水质污染是当前全球生态环境面临的核心挑战之一，工业废水排放、农业面源污染及生活污水渗漏等问题，导致地表水、地下水出现化学性污染（如重金属、有机污染物）与生物性污染（如病原微生物、藻类爆发），直接威胁生态系统稳定与人类健康。《地表水环境质量标准》（GB 3838-2022）明确要求对水体毒性、营养盐、重金属等24项基本项目进行常态化监测，但传统检测方法存在显著局限：
1、实验室依赖性强：需将水样带回实验室，通过分光光度法、色谱-质谱联用法等分析，耗时长达数小时至数天，无法满足实时预警需求；
2、操作复杂：需专业技术人员操作精密仪器，且样品预处理（如消解、萃取）步骤繁琐，易引入误差；
3、生态关联性弱：传统理化指标仅反映污染物浓度，无法直接体现其对水体微生物、藻类等生物的毒性效应，难以关联生态系统健康状态。
生物荧光检测技术基于“污染物对生物荧光信号的干扰效应”实现检测，具有响应快速、操作简便、可现场应用的优势。博清生物科技（南京）有限公司研发的荧光计创新性融合发光细菌荧光原理与特异性荧光探针技术，可同时检测水体急性生物毒性、特征污染物浓度及生物活性（如藻类叶绿素荧光），为解决传统方法痛点提供了新思路。本研究通过多场景水体检测实验，系统验证该仪器的性能指标与应用价值，旨在为环境监测技术升级与生态研究方法创新提供参考。
一、材料与方法
（一）实验仪器与试剂
1、核心仪器：博清生物荧光计；
2、对比仪器：紫外-可见分光光度计、原子吸收光谱仪、总有机碳（TOC）分析仪；
3、试剂与标准物质：发光细菌冻干粉（费氏弧菌，浓度10⁹CFU/mL）、COD标准溶液（1000 mg/L，国家标准物质研究中心）、Cu²⁺、Pb²⁺标准储备液（1000mg/L）、叶绿素a荧光探针（纯度≥98%）；
4、实验用水：超纯水，用于试剂配制与仪器校准。
（二）研究区域与样品采集
选取3类典型研究区域，共布设18个采样点：
1、城市内河：选取某市穿城内河（A1~A5），涵盖源头（A1）、中游居民区（A2）、工业区排污口上游（A3）、排污口下游 500m（A4）、入湖口（A5）；
2、湖泊水体：选取城郊淡水湖（B1~B6），包括湖心（B1）、近岸草滩（B2）、旅游码头（B3）、农业面源汇入区（B4）、养殖区周边（B5）、河口（B6）；
3、地下水与沉积物孔隙水：选取工业区周边地下水（C1~C3）及湖泊沉积物孔隙水（C4~C7），通过离心法（3000r/min，10min）分离孔隙水。
样品采集遵循《地表水和污水监测技术规范》（HJ/T 91-2002），使用有机玻璃采样器采集表层水（0.5m深度），每点平行采集3份样品，现场用博清荧光计检测，剩余样品避光冷藏（4℃），24h内送实验室完成传统方法检测。
（三）检测指标与实验设计
1、生物毒性检测
基于费氏弧菌发光原理：正常状态下细菌发出稳定荧光，污染物会抑制细菌呼吸链，导致荧光强度下降，荧光抑制率与毒性呈正相关。
实验步骤：将发光细菌冻干粉用复苏液复溶（25℃，10 min），取100μL菌液与900μL 水样混合，放入博清荧光计检测舱，记录15min后荧光强度，计算荧光抑制率：荧光抑制率（%）=（空白组荧光强度 - 样品组荧光强度）/空白组荧光强度×100
空白组：超纯水+菌液；对照组：已知浓度K₂Cr₂O₇标准溶液+菌液。
2、特征污染物检测
COD检测：采用特异性荧光探针与有机物的氧化还原反应，探针荧光强度与COD浓度呈线性关系，博清荧光计内置COD校准曲线（0~500mg/L）；
重金属检测：针对Cu²⁺、Pb²⁺，使用金属离子特异性荧光探针（如Cu²⁺- 荧光素衍生物），探针与金属离子结合后荧光淬灭，淬灭程度与离子浓度正相关；
藻类活性检测：通过叶绿素a的固有荧光（激发波长430nm，发射波长680nm），监测藻类生物量与光合活性，反映水体富营养化程度。
3、方法验证实验
准确性验证：对已知浓度的COD、Cu²⁺、Pb²⁺标准溶液进行检测，计算相对误差（RE）；
重复性验证：对同一水样连续检测6次，计算相对标准偏差（RSD）；
对比实验：将博清荧光计检测结果与传统方法（分光光度法测COD、原子吸收法测重金属）结果进行线性回归分析，计算相关系数R²。
二、讨论
（一）博清生物荧光计的技术优势
1、高效性：响应时间≤15min，解决传统方法“检测滞后”问题，尤其适用于应急监测与动态污染追踪；
2、现场适用性：便携式设计（重量<3 kg）、电池续航长，可在无实验室条件的偏远区域（如湖泊近岸、地下水井）操作，填补了“最后一公里”监测空白；
3、生态关联性：通过生物荧光信号直接反映污染物对水体生物的毒性效应，比单纯理化指标更贴近生态系统实际健康状态；
4、多参数集成：一台仪器可同时检测毒性、COD、重金属及藻类活性，降低监测成本，简化操作流程。
（二）应用局限与改进方向
1、复杂基质干扰：高浊度水体（如沉积物孔隙水）的悬浮颗粒会散射荧光信号，导致检测误差（RE可达8%~10%），需配套预处理模块（如离心、过滤）；
2、低毒性污染物灵敏度：对慢性毒性污染物（如某些持久性有机污染物）的检测限仍需优化，未来可开发特异性更强的荧光探针（如免疫荧光探针）；
3、数据标准化：目前仪器校准依赖内部曲线，需建立行业统一的荧光检测标准方法，提升数据可比性。
（三）在生态研究中的拓展应用
除污染检测外，博清荧光计可用于：
1、微生物群落活性监测：通过荧光信号变化反映水体异养细菌的代谢强度，评估生态系统的物质循环能力；
2、污染物生物累积研究：结合藻类荧光信号，分析重金属、农药在藻类中的富集效应，为生态风险评估提供数据；
3、修复效果评估：在水体净化工程中，实时监测荧光抑制率变化，快速判断修复技术（如生物膜法、人工湿地）的有效性。
本研究通过多场景实验证实，博清生物科技（南京）有限公司研发的荧光计在水质污染检测中具有高灵敏性、快速响应性与现场适用性，其对生物毒性、COD、重金属及藻类活性的检测结果与传统方法一致性良好（R²≥0.82），可满足环境监测的常态化与应急需求。在生态研究中，该仪器能有效关联污染物浓度与生物效应，为生态系统健康评估提供新工具。
未来通过优化样品预处理模块、开发特异性荧光探针及建立标准化方法，博清生物科技（南京）有限公司研发的荧光计有望在环境监测与生态研究领域实现更广泛的应用，为水质管理与生态保护提供更高效的技术支撑。
