2025便携式拉曼光谱消毒剂浓度实时监测技术：SERS增强与多组分同步检测研究

2025便携式拉曼光谱消毒剂浓度实时监测技术：SERS增强与多组分同步检测研究  

一、技术原理与仪器性能  

便携式拉曼光谱技术基于分子振动的非弹性散射效应，通过特征峰位置和强度实现消毒剂浓度的快速定量。2025年最新研究表明，该技术可在30秒内完成0.05%-10%浓度范围的检测，准确率达92%，且无需样品预处理1114。  

（一）核心参数与特征峰选择  

消毒剂类型特征峰位置（cm⁻¹）振动模式检测限（w/w）激发波长（nm）  

次氯酸钠934Cl-O伸缩振动0.1%785  

过氧化氢877O-O键振动0.05%1064  

季铵盐类1030C-N伸缩振动0.2%785  

氯己定1600苯环呼吸振动0.08%785  

数据来源：1215  

（二）仪器关键配置  

激发光源：785nm二极管激光器（功率50-500mW），1064nm近红外激光（穿透包装检测）；  

光谱仪：分辨率8cm⁻¹，光谱范围400-3500cm⁻¹，CCD检测器（制冷温度-20℃）；  

采样方式：光纤探头（焦距10mm）或内置样品池，支持固体、液体、膏体直接测量11。  

二、方法开发与优化策略  

（一）光谱预处理与定量模型  

1.干扰消除：  

荧光背景：采用AirPLS基线校正算法，降低生物基质荧光干扰1；  

水峰重叠：785nm激发波长避开O-H键（3200-3600cm⁻¹）强散射15。  

2.定量算法：  

偏最小二乘回归（PLSR）：次氯酸钠浓度0.1%-5%范围内，特征峰强度与浓度呈线性关系（R²=0.99，RMSEP=0.12%）；  

支持向量机（SVM）：多组分混合体系（如次氯酸钠+过氧化氢）的浓度预测，交叉验证误差<5%12。  

（二）表面增强拉曼散射（SERS）技术  

通过Au-Ag@MnO₂纳米材料修饰光纤探头，构建SERS传感器：  

增强机制：电磁热点效应使拉曼信号强度提升10⁶倍；  

检测限优化：过氧化氢检测限从0.05%降至0.01%，满足痕量残留监测需求14。  

三、应用案例与现场监测  

（一）医疗场景：次氯酸钠浓度实时调控  

某医院手术室采用便携式拉曼光谱仪监测消毒湿巾浓度：  

方法：直接接触测量，每次采样10秒，连续监测8小时；  

结果：浓度维持在0.5%-1.0%，杀菌率稳定>99.9%，较传统滴定法效率提升20倍16。  

（二）食品工业：生产线过氧化氢残留检测  

结合SERS传感器实现在线监测：  

采样点：灌装前管道壁；  

性能：响应时间<10秒，浓度0.05%-0.5%范围内RSD<3%，符合FDA残留限值要求14。  

（三）穿透包装筛查：洗手液乙醇含量快速鉴定  

采用1064nm激发波长穿透塑料瓶直接检测：  

原理：乙醇特征峰885cm⁻¹（C-C-O伸缩振动）；  

准确率：商业洗手液乙醇含量预测误差<2%，假阳性率012。  

四、挑战与未来趋势  

（一）关键挑战  

1.pH干扰：次氯酸钠在pH9.5时特征峰强度最大，需集成微型pH传感器同步校正15；  

2.多组分重叠：季铵盐与氯己定特征峰接近（1030cm⁻¹vs1025cm⁻¹），需结合化学计量学算法解析1。  

（二）技术突破方向  

1.多模态集成：拉曼-红外联用实现官能团互补识别；  

2.AI模型优化：深度学习算法（如CNN）提升复杂基质中预测精度；  

3.柔性传感器：可穿戴拉曼探头实现皮肤表面消毒残留监测11。  

关键词：便携式拉曼光谱；消毒剂浓度监测；SERS传感器；实时检测  

参考文献  

[1]基于Au-Ag@MnO₂纳米材料的双氧水拉曼检测[J].分析测试学报,2025.  

[2]FDA.Through-ContainerQuantitativeScreeningofHandSanitizers[Z].2025.  

[3]次氯酸钠pH响应机制及拉曼光谱研究[J].生物工程学报,2025.