一种封闭水域淡水养殖用水的水质评价方法技术领域
本发明属于快速分析技术领域，具体涉及一种封闭水域淡水养殖用水的水质评价
方法。
背景技术
目前关于水质评价方面的研究较多，且研究方法多元化，对各种功能用水(如饮用
水)和自然水域(如水库、湖泊、河流、池塘)水质评价的研究较多，评价手段一般根据水体用
途，选择被测水体的溶解氧、pH、浮游植物量、透明度、总氮、浮游动物量、高锰酸钾指数、总
磷、汞、水温、生化需氧量、水色、盐度、总硬度等理化指标，通过各指标对水体的功能影响权
重进行评价，目前使用范围最广的评价标准为水质综合污染指数评价法。但这类方法测量
指标繁多，对水质进行评价时效性差。
随着养殖技术的发展，我国淡水养殖模式中采用封闭水域、高密度养殖模式居多，
采用该模式进行养殖时，单位水体的投饵量增加，养殖对象的代谢产物与残留饵料往往导
致水体富营养化，因此有害病菌与藻类的滋生，引起水体的pH值、氨氮含量、溶氧量等指标
剧烈变化，导致养殖对象产生病害与死亡。与饮用水、开放水域相比，水中微生物繁殖、养殖
对象代谢产物和饵料残留等因素对养殖对象的影响比重较大，而这类物质大多含有荧光物
质，这为采用荧光检测技术分析水质提供了可能。
现有常规的荧光分析技术样品预处理复杂，效率较低。近年来，时间分辨荧光分析
法由于其高灵敏度、高效快速、含有比稳态荧光数据更多的信息等特点，已经成为生物化学
与生物物理领域的主要研究工具，为时间分辨荧光技术的应用奠定了基础。因此，针对淡水
养殖用水特点，采用时间分辨荧光分析法，有望成为快速评价水质的一种方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种封闭水域淡水养殖用水的水质评价方法，以实现更快
速准确、更高灵敏度地评价封闭水域淡水养殖用水。
为了解决以上技术问题，本发明采用时间分辨荧光技术对封闭水域淡水养殖用水
的水质进行评价，具体方案如下：
一种封闭水域淡水养殖用水的水质评价方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，水样收集：在封闭水域淡水养殖水域的N个典型取水点处各取水样500ml，
将N个典型水样混合均匀后置于一个玻璃瓶中，得水样粗样；
步骤二，水样的预处理：取上述水样粗样50ml置于离心管中，于高速离心机中进行
离心操作；离心后取上清液置于一个样品管中，离心沉淀加入10ml蒸馏水摇匀后作为沉淀
稀释样置于另一个样品管中，得到由原始水样、上清液、沉淀稀释样组成的3个待测水样，分
别置于3个试管中，密封保存并记录水样名称；
步骤三，荧光衰减谱的扫描：采用时间分辨荧光光谱仪，采用移液管取样，对所述
待测水样进行荧光衰减谱的扫描，获得所述3个待测水样的荧光衰减谱；
步骤四，水质污染综合评价：对所述3个待测水样的荧光衰减谱进行拟合计算，得
到3个待测水样的荧光寿命；将3个待测水样的荧光寿命代入荧光寿命与水质污染综合指数
关系式，计算得该水质的污染综合指数；将计算得到的水质污染综合指数与封闭水域淡水
养殖用水的水质评价标准进行对应分析，从而判断该水质的污染程度，实现了对对封闭水
域淡水养殖用水的水质分级的快速判别。
所述荧光衰减谱的扫描的具体测量过程为：在试验测试前将仪器预热，待其进入
稳定状态后再测试，样品室温度保持25℃；试验以二氧化钛为标定物质，设定激发波长为
256nm，扫描第1条至第4000条通道，扫描狭缝宽度为8nm，利用单光子计数法获得荧光衰减
谱。
所述荧光衰减谱的扫描工具为Data Station平台，利用Origin8.5数据处理系统，
