高分辨率场地特征分析工具：利用荧光技术识别热带地区的地下石油污染（DNAPL）

《Chemosphere》：High-resolution site characterization tools: application of fluorescence techniques to identify DNAPL in tropical lands

在热带气候区应用紫外和可见光光学成像探针检测焦油污染的可行性研究。通过实验室和现场测试验证了OIP-UV在孔隙介质中识别焦油的最佳适用性，并首次在巴西圣保罗地区应用了两种探针的对比分析。研究强调了高分辨率间接调查方法需结合HRSC扫描和土壤化学分析进行验证。

　　在油污事件发生后，部分油类物质可能会被困在土壤孔隙中，或者通过非饱和区和饱和区迁移。这类物质通常被称为高密度非水相液体（DNAPL），如 creosote（煤焦油）。这些液体在含水层中移动，直到完全耗尽或遇到不透水层为止。由于土壤和沉积物的异质性，这些污染物的迁移和滞留特性会受到显著影响。因此，准确识别和量化污染源对于有效管理污染场地至关重要。

传统的污染识别方法通常依赖于土壤采样和化学分析。这种方法虽然有效，但存在诸多局限性。首先，它会增加项目的成本。其次，尤其是在涉及非水相液体（NAPL）污染的情况下，这种方法往往难以准确反映污染物在地下环境中的分布情况。此外，采样和分析过程可能需要较长的时间，这不仅延长了污染场地的恢复周期，还增加了对生态环境和人类健康的潜在风险。因此，寻找更高效、更精确的污染识别方法成为环境科学领域的重要研究方向。

近年来，高分辨率场地表征（HRSC）技术在污染识别和环境管理中得到了广泛应用。这些技术能够提供实时、高精度的数据，有助于更全面地理解污染物在地下的分布和行为。其中，荧光光谱技术因其非侵入性和高灵敏度而备受关注。通过使用光学探针，研究人员可以捕捉到土壤中污染物的荧光信号，从而间接推断其存在和分布。这种方法不仅减少了对土壤的物理扰动，还能够快速获取大量数据，为污染治理提供科学依据。

在本研究中，光学图像剖面仪（Optical Image Profiler, OIP）被用于识别 creosote 污染。OIP 结合了荧光和可见光成像技术，能够记录土壤的荧光响应和可见光图像，并与土壤电导率数据相结合，以提高污染识别的准确性。OIP 有多种类型，其中 OIP-UV 和 OIP-Green 是基于不同波长光源的探针。OIP-UV 使用紫外光（275 nm）作为激发光源，而 OIP-Green 使用绿色光（520 nm）。这两种探针都能诱导 creosote 中的多环芳烃（PAH）产生荧光，从而帮助研究人员识别污染区域。

本研究的重点在于评估 OIP-UV 和 OIP-Green 在热带气候条件下识别 creosote 污染的有效性。研究地点位于巴西圣保罗市的都市区，这是一个典型的热带环境，气候炎热、湿度高，且土壤类型多样。在这样的环境中，污染物的迁移和滞留特性可能会与温带地区有所不同，因此需要专门研究其在热带条件下的行为。通过现场测试和实验室实验，研究人员分析了荧光响应与土壤中油类物质存在的关系，以确定哪种方法更适合在类似污染场地中使用。

研究结果表明，OIP-UV 在识别 creosote 污染方面表现出更高的适用性。这可能是因为紫外光在激发 PAH 荧光方面具有更强的效率，从而能够更清晰地捕捉到污染物的存在。此外，OIP-UV 在现场和实验室测试中均显示出较高的灵敏度和准确性，能够有效区分污染和非污染区域。相比之下，OIP-Green 虽然也能检测到 creosote 的存在，但在某些情况下可能会产生误判，特别是在背景土壤中检测到荧光信号而实际上没有 creosote 污染的情况下。

这一研究的发现对于热带地区的环境管理具有重要意义。由于热带气候条件下土壤的物理和化学特性可能与温带地区不同，传统的污染识别方法可能无法提供准确的结果。因此，开发适用于热带环境的高分辨率场地表征技术，对于更好地理解和管理污染场地至关重要。OIP-UV 的成功应用表明，这类技术可以在热带地区提供可靠的数据支持，有助于制定更有效的污染治理策略。

此外，本研究还强调了高分辨率间接调查方法在实际应用中需要的校准和土壤化学分析。尽管 OIP 技术能够提供丰富的数据，但这些数据的准确性仍然依赖于对土壤性质的深入理解。因此，在使用 OIP 技术进行污染识别之前，必须进行土壤矿物学和化学成分的分析，以排除其他可能的干扰因素。例如，土壤中的某些矿物可能会对荧光信号产生影响，从而导致误判。因此，结合高分辨率扫描技术和视觉识别，能够更全面地验证 OIP 数据的可靠性。

本研究的另一个重要贡献是，它首次在热带气候条件下报告了 OIP-UV 和 OIP-Green 技术的应用。在此之前，大多数关于 HRSC 技术的研究主要集中在北美和欧洲地区，而这些地区的环境条件与热带地区存在显著差异。因此，本研究为热带地区的环境科学提供了新的视角和方法，有助于推动相关技术的本地化应用和发展。同时，这也符合联合国可持续发展目标（SDGs）中关于水和卫生（SDG 6）以及陆地生态系统保护（SDG 15）的要求，强调了环境保护在现代社会中的重要性。

在实际应用中，OIP 技术的推广和使用仍面临一些挑战。首先，设备成本较高，这可能限制其在一些资源有限的地区的应用。其次，技术操作需要专业知识和培训，以确保数据的准确性和可靠性。此外，由于土壤环境的复杂性，OIP 技术的校准和优化过程可能需要大量的时间和精力。因此，未来的研究需要进一步探索如何降低设备成本、提高操作简便性，并优化校准方法，以确保 OIP 技术在更多环境条件下的适用性。

总体而言，本研究为热带地区的污染识别和环境管理提供了重要的科学依据和技术支持。通过结合高分辨率场地表征技术和土壤化学分析，研究人员能够更准确地评估污染物的分布和行为，从而制定更有效的治理措施。OIP-UV 和 OIP-Green 的应用不仅提高了污染识别的效率，还为环境科学领域带来了新的研究方向和技术手段。未来，随着技术的不断发展和完善，这些方法有望在更多地区得到应用，为全球范围内的环境治理和可持续发展做出贡献。