汞诱导的溶解性有机质变化的差异吸收光谱：DOM 芳香性的影响

《Chemosphere》：Differential absorbance spectroscopy of mercury-induced changes in dissolved organic matter: Influence of DOM aromaticity

【字体：大中小】 时间：2026年09月12日 来源：Chemosphere CS21.1

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　　摘要向溶解性有机物（DOM）中添加汞可以引起其光学性质的变化，这些变化可以通过差吸光度光谱（DAS）进行检测。本研究使用乙酸、L-酪氨酸和单宁酸作为具有不同分子和发色团特征的模型化合物，结合泥炭水和高地河水作为对比性天然水基质，评估了DOM芳香性对汞诱导的DAS响应的影响。从

摘要

向溶解性有机物（DOM）中添加汞可以引起其光学性质的变化，这些变化可以通过差吸光度光谱（DAS）进行检测。本研究使用乙酸、L-酪氨酸和单宁酸作为具有不同分子和发色团特征的模型化合物，结合泥炭水和高地河水作为对比性天然水基质，评估了DOM芳香性对汞诱导的DAS响应的影响。从200至800纳米范围内记录了紫外-可见（UV-Vis）光谱，乙酸、酪氨酸和单宁酸分别显示出Δ₂₂₉、Δ₂₂₂和Δ₂₁₆的特征DAS响应。三种模型化合物与汞浓度之间表现出强烈的浓度依赖性关系，决定系数（R²）分别为0.8905、0.9026和0.9094。天然水样品也表现出浓度依赖性的DAS响应，在0.01–10毫克/升范围内呈对数关系。利用泥炭水和高地河水进行的独立盲加标回收实验得出了88–101%的回收率。结果表明，汞添加后DOM的光学性质发生了可测量的变化，且不同DOM基质间的响应幅度有所差异。因此，DAS在研究条件下显示出作为快速、无损筛选方法的潜力，但仍需要使用独立的环境样品和环境相关的汞浓度进行进一步验证。

引言

研究人员一直关注地表水中危险重金属如汞的普遍存在（Fahimah等，2024；Shi等，2023）。环境汞的主要来源是地球地壳中自然挥发或蒸发的汞（Schlathauer等，2019；Yan等，2023）。化石燃料燃烧（Zhou等，2024）、电子设备如荧光灯泡、干电池和汞开关（Ryan-Fogarty等，2023）以及采矿业（Chen等，2024；Hatiboruah等，2020）也是进一步的来源。水体系中的汞以多种化学形态存在，包括无机Hg(II)和有机汞物种如甲基汞（Geri等，2024）。无机Hg(II)可与溶解性有机物（DOM）强烈相互作用，形成Hg-DOM复合物，影响汞的形态、迁移性和生物有效性（Ravichandran，2004）。这种络合不应被解释为Hg(II)向有机汞化合物的转化。特别地，与跨血脑屏障运输相关的毒代动力学特性主要与甲基汞有关，应与Hg-DOM络合作用加以区分（Langford和Ferner，1999）。

目前已有一些测量水中汞的技术，包括离子色谱法和原子吸收光谱法（AAS）（Duval等，2020；Tian等，2021；Tripathi等，2024）。然而，这些技术的应用并不简单，需要冗长的定量程序。近年来，更简单的方法已被用于产生水银定量方法，包括固态聚合物膜（Kallithrakas-Kontos等，2019）、双波长β校正分光光度分析（Al-Bagawi等，2017）和基于氧化石墨烯的适配体传感器（Chaghazardi等，2024）。最容易采用的方法是光谱法如UV-Vis和荧光法，因为扫描过程不需要很长时间（Schlathauer等，2019）。水中金属离子与DOM之间的结合可以改变DOM的光谱特性，如DAS（Yan等，2013，2017）、特征紫外吸光度（SUVA）（Z. Wang等，2022a,b）、光谱斜率（Duan等，2024）和荧光激发-发射矩阵EEM（Duan等，2024；Liang等，2023；Z. Wang等，2022a,b）。一项研究报告称，垃圾填埋渗滤液中汞与有机物的相互作用可以改变DAS、SUVA和光谱斜率（Duan等，2024）。

