Gu等以未被辛硫磷杀虫剂污染水的近红外光谱作为参考谱, 对随水溶液中辛硫磷浓度变化的一维动态近红外光谱进行相关计算, 选择随辛硫磷浓度外扰变化敏感的5 364.8~7 552.9 cm^-1区间建立了水中辛硫磷农药的偏最小二乘判别模型, 所建模型对校正集和预测集样品的判别正确率分别为93.3%和97.8%^[15]。 同时, 也研究水中杀螟硫磷农药的二维近红外相关谱特性, 选择随外扰杀螟硫磷农药浓度变化敏感的5 365~6 757和6 944~7 800 cm^-1波数区间, 建立了判别水中杀螟硫磷农药的数学模型, 指出其所建立的方法对水中农药检测限可达1 μ g· mL^{-1 [16]}。 周长宏等以水溶液中多环芳烃(PAHs)浓度为外扰, 构建二维相关荧光谱, 基于同步和异步谱交叉峰的正负和有无, 实现了混合水溶液中蒽、 菲、 芘重叠荧光峰的有效解析, 指出: 基于二维相关荧光谱技术对环境中重叠的、 相互覆盖的多组分PAHs荧光峰解析是可行的, 可推广到复杂环境中其他污染物的检测分析^[17]。 Yang等将同步二维相关荧光谱与多维偏最小二乘(N-PLS)方法结合对水中蒽和芘浓度进行同时测定, 研究结果表明: 基于二维荧光相关谱的N-PLS模型比三维荧光谱的N-PLS模型能提供更好的分析结果^[18]。

为了研究海洋中神秘团状黏液物质如何形成, Mecozzi等人工合成了黏液物质, 并采用二维相关红外和紫外-可见吸收光谱对其形成过程进行了研究^[19]。 对于Asparagopsis armata和棕色藻类混合合成的黏液, 在同步二维红外相关谱中, 两种黏液物质在3 350 cm^-1处都存在较强的自相关峰, 其主要来自— OH基团的吸收, 表明羟基在形成稳定的黏液物质过程中起着关键的作用; 在1 125 cm^-1(碳水化合物)和1 650 cm^-1(蛋白质)处出现弱的自相关峰, 表明碳水化合物和蛋白质对黏液物质的形成具有促进作用。 结合异步二维红外相关谱, 指出在黏液形成过程中羟基基团与碳水化合物和蛋白质中的— C— O基团, 以及脂族化合物的脂肪链基团并不是线性关系变化, 即羟基基团起重要关键作用, 其余基团起辅助作用。 最后, 通过异谱红外-紫外相关谱研究了当海水中存在铜和铅离子时, 对黏液形成的影响。 同时, Mecozzi等在采集不同基地海洋泡沫的基础上, 采用double二维相关谱技术研究了海洋泡沫分子结构特征及各分子基团之间的相互作用, 指出不同基地海洋泡沫结构不同取决于极性(氢键)基团和碳水化合物蛋白质和脂质等非极性基团(范德瓦尔斯和π — π )之间的相互作用^[20]。 Chen等以吸附时间为外扰, 基于二维红外相关谱研究了不同pH值条件下腐殖酸(HA)与二氧化钛纳米颗粒(TiO₂ NPs)之间的相互作用, 揭示了吸附机理, 指出: 通过二维相关谱技术, 可以明确二氧化钛纳米颗粒吸附过程中各官能团发生的顺序, 有助于更好的理解其在水环境中的归属、 特性及环境效应^[21]。

针对土壤中PAHs污染现状, 杨仁杰等建立一种基于二维相关荧光谱土壤中PAHs的检测方法^[22]。 以土壤中典型的PAHs蒽和菲为研究对象, 以激发波长为外扰, 构建二维相关荧光谱。 在此基础上建立了定量分析土壤中蒽和菲浓度的N-PLS模型, 对蒽的校正均方根误差(RMSEC)和预测均方根误差(RMSEP)分别为4.33× 10^-4和5.55× 10^-4 g· g^-1; 对菲的RMSEC和RMSEP分别为5.20× 10^-4和4.80× 10^-4 g· g^-1。 最后, 为了比较, 建立了三维荧光的N-PLS模型。 研究结果表明: 基于二维相关荧光谱直接检测土壤中PAHs污染物不仅可行, 而且能提供更好的分析结果。 同时, 作者分别以土壤粒径大小和含水率为外扰, 构建了二维相关荧光谱, 研究了土壤粒径和含水率对PAHs荧光特性的影响^[23], 提出通过建立PAHs荧光强度、 瑞利散射光强度与土壤理化参数之间的关系, 有可能实现土壤理化参数对PAHs荧光强度影响的校正。

Yan等基于二维相关红外光谱技术, 以K离子饱和并均一化处理后的蒙脱土为吸附剂, 研究了不同PH值条件下吸附质恩诺沙星抗菌药在蒙脱土界面的吸附机理^[24]。 结合同步和异步谱推断: 在酸性条件下, 吸附过程官能团发生的顺序为: 1 302 cm^-1处峰(— NH⁺)→ 1 264 cm^-1(COOH)和1 394 cm^-1 (COO^-)。 同时, 作者还研究了蒙脱土界面同时对黄腐酸和恩诺沙星吸附(双溶质吸附)过程的二维相关谱图, 推断1 264 cm^-1(COOH)处峰强度先于1 302 cm^-1(— NH⁺)发生变化, 指出: 恩诺沙星的哌嗪氨基在酸性条件下与黄腐酸发生了相互作用, 黄腐酸的存在改变了恩诺沙星官能团的吸附顺序。

