基于表面增强拉曼光谱的环境水体化学性污染物快速检测仪器与方法的研究

In this project, a miniature portable Raman spectrometer, the substrates of surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) based on silver (Ag) and gold (Au) nanoparticles, and the methods of sample pretreatment for the rapid determination of chemical pollutants in environmental waters, will be developed and optimized. The miniature portable Raman spectrometer contained a diode laser, a fiber-optics probe and an area charge-coupled device (CCD) is suitable for the filed application. The methods for the synthesis and storage of the Ag and Au nanoparticles will be investigated to ensure the performance of SERS substrates stored for several months. Several methods of sample pretreatment, including extraction, concentration and clean-up of common chemical pollutants in environmental waters will be developed and regulated. The chemometric methods for the simultaneous determination of some kinds of pollutants in in environmental waters using low-resolution SERS will be researched. Finally, an effective and easy-to-use solution for the rapid determination of chemical pollutants in environmental waters using SERS will be proposed, with high sensitivity and reproducibility. The solution can be applied to the routine analysis of environmental water, as well as the quality control in the processes of tap-water production and sewage purification.

研制用于环境水体化学性污染物快速检测的小型化激光拉曼光谱仪，开发相应的金、银纳米粒子增强基底和样品前处理方法，实现对环境水体中多种化学性污染物的现场快速检测。所研制的小型化激光拉曼光谱仪基于半导体激光器、光纤探头和面阵CCD传感器，便于随身携带，适合现场检测使用环境。研究金、银纳米粒子增强基底的合成与修饰方法，确保其在较长的保存期限内性能稳定。开发多种用于环境水体化学性污染物的现场提取、富集和净化的方法，建立相应的样品处理与检测规程。探讨基于低分辨表面增强拉曼光谱的多目标物同时检测用化学计量学方法，实现对检测条件类似的环境水体中化学性污染物的多目标同时检测。本项目所研究的仪器与方法灵敏度高，可识别并测定环境水体中多种常见的化学性污染物，操作简便，检测速度快，适用于环境监察等国家执法部门和相关检测机构的现场与实验室快速检测，亦可用于生产企业、自来水企业和污水处理企业的生产过程控制。

为解决对环境水中某些化学性污染物的日常现场快速检测难题，提升相关职能部门的环境监测能力，本项目以研制用于环境水体化学性污染物快速检测的小型化激光拉曼光谱仪和开发相应的贵金属复合纳米粒子增强基底及样品前处理方法为目标，实现了对环境水体中孔雀石绿、亚硝酸盐、邻苯二胺、硫氰酸盐、甲醛、罗丹明B、二价汞离子、6-苄基腺嘌呤等多种化学性污染物的现场快速选择性和高灵敏检测，其中对孔雀石绿的检测灵敏度与实验室液相色谱-质谱联机法的灵敏度接近，对邻苯二胺的检测灵敏度比常规的液相色谱紫外吸收检测法高80倍以上，对甲醛的检测灵敏度比常规现场比色法的灵敏度高100倍以上。所研制的小型化激光拉曼光谱仪基于半导体激光器、光纤探头、固定光栅和电荷耦合器件传感器，便于随身携带，适合现场检测使用环境。所研究的贵金属复合纳米粒子增强基底合成与修饰方法可确保其在较长的保存期限内性能稳定。开发了多种用于环境水体化学性污染物的现场提取、富集和净化的方法，并探讨了基于低分辨表面增强拉曼光谱的多目标物同时检测用化学计量学方法。本项目所研究的仪器与方法灵敏度高，操作简便，检测速度快，适用于环境监察等国家执法部门和相关检测机构的现场与实验室快速检测，亦可用于生产企业、自来水企业和污水处理企业的生产过程控制，目前已处于产业化阶段。基于本项目的研究成果共发表研究论文12篇。