UV-Vis光谱法在水样品分析中的应用已被证明是一种有效且可靠的水质表征方法（Amourizi和Ghaedi，2021；Birdwell和Engel，2010；Penzel等，2025）。对于预测DOM的存在，传统的UV₂₅₄吸光度方法已被证明是有用的替代参数，尤其是对于芳香族DOM（Edzwald和Tobiason，1999；Man和Simpson，2025）。相反，研究人员越来越关注使用UV-Vis光谱参数，如DAS（Huang等，2019；Qadafi等，2023c）、光谱斜率（Lei等，2019；Notodarmojo等，2023）和光谱比值（Chari等，2019；Qadafi等，2021），以识别水中DOM更精确的特性。DAS已被广泛应用于环境监测，特别是评估水中DOM的各种特性（Huang等，2019；Korshin等，2002；Prijanto等，2025；Yan等，2019），作为一种分析方法，通过比较反应或过程前后记录的光谱来检测细微的吸光度变化，从而揭示原始光谱中不易观察到的变化。这些特性包括分子量（H. Wu等，2020a,b）、消毒副产物（DBP）生成（Ma等，2016；Qadafi等，2023c）、去除效果（Zhang等，2021b）和DOM-金属相互作用特征（H. Xu等，2018a,b；Yan等，2019）。此外，DAS已被用于确定水中如As(III)等重金属的存在（Zhu等，2024）。DOM与重金属的相互作用已使用多种技术进行了研究，如分子光谱法、伏安法、等温滴定量热法、核磁共振光谱和X射线反射率（Chen和Yu，2021；Duan等，2024；J. Xu等，2018a,b）。由于DOM是多分散材料，具有吸光特性和发色基团，光谱方法是监测金属-DOM复合物内在特征的优良手段，因为它们具有高灵敏度、低成本、无损性和快速性（Wu等，2011）。DOM与重金属相互作用的光谱细微变化可以通过DAS进行放大（Duan等，2024）。

虽然先前的研究已证明DAS适用于研究DOM与各种金属离子的相互作用，但DOM分子和发色团特征对汞诱导DAS响应的影响尚未得到系统评估。此外，先前的汞相关DAS研究主要依赖于异质性天然DOM基质，使得难以区分DOM结构特征对观测光谱响应的贡献。因此，本研究采用了三种具有对比性分子和发色团特征的简化模型化合物（乙酸、酪氨酸和单宁酸），以及两种对比性天然水基质，以研究DOM特征差异如何影响汞诱导的DAS响应。研究结果为不同DOM基质中汞诱导光谱响应的差异提供了光谱证据，并展示了DAS作为含汞DOM水快速筛选方法的潜力。由于汞的配位环境和结合构型未直接测定，观测到的光谱响应被解释为汞诱导DOM光学性质变化的证据，而非Hg-DOM结合机制的直接测量。

章节摘要

样品与化学品

高地水样品采集自印度尼西亚塔西克马莱亚的Citambal河，泥炭水样品采集自廖内泥炭地。选择单宁酸、L-酪氨酸和乙酸作为具有对比性分子和发色团特征的简化模型化合物。单宁酸被选为一种含有多芳香族和酚类官能团的多酚类化合物，L-酪氨酸被选为一种含芳香环、氨基和羧基的芳香族氨基酸

水中模型化合物的特性

图1展示了pH为5的Milli-Q水中模型化合物溶液的UV-Vis光谱特征。乙酸溶液在222纳米波长处显示出峰值（图1a）。乙酸溶液的UV-Vis谱形与大多数有机化合物随波长增加的表现相似。乙酸是一种简单的脂肪族羧酸（Dakin，1907）。与只有单一显著峰值的乙酸不同，作为氨基酸的酪氨酸具有两个峰值（图1b）。与乙酸类似，UV-Vis

结论

本研究使用三种具有对比性分子和发色团特征的简化模型化合物（乙酸、L-酪氨酸和单宁酸）以及两种对比性天然水基质，评估了汞诱导的差吸光度光谱（DAS）。汞的添加在特征波长处产生了不同的DAS响应，且光谱变化的幅度在模型化合物和天然水基质之间有所不同。这些响应反映了汞诱导的

CRediT作者贡献声明

Muammar Qadafi：撰写 – 原稿、项目管理、方法、调查、资金获取、数据整理、概念化。Alfonsus Mario Fernando Da Silva Berybe：撰写 – 原稿、可视化、调查、形式分析、数据整理。Willy Cahya Nugraha：撰写 – 原稿、验证、资源、方法。Hanny Meirinawati：验证、资源、调查、数据整理。Diana Rahayuning Wulan：撰写 – 审查与编辑、方法，

生成式AI及AI辅助技术在写作过程中的声明

在准备本工作期间，作者使用了ChatGPT来完善手稿内容。在使用该工具/服务后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对出版物的内容承担全部责任。

利益冲突声明

作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本论文中报告的工作。

致谢

本研究由生物与环境研究组织计划（RPORHL）（编号1/III.5/HK/2024）、印度尼西亚国家研究与创新署资助。作者感谢ELS A（E-Layanan Sains）提供万隆高级表征实验室的设施和科学支持，隶属于印度尼西亚国家研究与创新署。

环境与技术研究中心，印度尼西亚国家研究与创新署，Jalan Sangkuriang，万隆，40135，印度尼西亚

摘要

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