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用納米結(jié)構(gòu)的SERS效應快速檢測四氯聯(lián)苯研究取得新進展

閱讀:1298          發(fā)布時間:2010-3-12

中科院固體所楊亞軍博士在導師孟國文研究員的指導下,在基于銀納米“樹枝晶”表面增強拉曼散射(SERS)效應對四氯聯(lián)苯的快速檢測研究方面取得新進展,為快速檢測痕量的其它多氯聯(lián)苯(甚至其它持久性有機污染物(POPs))開辟了一條新途徑,對于環(huán)境中POPs的快速痕量檢測具有重要的參考價值。相關成果申請了國家發(fā)明,撰寫的論文發(fā)表在J. Appl. Lett.107, 044315 (2010)。

多氯聯(lián)苯(PCBs)是POPs中的一類,它具有良好的介電性能和化學穩(wěn)定性,所以過去曾廣泛用在工業(yè)變壓器和電容器中。PCBs能在環(huán)境中長期殘留,并可長距離遷移,具有脂溶性和生物蓄積性,對人類和野生動植物有很大的毒副作用。

目前常用檢測PCBs的方法主要有:熒光光譜法,色譜分析法,以及氣相色譜同位素稀釋飛行時間質(zhì)譜分析法等。然而,這些方法不僅需要復雜昂貴的儀器設備,而且檢測周期長,因此難以實現(xiàn)快速痕量檢測。

拉曼Raman散射是物質(zhì)的固有特性,Raman峰具有指紋特征,因此通過檢測物質(zhì)的Raman峰,可以鑒定被測物的種類。但對于含量極少的被測物,就無法直接用Raman散射來檢測。這時就需要想方設法吸附與富集被檢測物,或通過特定的襯底來增強被測物的Raman信號。

貴金屬納米顆粒具有良好的光學性質(zhì)。根據(jù)電磁理論,在外加交變電磁場作用下,顆粒表層的自由電子會發(fā)生極化,產(chǎn)生集體振蕩。當外場的頻率和顆粒內(nèi)自由電子的固有頻率相等時,產(chǎn)生表面等離子體共振(簡稱SPR)現(xiàn)象。這種SPR效應,可以強烈改變局域電磁場,引起局域場強度顯著提高。這時,當被檢測分子吸附在顆粒表面時,其Raman散射信號將會大幅度的放大,即產(chǎn)生所謂SERS效應。貴金屬顆粒的這種SERS效應,在POPs的快速、痕量檢測方面具有很大的*性。這是因為Raman信號是被檢測物質(zhì)的本征譜學性質(zhì),具有指紋特性,便于識別;由于Raman信號的大幅度增強(取決于具體的SERS襯底),所以檢測的靈敏度很高,有望對POPs實現(xiàn)痕量檢測;SERS檢測實驗所需的時間較短,因此有望實現(xiàn)對POPs的快速、在線檢測。

在基于SERS原理的檢測技術中,關鍵是獲得高活性的SERS襯底??蒲腥藛T采用無電化學沉積法構(gòu)筑了大面積的貴金屬銀“樹枝晶”納米結(jié)構(gòu),以R6G為探針分子,發(fā)現(xiàn)這種銀納米“樹枝晶”具有非常高的 SERS活性。分析表明,這主要是與納米“樹枝晶”本身具有的周期性對稱分級納米結(jié)構(gòu)有關。進而,科研人員用這種銀的納米“樹枝晶”作為SERS基底,嘗試對四氯聯(lián)苯PCB77的快速檢測,結(jié)果發(fā)現(xiàn)其檢測極限可達10-8M,檢測時間不到1min。

該工作得到納米研究重大科學研究計劃(No.2007CB936601)、國家自然科學基金(50972145)和中科院百人計劃資助。


來源:合肥物質(zhì)科學研究院

 

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