为了快速检测水中痕量多环芳烃(PAHs),制备了一种高灵敏度的三维表面增强拉曼散射(SERS)基底。将GMA-EDMA多孔材料与参数优化的金纳米颗粒相结合,形成了高灵敏度三维SERS活性基底。相比仅用参数优化的金溶胶SERS基底,该三维SERS基底的信号强度有近一个数量级的增强,相比未调pH值的金溶胶基底,增强效果有2~3个数量级的提高,且具有良好的重复性,该基底内探测相对标准偏差(RSD)为4.78%~9.27%,基底间RSD为2.05%。利用该基底对三种较有代表性的多环芳烃菲、芘、苯并(k)荧蒽进行了SERS光谱探测,得到检测限分别为9.0×10 ^-10, 2.3×10 ^-10, 5.9×10 ^-10 mol·L ^-1。结果表明,这种检测方法操作简便、重复性好、灵敏度高,可以实现水中多环芳烃的痕量检测。

基于酸性条件下硅酸盐与钼酸铵反应生成硅钼黄后被还原成硅钼蓝的原理, 借助微流控芯片平台, 建立基于连续流动-分光光度法快速测定海水硅酸盐的分析传感器, 传感器测定周期约为300 s, 采用双光程方式拓展测量范围, 线性测量范围可达0～400 μmol·L-1, 双光程的检出限分别为45.1 nmol·L-1和1.6 μmol·L-1; 当海水盐度大于15时, 传感器测量准确度和稳定性基本不受盐度影响, 且实际海水加标回收率在98.1%～104.0%之间。 2015年11月在胶州湾开展了20个站点海试和同步比对试验, 结果显示, 该系统具有准确度高、 简单、 集成度高、 水样消耗少、 抗干扰能力强等优点, 可用于海水原位硅酸盐的分析。

利用表面增强拉曼光谱（SERS）和静电富集（EP）相结合的技术，实现了水环境中磺胺甲基嘧啶、丁胺卡那霉素、恩诺沙星和环丙沙星的有效富集和快速痕量探测。实验结果表明，与非静电富集SERS探测相比较，磺胺甲基嘧啶和丁胺卡那霉素的特征峰强度提高了大约10倍，恩诺沙星和环丙沙星的特征峰强度提高了2~3倍；4种抗生素的最低检测浓度分别为1.9×10-8，1.7×10-8，5.5×10-8 ，6.0×10-8 mol·L-1；当被检测目标的浓度较低时，特征峰强度与探测浓度具有良好的线性关系。EP-SERS技术可有效提高水环境中抗生素的检测灵敏度。

海水化学需氧量(COD)是海水中有机污染物的综合指标, 是海洋环境监测最重要的项目之一。 现有的海水COD测量方法耗时长、 体系复杂, 无法满足海洋在线监测的需求。 采用臭氧发光机理实现海水COD的分析, 同时借助微芯片技术, 设计了高集成度的新型海水COD分析系统, 同时对系统中臭氧和水样流速、 水样加热温度、 样品盐度及过滤精度等影响测定的因素进行优化筛选。 实验结果表明, 该系统的测量范围为0.1～10 mg·L-1, 检出限0.08 mg·L-1, 与国标方法测量结果有很好的一致性, 同时具有结构简单, 测试时间短等优势, 满足海水COD现场分析的需求。

设计了大相对孔径的三档变焦光学系统来监控海洋生态监测仪器的工作状态。该系统的设计通过Zemax软件实现, 总长度为200 mm, 系统采用6.4 mm×4.8 mm的CCD感光板, 三档变焦焦距分别为8, 14, 28 mm, 变焦过程中相对孔径为1/1.4, 短焦时最大视场角为52°。最大视场角下, 当奈奎斯特频率为42 lp/mm 时, 系统的0视场的调制传递函数(MTF)值为0.8, 0.707视场的平均MTF值为0.7, 1视场的平均MTF值达0.6; 10 μm范围内, 几何包围能量均在90%; 畸变控制在合理的范围。该系统变焦比高、结构简单、相对孔径大, 适用于海水中海洋生态监测仪器的监控, 能够及时地反馈海洋生态监测仪器的工作状态信息, 大大降低了海洋生态监测仪器的维护成本。

合成了海胆状金银复合纳米材料, 并与球形金纳米材料混合作为表面增强拉曼活性基底实现了对水中高环多环芳烃的痕量检测。 对海胆状材料进行表征, 粒径大小约为300～400 nm, 表面有40～100 nm明显的刺状凸起。 与球形金溶胶混合后并优化pH值及混合比例等参数, 产生了优于球形金溶胶2～3倍的增强效果。 利用此增强基底检测了危害严重的高环多环芳烃污染物——芘(四环)、 苯并蒽(四环)、 苯并芘(五环), 得到的光谱数据反映出混合SERS基底有良好的重复性和稳定性, 对测得光谱进行特征峰归属分析, 固体拉曼光谱与水溶液SERS光谱有确定的对应关系, 并且在低浓度范围多环芳烃特征峰峰强与其水溶液浓度有良好的线性关系。 经计算, 芘(四环)、 苯并蒽(四环)、 苯并芘(五环)的检测限分别为0.44, 2.92和1.64 nmol·L-1。 该研究的创新点为合成了海胆金纳米颗粒, 与球形金溶胶混合后制成新型高效SERS检测基底; 选用自制高效SERS基底, 实现了高环PAHs痕量检测。 结果表明, 利用该方法制备的活性基底, 可实现对水中高环多环芳烃的痕量检测, 为检测水中高环多环芳烃提供了实验室依据。

本文以银溶胶为表面增强拉曼活性基底, 实现了鱼肉中磺胺类抗生素的痕量检测。采用微波加热法制备银溶胶, 比较了两种提取剂(氨水、乙酸乙酯)对鱼肉中抗生素的提取及探测效果。实验发现, 鱼肉中的物质对抗生素检测有较大干扰, 乙酸乙酯作为提取剂的效果要明显好于氨水。以银溶胶为基底, 乙酸乙酯作为提取剂对两种限制使用的磺胺类抗生素(磺胺甲基嘧啶、磺胺二甲基嘧啶)检测的最低浓度皆为1 ppm, 检测限分别为0.16 ppm、0.59 ppm。结果表明, 利用此方法, 可以实现鱼肉中一定浓度抗生素的检测, 为实现水产品中抗生素的检测提供了实验基础。

本文以结晶紫作为探针分子, 研究了以金溶胶膜、pH=6以及pH=13的金溶胶溶液为活性基底的表面增强拉曼光谱的增强效果。采用化学还原法制备金溶胶, 加入氢氧化钠改变其pH值, 并以自组装法制备金溶胶膜。通过比较金溶胶膜、pH=6及pH=13时金溶胶溶液的增强因子以及在这三种金溶胶基底上结晶紫的检测限, 分析不同活性基底增强效果的差异。三种活性基底的增强因子分别可达到5.9×103、1.5×105、2.3×107, pH=13的金溶胶溶液有最佳的增强效果。以这三种金溶胶为基底对结晶紫进行表面增强拉曼光谱探测, 可得到检测限为70.7 nmol/L、9.6 nmol/L、1.8 nmol/L。结果表明, 金溶胶溶液的增强效果明显优于金溶胶膜, 而通过改变金溶胶体系的pH值可以改变金纳米颗粒的聚合程度及对探测物的吸附特性从而获得更高灵敏度的活性基底。