实验处理CDOM光化学和建模方面的考虑
米勒[32]提供了一个简洁的考虑的问题在设计使用CDOM光化学实验,和必须仔细测量。在这里,我们将提供一个总体设计概念实验暴露CDOM的多色光源(例如,太阳辐射)
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- 最初的黑暗的光
最初的黑暗的光
最初的黑暗的光
治疗
图5。变化的沼泽水DOM在暴露于太阳辐射。(A)失去了CDOM吸光度在320 nm, (B)分子量下降比率(增加),在DOC浓度(C)减少,(D)增加他们的13 C冻干的DOM。
后Osburn [158]。
然后讨论的方法构建一个基于结果的预测模型。我们使用例如光漂白的过程和溶解的吸光度的测量。虽然不全面,这部分应该提供新的读者设计的一般方法和解释用CDOM光化学实验。
6.6.1实验方法
测量体积的变化参数的实验设计等CDOM的溶解吸光度很简单。首先,收集水,然后过滤去除颗粒和细菌,通常通过一个端在450°C(烤然后用超纯去离子的冲洗和蒸馏水)玻璃纤维过滤孔隙大小的~ 0.7鱼翅。接下来,滤液由通过一个0.22机械消毒鱼翅仔细过滤和转移到清洁(酸洗和烤)石英容器,通常试管或圆底烧瓶,保留一个整除的初始参数的样本进行分析。应该至少99%的纯石英,确保所有相关环境紫外线辐射的传播通过石英管的城墙。在某些情况下,可以使用杀菌剂抑制微生物的生长,尽管许多微生物抑制剂(NaN3 HgCl2)吸收紫外线辐射在uv - b范围附近,接近275海里[132],血管被放置在一个水浴和暴露于太阳或人工辐射。水浴缓冲区CDOM的温度解决方案,它可以随数万摄氏度从早晨到晚上太阳辐射暴露。同样,人工光源也可以产生高温的样本。曝光时间可能取决于实验的目标。定期收集一些样品可能在接触生成光化学变化的时间序列,这对确定速率常数是有用的。
6.6.2 Reportingphotobleaching结果
几种方法报告CDOM的光学变化后photo-bleaching实验。吸光度和荧光的损失是两种最常见的参数报告。吸光度的损失是由减法最后减去初始吸光度光谱与紫外可见分光光度计测量。样品光谱吸光度的损失/ nm photobleached CDOM如图6所示。这个数字说明了吸光度展品宽变化在紫外光谱和不同CDOM的来源。通常,不同波长的吸光度报告,与波长在uv - b或a地区是最常见的(例如,320或350海里)。它已经被
280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500
波长(nm)
图6。的吸光度在几个不同类型的CDOM每海里。
280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500
波长(nm)
图6。的吸光度在几个不同类型的CDOM每海里。
流行的吸光度报告损失在250海里,是芳香的指标内容。同样,DOM荧光损失可能测量使用激发波长和发射波长在另一个。最近发表的报告excitation-emission矩阵提供了一个三维的照片CDOM光化学变化[41122133 - 135]。CDOM荧光尤其有用,因为结果可能是规范化的标准,如硫酸奎宁。目前,不存在接受CDOM吸光度的标准和报告损失吸光度的绝对值是困难的比较在CDOM CDOM来源不同数量和质量。此外,溶解吸收可能会影响到DOM以外的溶解的物种。因此,一些工人已经挂失的吸光度规范化的DOC浓度水样,接近摩尔吸收率使用经典的光化学[15116124136 - 139]。
Osburn等。[132]使用集成的光漂白(吸光度的损失范围280到500海里)除以总吸收能量(也从280年到500海里)计算photoreactivity各种CDOM的来源。这个参数是描述能力的CDOM失去吸光度,和规范不同CDOM类型被吸收的能量,这是CDOM质量和数量的函数。这类似于CDOM的表观量子产率计算怀特黑德et al。[140]。类似的集成光漂白的计算已经使用了CDOM光漂白的研究从河口湖[122]和[123]来源。
6.6.3建模光化学CDOM的变化
CDOM光化学的研究的一个目标是预测增强的UV涌入的影响,从平流层臭氧损耗、CDOM。因为光子的能量与其波长成反比(普朗克的关系,6.2节),每个光子的能量增加而减少波长(图7)。这是类似的吸收光谱CDOM,意味着波长变量带来化学变化的能力。我们可能期望的高能紫外线波长会导致比紫外线a波长较长的光褪色,但我们还必须考虑光子的数量(或fiuence)到达水生环境。图7还显示了uv - b的影响波长数量级低于a波长的影响。因此,模拟光漂白,我们需要考虑在每个波长的光子的有效性太阳光谱以及他们的影响。
在数学上,它是可能deconvolute每个波长的有效性,为每个波长分配一个权重;实际上,产生光谱权重函数(SWF)光漂白。Osburn et al。[132]有详细描述的方法计算主权财富基金使用光漂白获得的数据来自多个光学截止过滤器根据Rundel方法[141]和评论由卡伦和尼尔[142]。截止滤光片先后操作太阳光谱通过先后删除更多的紫外线辐射和创建一个数组
