水質(zhì)污染是當前全球生態(tài)環(huán)境面臨的核心挑戰(zhàn)之一，工業(yè)廢水排放、農(nóng)業(yè)面源污染及生活污水滲漏等問題，導致地表水、地下水出現(xiàn)化學性污染（如重金屬、有機污染物）與生物性污染（如病原微生物、藻類爆發(fā)），直接威脅生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定與人類健康?！兜乇硭h(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838-2022）明確要求對水體毒性、營養(yǎng)鹽、重金屬等24項基本項目進行常態(tài)化監(jiān)測，但傳統(tǒng)檢測方法存在顯著局限：

1、實驗室依賴性強：需將水樣帶回實驗室，通過分光光度法、色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法等分析，耗時長達數(shù)小時至數(shù)天，無法滿足實時預警需求；

2、操作復雜：需專業(yè)技術(shù)人員操作精密儀器，且樣品預處理（如消解、萃取）步驟繁瑣，易引入誤差；

3、生態(tài)關(guān)聯(lián)性弱：傳統(tǒng)理化指標僅反映污染物濃度，無法直接體現(xiàn)其對水體微生物、藻類等生物的毒性效應(yīng)，難以關(guān)聯(lián)生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)。

生物熒光檢測技術(shù)基于“污染物對生物熒光信號的干擾效應(yīng)”實現(xiàn)檢測，具有響應(yīng)快速、操作簡便、可現(xiàn)場應(yīng)用的優(yōu)勢。博清生物科技（南京）有限公司研發(fā)的熒光計創(chuàng)新性融合發(fā)光細菌熒光原理與特異性熒光探針技術(shù)，可同時檢測水體急性生物毒性、特征污染物濃度及生物活性（如藻類葉綠素熒光），為解決傳統(tǒng)方法痛點提供了新思路。本研究通過多場景水體檢測實驗，系統(tǒng)驗證該儀器的性能指標與應(yīng)用價值，旨在為環(huán)境監(jiān)測技術(shù)升級與生態(tài)研究方法創(chuàng)新提供參考。

一、材料與方法

（一）實驗儀器與試劑

1、核心儀器：博清生物熒光計；

2、對比儀器：紫外-可見分光光度計、原子吸收光譜儀、總有機碳（TOC）分析儀；

3、試劑與標準物質(zhì)：發(fā)光細菌凍干粉（費氏弧菌，濃度10?CFU/mL）、COD標準溶液（1000 mg/L，國家標準物質(zhì)研究中心）、Cu2?、Pb2?標準儲備液（1000mg/L）、葉綠素a熒光探針（純度≥98%）；

4、實驗用水：超純水，用于試劑配制與儀器校準。

（二）研究區(qū)域與樣品采集

選取3類典型研究區(qū)域，共布設(shè)18個采樣點：

1、城市內(nèi)河：選取某市穿城內(nèi)河（A1~A5），涵蓋源頭（A1）、中游居民區(qū)（A2）、工業(yè)區(qū)排污口上游（A3）、排污口下游 500m（A4）、入湖口（A5）；

2、湖泊水體：選取城郊淡水湖（B1~B6），包括湖心（B1）、近岸草灘（B2）、旅游碼頭（B3）、農(nóng)業(yè)面源匯入?yún)^(qū)（B4）、養(yǎng)殖區(qū)周邊（B5）、河口（B6）；

3、地下水與沉積物孔隙水：選取工業(yè)區(qū)周邊地下水（C1~C3）及湖泊沉積物孔隙水（C4~C7），通過離心法（3000r/min，10min）分離孔隙水。

樣品采集遵循《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 91-2002），使用有機玻璃采樣器采集表層水（0.5m深度），每點平行采集3份樣品，現(xiàn)場用博清熒光計檢測，剩余樣品避光冷藏（4℃），24h內(nèi)送實驗室完成傳統(tǒng)方法檢測。

（三）檢測指標與實驗設(shè)計

1、生物毒性檢測

基于費氏弧菌發(fā)光原理：正常狀態(tài)下細菌發(fā)出穩(wěn)定熒光，污染物會抑制細菌呼吸鏈，導致熒光強度下降，熒光抑制率與毒性呈正相關(guān)。

實驗步驟：將發(fā)光細菌凍干粉用復蘇液復溶（25℃，10 min），取100μL菌液與900μL 水樣混合，放入博清熒光計檢測艙，記錄15min后熒光強度，計算熒光抑制率：熒光抑制率（%）=（空白組熒光強度 - 樣品組熒光強度）/空白組熒光強度×100

