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揮發(fā)性有機(jī)化合物表面增強(qiáng)拉曼散射研究

閱讀:927      發(fā)布時(shí)間:2023-7-21
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引言

揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)是一類(lèi)沸點(diǎn)較低的有機(jī)分子。當(dāng)空氣中VOCs達(dá)到一定濃度時(shí),人們就會(huì)出現(xiàn)頭暈、乏力等癥狀。長(zhǎng)時(shí)間處于VOCs含量過(guò)高的環(huán)境中,會(huì)對(duì)人的腎臟、肝臟、大腦等造成傷害,影響神經(jīng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。鑒于VOCs對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)健康構(gòu)成的嚴(yán)重威脅,準(zhǔn)確、快速的測(cè)定VOCs及其含量是目前全球的研究熱點(diǎn)之一。

表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)可以提供拉曼“指紋"光譜特征,是一種靈敏、快速、無(wú)創(chuàng)的光學(xué)檢測(cè)工具。然而,普通的SERS基底(如Au和Ag納米結(jié)構(gòu))在低濃度和高擴(kuò)散性的氣體樣品檢測(cè)方面仍面臨巨大挑戰(zhàn)。針對(duì)這一難題,南京師范大學(xué)王琛教授課題組提出,通過(guò)在金納米粒子表面原位生長(zhǎng)多孔共價(jià)有機(jī)框架(COFs)材料,利用COFs對(duì)氣體的強(qiáng)富集能力和納米金的等離激元共振增強(qiáng)效應(yīng),大幅提高VOCs的檢測(cè)靈敏度,從而實(shí)現(xiàn)了不同VOCs的精準(zhǔn)區(qū)分和靈敏檢測(cè)。為驗(yàn)證該方法的準(zhǔn)確性和靈敏度,分析測(cè)試中心廖學(xué)巍老師利用傳統(tǒng)的氣相色譜和氣質(zhì)聯(lián)用方法,對(duì)空氣樣品中的不同VOCs氣體進(jìn)行了分析和鑒定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,上述不同方法對(duì)VOCs的檢測(cè)準(zhǔn)確度一致,但SERS方法的檢測(cè)靈敏度最高,拉曼增強(qiáng)因子達(dá)到1.03x107,檢測(cè)限低至ppb水平,苯胺、丙酮和苯甲醛的檢測(cè)限分別低至10.6ppb、4.0ppm和24.2ppb。該方法為設(shè)計(jì)和制造高性能VOCs氣體傳感裝置提供了一種具有高效前景的實(shí)驗(yàn)啟示。

結(jié)果分析

 

1 等離激元和化學(xué)雙重增強(qiáng)拉曼信號(hào)傳感器檢測(cè)揮發(fā)性有機(jī)物示意圖

 

2A)具有不同殼層厚度(3?50 nmAu@COFPERS性能示意圖。(BMBN孵育不同Au@COF殼厚度的PERS 光譜圖。(C) 不同殼厚度的Au@COF1074,15862227 cm-1處的峰強(qiáng)。(DMBN孵育后PERS光譜隨時(shí)間的變化關(guān)系。(EMBN孵育后2227 cm?1PERS峰值強(qiáng)度隨時(shí)間變化的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

 

3A) 使用Au@COF納米傳感器吸附、檢測(cè)揮發(fā)性有機(jī)物示意圖。(B) 空氣和單個(gè)揮發(fā)性有機(jī)物的拉曼光譜。(C) 空氣和各種揮發(fā)性有機(jī)物的拉曼光譜。(D) 空氣和揮發(fā)性有機(jī)物的GC?MS光譜以及單個(gè)揮發(fā)性有機(jī)物標(biāo)準(zhǔn)樣品的MS光譜。(EAu@COF納米傳感器可回收性

結(jié)論

本文王琛教授課題組提出,在金納米粒子表面原位生長(zhǎng)多孔COFs材料,利用COFs對(duì)氣體的強(qiáng)富集能力和納米金的等離激元共振增強(qiáng)效應(yīng),大幅提高VOCs的檢測(cè)靈敏度,從而實(shí)現(xiàn)了不同VOCs的精準(zhǔn)區(qū)分和靈敏檢測(cè)。這一研究為VOCs的識(shí)別和檢測(cè)提供了一種簡(jiǎn)單、靈敏和快速的方法,在農(nóng)業(yè)、環(huán)境和人類(lèi)健康等領(lǐng)域均具有良好的應(yīng)用前景。

南京師范大學(xué)王琛教授課題組簡(jiǎn)介

王琛,南京師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院教授,博士生導(dǎo)師,國(guó)家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者(2020年),江蘇省“青藍(lán)工程"優(yōu)秀青年骨干教師、中青年學(xué)術(shù)帶頭人;南京師范大學(xué)本科、碩士,2011年博士畢業(yè)于南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院生命分析國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,2012-2016南京大學(xué)從事物理學(xué)博士后,2016-2017年麻省理工學(xué)院(MIT,美國(guó))訪問(wèn)學(xué)者。至今,在Angew. Chem. Int. Ed., Sci. China Chem., Nano lett., ACS Nano, Anal. Chem.等學(xué)術(shù)期刊發(fā)表研究論文60 余篇;參編英文圖書(shū) 《Nanobiosensors: From Design to Applications(Wiley);主持多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省重點(diǎn)研發(fā)、江蘇省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目;擔(dān)任Chinese Chemical Letters期刊編委,中國(guó)分析測(cè)試協(xié)會(huì)青年學(xué)術(shù)委員會(huì)委員,江蘇省材料學(xué)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)。

文章信息

本文Simultaneous Sensing of Multiplex Volatile Organic Compounds by Adsorption and Plasmon Dual-Induced Raman Enhancement Technique"為題發(fā)表在傳感領(lǐng)域旗艦期刊《ACS Sensors》。南京師范大學(xué)譚政博士和青年教師王瑾為文章第一作者,南京師范大學(xué)王琛教授為通訊作者。

本研究采用的是北京卓立漢光儀器有限公司RTS2 多功能激光共聚焦顯微拉曼光譜儀,如需了解該產(chǎn)品,歡迎咨詢(xún)。

 

 

免責(zé)說(shuō)明

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