Ofner等采用二维相关谱技术分别研究了在高低浓度Cl₂和α -pinene下, 卤素诱导气溶胶(XOA)形成过程中光化学属性的变化。 对于低浓度条件, XOA形成过程中分子官能团发生的顺序为: C— Cl键形成和HCl释放C═O键和CO₂释放; 对于高浓度条件: C— Cl键形成→ 羧酸或羰基化合物的形成; 烯烃C═O伸缩振动尖锐吸收(1 650) C═O键的形成, 指出: 二维相关谱技术可以用于二次有机气溶胶的生长机理研究^[25]。 赵安新等采用二维相关红外光谱技术对多组分混合气体中同分异构体重叠峰进行了有效解析。 二维相关光谱技术也被应用于定量分析空气中污染物浓度反演波长的选择。 汪嚥等基于二维红外相关谱研究了大气中SO₂, NO和NO₂的光谱特征, 确定了最优定量波数区间。 李红莲等以温度为外扰, 对不同温度下SO₂差分吸收截面数据进行同步相关计算, 优选300.5~310 nm波长范围用于天津大学校园内空气中SO₂气体的测定中, 指出经与优选前相比, 优选后平均测量误差和相关系数都得到明显改善[可参考本刊34(10): 2623; 29(7): 1835; 33(9): 2383]。

Abdulla等基于二维相关谱技术研究了Elizabeth River/Chesapeake Bay的高分子量溶解有机物的动力学特征, 发现其主要是由具有相似骨架结构但官能团有显著差异的三种化合物组成, 指出: 二维相关谱是一种强大的生物地球化学分析工具, 可以用来研究复杂有机物在环境中的迁移及所引起的环境效应变化^[26]。 Li等采用二维红外相关谱技术研究了Lake Superior湖中0~10 cm沉积岩中有机质组分随深度的变化, 研究结果表明, 脂肪酸酯和碳水化合物随深度的增加快速发生降解, 降解顺序为蛋白质中的羧基(脂肪酯和酰胺)→ 碳水化合物→ 粘土和生物硅中的芳香化合物^[27]。 Hur等以紫外线辐射时间为外扰, 研究了腐殖酸和黄腐酸随时间的降解变化, 确认两种腐殖质具有三个吸收带, 其发生的顺序为: 290~400 nm→ 200~250 nm→ 250~290 nm^[28]。

同时, 二维相关谱技术也被应用到环境中有机质(DOM)与金属的相互作用研究中。 张鹏和何小松将同步荧光和移动窗口二维相关谱技术结合, 研究了填埋垃圾渗滤液中溶解有机质在不同环境介质中分子构型的变化^[29]。 Xu等将二维相关谱技术与紫外-可见吸收光谱结合, 分别研究了从植物体内提取的MDOM和藻类提取中ADOM与重金属的络合过程, 指出Cu离子比Zn离子更容易与多环芳香族发色团发生络合反应^[30]。 Chen等采用同谱二维相关红外、 荧光光谱以及异谱红外-荧光相关谱技术研究了Cu离子与腐殖酸络合过程中相互作用机理及相关基团信息顺序变化^[31]。 Nakashima等利用二维相关荧光谱技术研究了腐殖酸与Ca²⁺和Pb²⁺之间的相互作用, 表明两个波带来自不同组分, 并揭示了腐殖酸组成结构的变化次序^[32]。 与其他金属离子相比, 铝离子作为起凝剂, 不仅可以与腐殖酸发生配合, 也可吸附Al(OH)_3(s)表面的腐殖酸。 因此, Jin等利用铝离子的混凝特性, 基于二维相关谱技术研究了其与腐殖酸之间的相互作用。 在pH为5时, 混凝过程中腐殖酸结构变化顺序为: 1 715 cm^-1(羧酸C═O)→ 1 610和1 406 cm^-1(COO^-1)→ 1 562 cm^-1(氨基酸Ⅱ 带NH变形)→ 1 104 cm^-1(脂肪族羟基C— OH); 在pH为7时, 混凝过程中腐殖酸结构变化顺序为: 1 390→ 1 582 cm^-1(COO^-1)→ 1 065 cm^-1(脂肪族羟基C— OH)^[33]。 Yu等采用二维红外相关谱技术研究长期施肥处理(21年)土壤中溶解有机质与Al(Ⅲ )的络合机理, 指出相对于三维荧光平行因子分析, 二维相关谱技术同时可提供与Al(Ⅲ )发生络合反应的荧光类和非荧光类物质信息^[34]。 Wen等采用二维相关谱技术对短期(3年)和长期(22年)施肥土壤中溶解有机质中与Al(Ⅲ )的相互作用进行了研究, 指出施肥改变了有机质与Al(Ⅲ )的络合特征, 但不同肥料对其影响机理不同^[35]。 Sun等通过二维相关谱技术研究土壤中Cd离子与DOM相互作用, 指出: 在有机肥处理下, Si和Fe矿物对DOM与Cd离子的结合起关键作用, 而在NPK肥料处理下, Si— O和Fe— O基团对二者的结合不产生影响^[36]。