空白組：超純水+菌液；對照組：已知濃度K?Cr?O?標準溶液+菌液。

2、特征污染物檢測

COD檢測：采用特異性熒光探針與有機物的氧化還原反應(yīng)，探針熒光強度與COD濃度呈線性關(guān)系，博清熒光計內(nèi)置COD校準曲線（0~500mg/L）；

重金屬檢測：針對Cu2?、Pb2?，使用金屬離子特異性熒光探針（如Cu2?- 熒光素衍生物），探針與金屬離子結(jié)合后熒光淬滅，淬滅程度與離子濃度正相關(guān)；

藻類活性檢測：通過葉綠素a的固有熒光（激發(fā)波長430nm，發(fā)射波長680nm），監(jiān)測藻類生物量與光合活性，反映水體富營養(yǎng)化程度。

3、方法驗證實驗

準確性驗證：對已知濃度的COD、Cu2?、Pb2?標準溶液進行檢測，計算相對誤差（RE）；

重復性驗證：對同一水樣連續(xù)檢測6次，計算相對標準偏差（RSD）；

對比實驗：將博清熒光計檢測結(jié)果與傳統(tǒng)方法（分光光度法測COD、原子吸收法測重金屬）結(jié)果進行線性回歸分析，計算相關(guān)系數(shù)R2。

二、討論

（一）博清生物熒光計的技術(shù)優(yōu)勢

1、高效性：響應(yīng)時間≤15min，解決傳統(tǒng)方法“檢測滯后”問題，尤其適用于應(yīng)急監(jiān)測與動態(tài)污染追蹤；

2、現(xiàn)場適用性：便攜式設(shè)計（重量<3 kg）、電池續(xù)航長，可在無實驗室條件的偏遠區(qū)域（如湖泊近岸、地下水井）操作，填補了“最后一公里”監(jiān)測空白；

3、生態(tài)關(guān)聯(lián)性：通過生物熒光信號直接反映污染物對水體生物的毒性效應(yīng)，比單純理化指標更貼近生態(tài)系統(tǒng)實際健康狀態(tài)；

4、多參數(shù)集成：一臺儀器可同時檢測毒性、COD、重金屬及藻類活性，降低監(jiān)測成本，簡化操作流程。

（二）應(yīng)用局限與改進方向

1、復雜基質(zhì)干擾：高濁度水體（如沉積物孔隙水）的懸浮顆粒會散射熒光信號，導致檢測誤差（RE可達8%~10%），需配套預處理模塊（如離心、過濾）；

2、低毒性污染物靈敏度：對慢性毒性污染物（如某些持久性有機污染物）的檢測限仍需優(yōu)化，未來可開發(fā)特異性更強的熒光探針（如免疫熒光探針）；

3、數(shù)據(jù)標準化：目前儀器校準依賴內(nèi)部曲線，需建立行業(yè)統(tǒng)一的熒光檢測標準方法，提升數(shù)據(jù)可比性。

（三）在生態(tài)研究中的拓展應(yīng)用

除污染檢測外，博清熒光計可用于：

1、微生物群落活性監(jiān)測：通過熒光信號變化反映水體異養(yǎng)細菌的代謝強度，評估生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)能力；

2、污染物生物累積研究：結(jié)合藻類熒光信號，分析重金屬、農(nóng)藥在藻類中的富集效應(yīng)，為生態(tài)風險評估提供數(shù)據(jù)；

3、修復效果評估：在水體凈化工程中，實時監(jiān)測熒光抑制率變化，快速判斷修復技術(shù)（如生物膜法、人工濕地）的有效性。

本研究通過多場景實驗證實，博清生物科技（南京）有限公司研發(fā)的熒光計在水質(zhì)污染檢測中具有高靈敏性、快速響應(yīng)性與現(xiàn)場適用性，其對生物毒性、COD、重金屬及藻類活性的檢測結(jié)果與傳統(tǒng)方法一致性良好（R2≥0.82），可滿足環(huán)境監(jiān)測的常態(tài)化與應(yīng)急需求。在生態(tài)研究中，該儀器能有效關(guān)聯(lián)污染物濃度與生物效應(yīng)，為生態(tài)系統(tǒng)健康評估提供新工具。

未來通過優(yōu)化樣品預處理模塊、開發(fā)特異性熒光探針及建立標準化方法，博清生物科技（南京）有限公司研發(fā)的熒光計有望在環(huán)境監(jiān)測與生態(tài)研究領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更廣泛的應(yīng)用，為水質(zhì)管理與生態(tài)保護提供更高效的技術(shù)支撐。