных водах с помощью спектров флуоресценции в видимой и ультрафиолетовой областях. Гидрохимические материалы. 1987; 98: 125-40.

23. Харламова М.Н., Новиков М.А. Спектральный анализ происхождения флуоресцирующей части растворенного органического вещества природных вод. В кн.: Поморье в Баренц-регионе на рубеже веков: экология, экономика, культура. Материалы международной конференции. Архангельск; 2000: 245-6.

24. Худжуа Д.А., Пацаева С.В., Трубецкой О.А., Трубецкая О.Е. Анализ растворенного вещества пресноводных озер Карелии обратно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографией с одновременной регистрацией оптической плотности и флуоресценции. Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия. 2017; (1): 66-73.

25. Zhu G.C., Bian Y.N., Hursthouse A.S., Wan P., Szymanska K., Ma J.Y., et al. Application of 3-D fluorescence: characterization of natural organic matter in natural water and water purification systems. J. Fluoresc. 2017; 27(6): 2069-94. https://doi.org/10.1007/с10895-017-2146-7