2025便攜式拉曼光譜消毒劑濃度實時監測技術：SERS增強與多組分同步檢測研究

2025便攜式拉曼光譜消毒劑濃度實時監測技術：SERS增強與多組分同步檢測研究  

一、技術原理與儀器性能  

便攜式拉曼光譜技術基于分子振動的非彈性散射效應，通過特征峰位置和強度實現消毒劑濃度的快速定量。2025年最新研究表明，該技術可在30秒內完成0.05%-10%濃度范圍的檢測，準確率達92%，且無需樣品預處理1114。  

（一）核心參數與特征峰選擇  

消毒劑類型特征峰位置（cm?1）振動模式檢測限（w/w）激發波長（nm）  

次氯酸鈉934Cl-O伸縮振動0.1%785  

過氧化氫877O-O鍵振動0.05%1064  

季銨鹽類1030C-N伸縮振動0.2%785  

氯己定1600苯環呼吸振動0.08%785  

數據來源：1215  

（二）儀器關鍵配置  

激發光源：785nm二極管激光器（功率50-500mW），1064nm近紅外激光（穿透包裝檢測）；  

光譜儀：分辨率8cm?1，光譜范圍400-3500cm?1，CCD檢測器（制冷溫度-20℃）；  

采樣方式：光纖探頭（焦距10mm）或內置樣品池，支持固體、液體、膏體直接測量11。  

二、方法開發與優化策略  

（一）光譜預處理與定量模型  

1.干擾消除：  

熒光背景：采用AirPLS基線校正算法，降低生物基質熒光干擾1；  

水峰重疊：785nm激發波長避開O-H鍵（3200-3600cm?1）強散射15。  

2.定量算法：  

偏最小二乘回歸（PLSR）：次氯酸鈉濃度0.1%-5%范圍內，特征峰強度與濃度呈線性關系（R2=0.99，RMSEP=0.12%）；  

支持向量機（SVM）：多組分混合體系（如次氯酸鈉+過氧化氫）的濃度預測，交叉驗證誤差<5%12。  

（二）表面增強拉曼散射（SERS）技術  

通過Au-Ag@MnO?納米材料修飾光纖探頭，構建SERS傳感器：  

增強機制：電磁熱點效應使拉曼信號強度提升10?倍；  

檢測限優化：過氧化氫檢測限從0.05%降至0.01%，滿足痕量殘留監測需求14。  

三、應用案例與現場監測  

（一）醫療場景：次氯酸鈉濃度實時調控  

某醫院手術室采用便攜式拉曼光譜儀監測消毒濕巾濃度：  

方法：直接接觸測量，每次采樣10秒，連續監測8小時；  

結果：濃度維持在0.5%-1.0%，殺菌率穩定>99.9%，較傳統滴定法效率提升20倍16。  

（二）食品工業：生產線過氧化氫殘留檢測  

結合SERS傳感器實現在線監測：  

采樣點：灌裝前管道壁；  

性能：響應時間<10秒，濃度0.05%-0.5%范圍內RSD<3%，符合FDA殘留限值要求14。  

（三）穿透包裝篩查：洗手液乙醇含量快速鑒定  

采用1064nm激發波長穿透塑料瓶直接檢測：  

原理：乙醇特征峰885cm?1（C-C-O伸縮振動）；  

準確率：商業洗手液乙醇含量預測誤差<2%，假陽性率012。  

四、挑戰與未來趨勢  

（一）關鍵挑戰  

1.pH干擾：次氯酸鈉在pH9.5時特征峰強度最大，需集成微型pH傳感器同步校正15；  

2.多組分重疊：季銨鹽與氯己定特征峰接近（1030cm?1vs1025cm?1），需結合化學計量學算法解析1。  

（二）技術突破方向  

1.多模態集成：拉曼-紅外聯用實現官能團互補識別；  

2.AI模型優化：深度學習算法（如CNN）提升復雜基質中預測精度；  

3.柔性傳感器：可穿戴拉曼探頭實現皮膚表面消毒殘留監測11。  

關鍵詞：便攜式拉曼光譜；消毒劑濃度監測；SERS傳感器；實時檢測  

參考文獻  

[1]基于Au-Ag@MnO?納米材料的雙氧水拉曼檢測[J].分析測試學報,2025.  

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

[3]次氯酸鈉pH響應機制及拉曼光譜研究[J].生物工程學報,2025.