选择合适的荧光光量子峰值及扫描通道区间，绘制待测水样的荧光衰减谱，选择通道区间
为800～2000通道，所述峰值为10000。
所述荧光寿命的计算，是通过DAS6软件处理平台对荧光衰减谱作严格的指数拟
合，得到各水样的荧光寿命和荧光衰减谱的拟合度。
所述水质污染综合评价，是通过对3个水样的荧光寿命与综合污染指数进行偏最
小二乘法PLS建模分析，得出3个水样的荧光寿命与水质污染综合指数关系式为：
Y＝(0.031438×X1+0.016965×X2+0.018832×X3)×1010+0.010937
Y为水质综合污染系数，X1、X2、X3分别代表3个水样的荧光寿命。
所述水质污染综合指数的计算过程如下：
选取封闭水域淡水养殖用水的水质影响的关键因素，参考《无公害食品淡水养殖
用水水质》NY5051-2001和《中华人民共和国国家标准渔业水质标准》GB11607－89，确定pH、
溶解氧、五日生化需氧量、氨氮、硫化物、挥发酚共计6项作为综合污染指数评价标准，采用
该评价标准分析计算结果，作为利用水质荧光寿命计算综合水质污染系数的建模依据，得
综合污染指数P；计算公式如下：
Pi＝Ci/Si
P为综合污染指数；
Pi为污染物i的污染指数；
n为污染物种类；
Ci为污染物i的实测浓度平均值，单位为mg/L或个/L；
Si为污染物i的评价标准值，单位为mg/L或个/L。
本发明具有有益效果。
1.本发明通过水产养殖专家问卷调查分析，确定了适用于封闭水域淡水养殖用水
综合污染指数评价项目为：pH、溶解氧、五日生化需氧量、氨氮、硫化物、挥发酚共计6项作为
综合污染指数评价标准。
2.本发明采用单光子计数法记录检测水样的荧光光量子数目，确定水样的荧光寿
命，通过对原始水样、上清液、沉淀稀释样荧光寿命与综合污染指数进行偏最小二乘法
(PLS)建模分析，建立了适用于封闭水域淡水养殖用水水质的水样荧光寿命与水质综合污
染指数的关系式，提供了一种封闭水域淡水养殖用水的水质的快速评价方法。
附图说明
图1：典型水样取水点示意图；
图2：荧光衰减谱的示意图；
图3：原始水样的荧光衰减谱；
图4：水样上清液的荧光衰减谱；
图5：水样沉淀稀释样的荧光衰减谱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
本实施例中对一封闭水域淡水养殖用水(N＝5)的水质评价方法通过以下步骤实
现：
步骤一，水样收集：在一封闭水域淡水养殖水域中选取5个典型取水点各取水样
500ml，将5个典型水样混合均匀后置于一个玻璃瓶中，得水样粗样；步骤二，水样的预处理：
取水样粗样50ml于离心管中，于高速离心机中进行离心，离心机的转速为5000r/min，离心
后将上清液置于一个样品管，离心沉淀中加入10mL蒸馏水摇匀后置于另一个样品管，由原
始水样、上清液、沉淀稀释样组成3个待测水样，密封保存并记录水样名称；步骤三，荧光衰
减谱的扫描：采用HORIBA Scientific公司的时间分辨荧光光谱仪，脉冲激光作为激发光源
并设定激发波长为256nm，扫描狭缝宽度为8nm，选择量程为10mm的石英比色皿，恒温系统调
至25℃恒温，用移液管吸取水样，取样体积为所用比色皿容积的2/3，分别测量原始水样、上
清液、沉淀稀释样的荧光衰减谱；步骤四，水质污染综合评价：对所述原始水样、上清液、沉
淀稀释样的荧光衰减谱进行指数拟合，得到各自的荧光寿命，将各个荧光寿命代入荧光寿
命与水质污染综合指数关系式中进行计算，得到该水质的污染综合指数，将该污染综合指
数与封闭水域淡水养殖用水的水质评价标准对应分析，判断该水质的污染程度。
水质污染综合评价：封闭水域中，水中含有的重金属、农药等参数相对稳定，pH、溶
