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基于表面增强拉曼光谱技术对环境水体中痕量多环芳烃的检测研究

王炬勇  
【摘要】:多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)是一类广泛存在于环境中的含两个及以上苯环的芳香族有机污染物,具有致癌性、致畸性和致突变性,是人类认识最早的化学致癌物之一。长期以来,基于气相色谱、气相色谱-质谱和高效液相色谱法等技术,科研工作者研究并发展了多种高灵敏的PAHs分析检测方法,这些方法具有检测限低、定量准确和稳定性好等优点,并且高效液相色谱法已成为PAHs的国标检测方法。但这些方法仍存在操作复杂、耗时过长和仪器大型的劣势,无法满足基层现场监测的应急需求。因此,发展并建立一套简单、快速、高灵敏度和实时的痕量多环芳烃定性和定量分析检测技术,对中国这样一个面临严重环境压力的发展中国家具有十分重要的应用价值。本论文以表面增强拉曼光谱(Surface-enhanced Raman Spectroscopy,SERS)为检测手段,结合快速样品预处理技术,建立了环境水体中痕量多环芳烃的快速检测方法。论文主要工作包括如下三部分:1.普适且灵敏SERS基底的制备及其对16种PAHs的检测分析采用硼氢化钠和盐酸羟胺共还原方法制备了一种粒径约为50 nm且稳定性高、表面相对干净的银纳米粒子。以其作为SERS基底,有效实现了 16种PAHs的快速检测,其检测灵敏度在0.1~100 μg/L之间。2.发展实际环境水体中痕量PAHs的检测方法基于液液萃取(Liquid-Liquid Extraction,LLE)与SERS技术联用(LLE-SERS),开展了环境水体中苯并芘(BaP)、芘(Pyr)和蒽(Ant)三种PAHs的检测方法。在方法1的基础上,LLE-SERS将检测灵敏度提高了500~1000倍,得到的最低检出浓度分别为5、50和100 ng/L,满足实际检测需求。对白城沙滩海水和西大洋海水这两种环境水体进行加标测定得到回收率在88~113%之间。文中还进一步对三种PAHs的混合体系进行了定性分析,证实了此方法的可行性。3.搭建船载式多环芳烃快速检测仪为了实现对环境水体中多环芳烃的现场自动化检测,本文中将流动注射分析(Flow Injection Analysis,FIA)技术与SERS技术联用,建立一体化FIA-SERS技术,并搭建了船载式多环芳烃快速检测仪。此方法具有操作简单、耗时少和灵敏度高等优点,通过计算机程序控制实现了检测过程的自动化。该检测仪体积较小,携带方便,在海域PAHs现场实时检测方面有着潜在的应用前景。


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