《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：3D fluorescence and UV–visible absorption supported by PCA chemometrics for tracking the spatial variability of dissolved organic matter in a semi-arid North African reservoir
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摩洛哥Ahmed El Hansali水库研究采用UV-可见吸收光谱和荧光EEMs结合化学计量学，揭示其两个支流因水文与人为输入差异导致DOM空间异质性，证实光学方法在复杂水体DOM分析中的应用价值。
Omar Taoussi|Hassan Ba-Haddou|Yacine Oubelkacem|Ouider Idir|Abdelmajid El Bakkali|Mustapha Haddad|Hubert Cabana|Saadia Ait Yazidi
LASMAR，URL-CNRST No.7，穆莱伊斯梅尔大学理学院，邮政信箱11201，齐图内，梅克内斯50 000，摩洛哥
摘要
艾哈迈德·埃尔·汉萨利（Ahmed El Hansali）水库位于乌姆埃尔-里比亚（Oum Er-Rbia）河流上游流域，是摩洛哥半干旱地区重要的饮用水和灌溉水源。该水库的供水来源包括两条具有不同特性的支流：乌姆埃尔-里比亚河（Oum Er-Rbia River）从斯鲁（Srou）河流经较长距离（约15-20公里）后汇入水库；而瓦乌马纳溪（Ouaoumana Stream）则通过较短的水文路径（约5公里）将城市废水输送至水库。这种水文状况导致水库水体的来源和水质存在显著的空间差异。由于溶解有机物（DOM）对自然水体的化学性质具有重要影响，研究其光学特性可以提供有关有机物来源及其转化过程的宝贵信息。因此，本研究分析了从水库不同位置采集的80个水样，采用了紫外-可见光吸收光谱和荧光激发-发射光谱（UV–visible absorption and fluorescence excitation–emission matrices, EEMs）技术。通过光学指数（E2/E3、E2/E4、FI、BIX和HIX）以及IC/IT荧光比值和主成分分析（PCA），发现支流入口处的水质存在较大差异，而水库内部的水质逐渐趋于均匀；同时，出水处仍可检测到人为污染的痕迹。研究表明，结合吸收光谱和荧光光谱技术与化学计量分析是一种有效且适用范围广泛的方法，可用于探究复杂水环境中溶解有机物的组成和转化过程，尤其是在难以进行分子水平分析的场合。
引言
在北非等半干旱地区，水库不仅是重要的水资源，还是化学动态系统——其中溶解有机物（DOM）在水文混合、微生物活动、光化学过程以及人为影响的共同作用下发生剧烈变化[1]。位于摩洛哥中部阿特拉斯山脉（Middle Atlas）乌姆埃尔-里比亚河流上游的艾哈迈德·埃尔·汉萨利水库[2]，主要由两条具有不同水文和人为特征的支流补给：乌姆埃尔-里比亚河是一条较大的常年性河流，经过较长距离（约15-20公里）后接收城市废水；而瓦乌马纳溪是一条较小的间歇性河流，通过较短路径（约5公里）输送城市废水。这种配置导致水库内溶解有机物成分存在明显空间差异。此外，作为关键的水质参数，溶解有机物显著影响水处理效果，例如促进消毒副产物的生成[3]、与混凝剂相互作用，并影响过滤效率。
因此，了解其组成和空间变异性对于预测处理挑战并调整运营策略至关重要。解决这些问题需要既能够敏感检测溶解有机物成分，又适用于环境监测尺度的分析工具。由于许多溶解有机物成分含有发色团和荧光团[4]，可以利用光学光谱技术（尤其是紫外-可见光吸收光谱和荧光激发-发射光谱[5][6][7]）对其进行有效分析。这些技术能够快速提供关于溶解有机物组成、来源及转化程度的丰富信息。
本研究旨在通过结合紫外-可见光吸收光谱、荧光光谱和多变量化学计量分析，探究艾哈迈德·埃尔·汉萨利水库内溶解有机物的空间变异性、来源及转化过程。研究使用了多种诊断性光学参数（E2/E3、E2/E4、FI、BIX、HIX和IC/IT）及主成分分析（PCA），以探讨光谱特征之间的关系，并追踪水库内溶解有机物组成的变化趋势。光学吸收和荧光技术是分析环境水体中溶解有机物的常用方法[8][9][10]，而化学计量建模有助于揭示隐藏的模式，从而更深入地理解空间异质性[10]。通过强调吸收光谱、荧光光谱与化学计量分析之间的互补性，本研究突显了综合光学光谱技术在复杂水环境中探究溶解有机物动态的潜力，尤其是在难以进行分子水平分析的场合。高级分析技术（如高分辨率质谱[FT-ICR-MS]）能够实现溶解有机物的详细分子和功能表征[11][12][13]，但在大规模环境监测中的应用可能受到仪器复杂性和操作要求的限制。
研究地点
研究地点：艾哈迈德·埃尔·汉萨利水库（Ahmed El Hansali Reservoir），位于摩洛哥中部阿特拉斯山脉
采样区域：
选择四个采样点是为了捕捉影响水库的主要水文因素和人为因素，以及溶解有机物在流动过程中的变化情况。P1和P2位于两条支流的入口处；P3位于水库内部，用于观察水库内的混合过程；P4位于出水口附近，用于评估下游水体中的溶解有机物特性。
紫外-可见光吸收特性及衍生指标
共采集了80个水样，经过过滤后进行紫外-可见光光谱分析。在提取光谱指数之前，所有光谱均经过基线稳定性和光谱噪声的系统评估。由于浊度影响可以忽略不计，因此无需进行额外的数学基线校正。图2展示了各采样区典型的归一化光谱，反映了其特征性的吸收模式。
结论
本研究首次通过对摩洛哥半干旱地区水库中的溶解有机物进行光学分析，揭示了其来源和转化过程。研究发现，两条支流对水库水体的影响截然不同：瓦乌马纳溪带来的溶解有机物主要来源于城市活动及微生物作用；而乌姆埃尔-里比亚河带来的溶解有机物则更富含腐殖质，来源于陆地生态系统。通过结合紫外-可见光吸收光谱、荧光激发-发射光谱和主成分分析，研究人员揭示了这些差异。
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
本项目得到了摩洛哥国家科学技术研究中心（CNRST）的支持，资助项目编号为CNRST-FRQ/478（URL：CNRST No. 7）和RS-12。作者指出，他们使用了生成式人工智能工具来辅助改进和解释部分文本的语言表达。不过，所有科学数据和结论均为作者本人独立完成，并经过严格审核和验证。