解氧、五日生化需氧量、氨氮、硫化物、挥发酚等成分往往随饵料投喂、养殖对象排泄物的积
累、微生物的生长繁殖等因素发生变化，而水中藻类和细菌等微生物的生长、养殖对象的排
泄产物、饵料残留中均有荧光物质的生成，利用时间分辨荧光技术高灵敏度的特点，可以获
得水质的荧光寿命的差异变化，从而对水质状况进行快速判断，对养殖过程中水质的调控
提供依据。在荧光衰减谱的绘制过程中，用OriginPro8.5数据处理软件对测量的荧光衰减
数据处理，选择合适的荧光光量子峰值，绘制荧光衰减谱，如图1所示。常规的水质污染状况
分级判断标准检测项目繁多、耗时长、费用高，不能为养殖用水水质调控提供及时的数据指
导，因此寻找一种更加准确快速的对养殖用水水质污染程度进行判别的方法显得尤为重
要。
本发明的分级标准如表1所示。
表1 封闭水域淡水养殖用水的水质的评价标准
本发明以一个矩形封闭淡水养殖水塘的水质的评价为例，采用HORIBA
Scientific公司的时间分辨荧光光谱仪，对水样进行时间分辨荧光光谱扫描。具体测定参
数为：仪器试验前预热30min，激发波长256nm，扫描第1条至第4000条通道，扫描狭缝宽度为
8nm，样品室温度25℃。
一种封闭水域淡水养殖用水的水质评价方法具体步骤为
1、水样收集
在一封闭水域淡水养殖水域中，如图1所示5个取水点，各取500ml水样混匀，得水
样粗样。
2、水样粗样预处理
从上述水样粗样中取50ml置于离心管内，于高速离心机中进行离心，离心机转速
为5000r/min，离心后将上清液置于一个样品管，沉淀中加入10mL蒸馏水摇匀后置于另一个
样品管，由原始水样、上清液、沉淀稀释样组成3个待测样品。
3、荧光衰减谱的扫描
采用HORIBA Scientific公司的时间分辨荧光光谱仪，脉冲激光作为激发光源并
设定激发波长为256nm，扫描狭缝宽度为8nm，选择量程为10mm的石英比色皿，恒温系统调至
25℃恒温，用移液管吸取水样，取样体积为所用比色皿容积的2/3，分别测量原始水样、上清
液、沉淀稀释样的荧光衰减谱；在绘制荧光衰减谱时，利用OriginPro8.5数据处理软件对采
集得到的荧光衰减数据进行处理，设置荧光光量子峰值为10000，选择扫描通道区间为800
～2000，绘制原始水样、上清液、沉淀稀释样的荧光衰减谱。荧光衰减谱如图2所示，横坐标
表示时间，纵坐标代表荧光强度，其含义是研究体系的荧光强度随时间的变化曲线。通过对
荧光衰减曲线进行严格的指数拟合，便可得到该体系中荧光物质对应的荧光寿命，从而实
现体系的检测。
4.水质污染综合评价
通过DAS6软件处理平台对得到的原始水样、上清液、沉淀稀释样的荧光衰减谱作
指数拟合，计算原始水样、上清液、沉淀稀释样的荧光寿命，再通过公式计算封闭水域淡水
养殖用水的水质污染综合指数，从而评价养殖用水水质级别。
原始水样、上清液、沉淀稀释样3个水样的荧光衰减谱分别如图3、图4、图5所示，计
算3个水样的荧光寿命和荧光衰减谱的拟合度，结果如表2所示，各水样的荧光衰减拟合曲
线具有良好的拟合度。将3个水样的荧光寿命代入公式Y＝(0.031438×X1+0.016965×X2+
0.018832×X3)×1010+0.010937，可得该池塘水质综合污染指数为0.70，对照表1可知，该水
域属于轻度污染。
表2 预处理后水样的荧光寿命及荧光衰减谱的拟合度
上述实施例仅用于说明本发明，其中各方法的实施步骤等都是可以有所变化的，
凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围
之外。