在线富集近红外光谱分析及其化学计量学解析方法研究

近红外光谱分析具有快速、简便、准确等特点，近年来发展迅速，尤其是在现场分析中应用前景广阔。在线富集技术能有效提高近红外光谱分析的检测灵敏度，本项目开展低丰度有机化合物近红外光谱分析方法学研究，基于吸附富集技术，建立在线富集-近红外光谱测定一体化的分析系统，研究样品在吸附剂表面富集后导致的近红外光谱变化，发展定量解析方法，有效提高分析方法的灵敏度和选择性。针对不同样品的化学结构特征，通过筛选、设计、合成和改性等手段，发现高效能、高特异性富集材料，也发展化学计量学方法解析近红外光谱数据的方法，建立准确的定量分析模型。

项目采用在线富集的方式提高近红外光谱分析的灵敏度，用于低丰度金属和有机化合物的近红外光谱检测。化学富集能有效提高方法灵敏度，金属离子也可以通过富集进行间接近红外光谱检测。被测组分富集到材料后不经洗脱直接进行近红外漫反射光谱的测量，达到在线富集-检测的目的，发挥了近红外光谱检测简单快速的特点。通过已有材料的筛选，以及新材料的合成或改性，选择了层析硅胶、大孔树脂、整体柱材料和膜材料等多种富集材料。研究了静态和动态两种富集模式，分别针对粉末材料、整体柱材料和膜材料研制了富集装置，包括整体柱富集、流化床富集、膜富集装置等，所设计的富集装置充分考虑了在线富集的要求。依据富集材料、富集模式和富集装置的不同，构建了多种在线富集-近红外光谱检测一体化系统。利用化学计量学方法研究光谱处理方法，重点研究了波长选择方法，建立定量分析模型。针对静态和动态富集模式，从理论上对所建立分析系统的检测能力进行了评估，估计其最低检测浓度，为微量近红外光谱分析的能力评估提供方法。应用所建立的方法对包括食品安全方面的农药残留、兽药残留、食品添加剂，环境中的多环芳烃、重金属等进行了分析检测。.所设计的流化床富集装置具有富集速度快、处理样品量大、富集效率高且稳定等特点，应用于ppm级的农药西维因、食品添加剂富马酸二甲酯、多环芳烃萘和2-萘磺酸、重金属铜等物质的定量分析中，准确度和精密度均良好。对所建立富集-检测分析系统检测能力进行评估发现，在理想条件下，最低检测浓度可达0.0925 mg/L（西维因）。但实际使用中受到很多条件限制（如富集时间不能过长，富集材料用量不能过小等）。在典型应用条件下，静态模式最低检测浓度可达1.7mg/L（西维因），采用流化床动态富集模式，最低检测浓度达2.6mg/L。因此，基于富集的近红外光谱分析技术可以实现ppm级化合物的检测，在微量物质快速现场检测方面应用前景广阔。.项目研究过程中还发现GMA-EDMA整体柱材料，与Ag溶胶结合作为表面增强拉曼光谱基底，很多化合物表现了极高的检测灵敏度，罗丹明6G的最低检测浓度低至10-18 mol/L，对巯基苯胺达10-16mol/L。膜富集技术应用于紫外可见光谱分析中，发现能大大提高检测灵敏度。某些金属的检出限达到了1µg/L以下，某些有机化合物的检出限在µg/L水平。这两个研究方向都具有很高的研究价值，也表现了非常诱人的应用前景。