3.0 e + 06
8.0 e-19
8.0 e-19
0.0 e + 00
280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500波长(nm)
图7。比较典型的太阳光谱生成的温带地区(美国华盛顿特区),每个光子的能量估计的普朗克方程。
0.0 e + 00
280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500波长(nm)
图7。比较典型的太阳光谱生成的温带地区(美国华盛顿特区),每个光子的能量估计的普朗克方程。
光谱治疗。指数是一个简单的假定为SWF的形状(基于CDOM的溶解吸光度和方程1)和迭代的非线性回归迭代每个光谱光漂白治疗与累积吸收的能量在每个运行优化适合SWF的观测数据。SWF的方程是:
fV300重量在300海里的地方,和西南的斜率指数。oo的种子值估计的回归微分photo-bleaching相邻光截止过滤器与相邻的微分吸收能量治疗。西南的种子值估计在«cdom的斜率(^)与波长光谱斜率(5)。平均SWF的值(基于多个实验的地表水CDOM几个湖泊)是:Wm = - 0.0103±0.006和Sw = 4.34±1.79 x 10 ~ 6)。
这个函数可以用来预测发生光漂白的数量乘以SWF的光谱辐照度测量。例如,我们使用摘要SWF Osburn et al。[132]预测每日为腐殖质湖Lacawac溶解吸光度的变化,美国宾夕法尼亚州东北部。首先,每日测量地面四个波长的入射能量(305、320、340和380 nm)被用来构造每日太阳能光谱宾夕法尼亚州东北部,美国在1998年的夏天。Biospherical仪器的测量记录老爸- 521辐射计和总表面的入射能量湖Lacawac建模生成每日太阳光谱1 nm间隔从280年到500海里。
W (A) - W30q exp (- SW (A - 300))
建模的衰减系数的湖被用来修改表面太阳光谱的10厘米间隔整个混合层深度。因此,他们计算光谱能量深度和可以预测的光漂白使用SWF深度。每日光谱从SWF乘以光谱权重计算每日10厘米间隔的光漂白Lacawac湖的混合层。在深度预测光漂白的总和减去从最初每日溶解的吸光度值,这相当于每天溶解混合层的吸光度变化Lacawac湖。重复的模型运行先后研究期间的每一天。因此,模型预测每日集成溶解吸光度的变化完全由光漂白引起的。图8显示了测量溶解吸光度的变化使用SWF和预测的变化。建模和测量溶解吸光度之间的密切匹配表明CDOM由太阳紫外线辐射光漂白过程控制溶解的吸光度,从而透明度,在湖泊。模型的偏差从湖的观察溶解吸光度的变化是由于充电的新鲜CDOM从各种来源(降水、runolf,平流)。
6.6.4使用多色和单色辐射
使用多色辐射(e . g。太阳辐射)更像
图8。预测的溶解吸光度变化的变温层在1998年Lacawac湖。溶解的吸光度的变化计算使用的平均SWF Osburn [158]。实线是模型从第一天到104天。其他符号代表之间的间隔的模型运行溶解进行吸光度的测量建模期间(开放广场)。
日期
图8。预测的溶解吸光度变化的变温层在1998年Lacawac湖。溶解的吸光度的变化计算使用的平均SWF Osburn [158]。实线是模型从第一天到104天。其他符号代表之间的间隔的模型运行溶解进行吸光度的测量建模期间(开放广场)。
自然环境,不同于经典的光化学,通常使用单色辐射。在本实验设定,mono-chromator用于生成单独的波长光源。因此,在一个实验中,样品暴露在一次只一个波长和记录一个波长的影响。这种方法允许研究人员方便地计算每一个波长(即产生影响。,一个光谱)。如果每个波长的辐射能量,研究者可以计算光反应的量子产率。然而,单色方法隐式假设测量影响只是由于波长的辐射能量。这使得应用程序的行动光谱自然环境困难。
多色的辐射,效果不太明显,需要能谱的操作(例如,光截止过滤器)测量然后deconvolute加权效应的影响在每个波长。而使用光学截止过滤器来修改多色辐射更紧密地模拟自然环境,使用了错误的计算和可以减少[141]的敏感性分析。然而,一些证据表明,太阳辐射与多色,多波长反应导致CDOM的光降解。Osburn et al。[132]和怀特黑德et al。[140]在波长测量光漂白,光学过滤器被排除在外。他们认为来自多个波长的光子的互动效应引起的在任何一个波长光漂白。驱动这一现象的机制可能是在一系列chromo-phore吸收波长或生色团的相对丰度的变化(吸收和不同和多个波长)的大部分DOM。这种效应将进一步复杂化的应用对CDOM光漂白的作用光谱测量的多色的太阳光谱。
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