基于透气液芯光波导和时间相关光谱的水中苯系物在线监测技术

本项目基于Teflon AF－2400管既具有透气性，又可以同时充当液芯光波导长光路吸收池的两个特性：通过增加吸收长度，提高灵敏度；以及利用不同气体扩散速度的差异，建立和解析多元时间相关光谱，分离干扰，提高选择性，达到进一步降低检测限的目的。时间相关光谱分析技术无需达到平衡，可以在动态进行测量，降低了响应时间，可以实现快速连续测量。此外，再结合直接测量光强新方法，增强光源强度，获得超高灵敏度。实现水相中μg/L级气体苯的在线监测。从光的波动理论，研究液芯光波导长光路吸收池中光的传输与吸收池的几何长度，芯部的浓度，芯径大小，光源的带宽及分子散射特性的关系，揭示实验中发现的吸光度大于或小于比尔定律预期值的机理，为此类分析方法和仪器的研制提供理论依据。本方法属于暴露水平检测手段，数据时效性好，无需样品前处理。方法简单，选择性好，灵敏度高，可以对河流，湖泊以及水源中的苯系物进行在线监测。

本项目基于Teflon AF－2400 管既具有透气性，又可以同时充当液芯光波导（LCW）长光路吸收池的特性，用分光光度法对水中的苯系物进行检测。Teflon AF－2400 管同时充当了三个部件： 萃取器，将苯系物与水分开； 长光路吸收池，吸收长度可根据需要长达几米；浓缩器，浓缩待测溶液。本方法数据时效性好，无需样品前处理，灵敏度高，可以对河流，湖泊以及水源中的苯系物进行在线监测。 本方法基于苯系物的扩散，光谱响应与时间，液芯溶剂，2400管的尺寸，取样方式和流动方式有关。但目前未见系统的报道。 本课题从理论和实验两个方面详细研究了这些关系。结果表明经过必须的响应时间之后， 吸光度随时间线性变化，线性相关系数为0.999. 吸光度随时间的变化率比目前常规的瞬时吸光度灵敏度高。使用与样品亲和的溶剂做液芯，降低管壁的厚度和内经，以及增加样品的流速可以降低响应时间和提高灵敏度。对液相检测，样品流速有最大值限制。超过最大流速，灵敏度降低。增加LCW的长度，灵敏度可等倍增加，但响应时间降低。对10cm长 LCW，苯的相应时间为4min，检测限为0.04 mg l-1。对20cm长 LCW，甲苯的响应时间为5min，检测限为0.02 mg l-1。对0.5 mg l-1 苯样品，相对误差为7.4 ± 3.7 %。此外，本研究建立了多元时间相关光谱模型，编写了多元时间序列预测软件，预测相对误差为5%。 本研究为基于Teflon AF 2400 LCW液相气体传感器的设计和开发提供了了理论和实验基础。