复杂混合溶液的检测涉及医药、农业、环境、食品等众多领域。近年来,随着经济的发展,日益加剧的水环境污染和频繁发生的食品安全事件对人们的健康和生命造成巨大威胁,成为全球关注的两大热点问题。然而,水环境污染和食品安全作为复杂溶液检测领域,分析体系复杂,往往包含多种成分相似的混合物,甚至体系中也存在一些未知干扰物,测定难度大。荧光光谱作为一种重要的光电检测技术,能够提供更完整的光谱信息,获得物质丰富的物理化学信息,且具有简单快速、无损、灵敏度高等独特优势。但目前的荧光光谱分析方法,对水环境和食品类复杂溶液中未知背景干扰物的抗干扰能力较差,对于荧光光谱重叠严重的物质辨别能力较弱,且由于所记录的数据高维且复杂,难以定性识别掺假食品。为此,本论文用化学计量学中三维校正算法来解析荧光光谱数据,以“数学分离”手段对水环境和食品中的多种农药残留进行定性与定量分析;建立化学高维模式识别算法来解析食品掺假类样品获得的三维数据阵列,并进行有意义的化学成分表征与掺假样品分类识别。本文主要研究工作如下:(1)研究基于量子化学计算方法对多菌灵、百菌清、西维因和速灭威农药分子进行荧光机理分析与理论值计算。分析各分子键长、键角及二面角等几何结构参数,研究分子荧光与前线分子轨道中最高占据轨道与最低非占据轨道的关系,计算各分子从激发态跃迁到基态的荧光波长理论值。(2)研究将激发-发射矩阵荧光光谱与平行因子和展开偏最小二乘耦合残差双线性相结合的策略,对实际复杂水环境中多菌灵、百菌清、西维因和速灭威等多种农药残留进行同时定性与定量分析。利用新Delaunay三角剖分方法消除拉曼和瑞利散射,实现光谱预处理。针对四种农药荧光光谱高度重叠,同时水环境中存在未知荧光干扰物,该研究策略使用“数学分离”实现对复杂混合溶液中多种农药残留的同时定量分析。计算评估各算法的预测均方根误差、灵敏度、检测限、定量限等分析品质因子参数。该研究为水环境中痕量有机污染物的在线监测提供了新思路。(3)研究将激发-发射矩阵荧光光谱与多种迭代类三维校正算法相结合,对花生油中存在光谱重叠的杀菌类农药残留进行同时定性与定量分析。从实际应用角度出发,研究比较平行因子、交替三线性分解、自加权交替三线性分解和交替惩罚三线性分解这几种迭代类三维校正算法在组分数选取、收敛速度、定量分析方面的性能。计算评估各算法的灵敏度、检测限、定量限等分析品质因子参数。该策略对食品中多种有害物质残留检测具有非常重要的意义。(4)研究将三维校正中交替三线性分解算法与化学模式识别类算法相结合,建立交替三线性分解-线性判别分析、交替三线性分解-偏最小二乘判别分析、交替三线性分解-支持向量机和展开偏最小二乘判别分析等化学高维模式识别方法,用于解析芝麻油掺假的三维荧光数据阵列,并对食用油中有意义化学成分进行表征分析以及对掺假样品分类识别。评估各方法的分类准确率、灵敏度、特异性和精度等参数。该研究有望成为一种防止食品潜在掺假的强大工具。