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挥发性有机化合物表面增强拉曼散射研究
更新时间:2023-07-21浏览:612次

引言

挥发性有机化合物(VOCs)是一类沸点较低的有机分子。当空气中VOCs达到一定浓度时,人们就会出现头晕、乏力等症状。长时间处于VOCs含量过高的环境中,会对人的肾脏、肝脏、大脑等造成伤害,影响神经系统的正常运行。鉴于VOCs对生态环境和人类健康构成的严重威胁,准确、快速的测定VOCs及其含量是目前全球的研究热点之一。

表面增强拉曼散射(SERS)可以提供拉曼“指纹"光谱特征,是一种灵敏、快速、无创的光学检测工具。然而,普通的SERS基底(如Au和Ag纳米结构)在低浓度和高扩散性的气体样品检测方面仍面临巨大挑战。针对这一难题,南京师范大学王琛教授课题组提出,通过在金纳米粒子表面原位生长多孔共价有机框架(COFs)材料,利用COFs对气体的强富集能力和纳米金的等离激元共振增强效应,大幅提高VOCs的检测灵敏度,从而实现了不同VOCs的精准区分和灵敏检测。为验证该方法的准确性和灵敏度,分析测试中心廖学巍老师利用传统的气相色谱和气质联用方法,对空气样品中的不同VOCs气体进行了分析和鉴定。实验结果表明,上述不同方法对VOCs的检测准确度一致,但SERS方法的检测灵敏度最高,拉曼增强因子达到1.03x107,检测限低至ppb水平,苯胺、丙酮和苯甲醛的检测限分别低至10.6ppb、4.0ppm和24.2ppb。该方法为设计和制造高性能VOCs气体传感装置提供了一种具有高效前景的实验启示。

结果分析

 

1 等离激元和化学双重增强拉曼信号传感器检测挥发性有机物示意图

 

2A)具有不同壳层厚度(350 nmAu@COFPERS性能示意图。(BMBN孵育不同Au@COF壳厚度的PERS 光谱图。(C) 不同壳厚度的Au@COF1074,15862227 cm-1处的峰强。(DMBN孵育后PERS光谱随时间的变化关系。(EMBN孵育后2227 cm1PERS峰值强度随时间变化的统计数据

 

3A) 使用Au@COF纳米传感器吸附、检测挥发性有机物示意图。(B) 空气和单个挥发性有机物的拉曼光谱。(C) 空气和各种挥发性有机物的拉曼光谱。(D) 空气和挥发性有机物的GCMS光谱以及单个挥发性有机物标准样品的MS光谱。(EAu@COF纳米传感器可回收性

结论

本文王琛教授课题组提出,在金纳米粒子表面原位生长多孔COFs材料,利用COFs对气体的强富集能力和纳米金的等离激元共振增强效应,大幅提高VOCs的检测灵敏度,从而实现了不同VOCs的精准区分和灵敏检测。这一研究为VOCs的识别和检测提供了一种简单、灵敏和快速的方法,在农业、环境和人类健康等领域均具有良好的应用前景。

南京师范大学王琛教授课题组简介

王琛,南京师范大学化学与材料科学学院教授,博士生导师,国家优秀青年科学基金获得者(2020年),江苏省“青蓝工程"优秀青年骨干教师、中青年学术带头人;南京师范大学本科、硕士,2011年博士毕业于南京大学化学化工学院生命分析国家重点实验室,2012-2016南京大学从事物理学博士后,2016-2017年麻省理工学院(MIT,美国)访问学者。至今,在Angew. Chem. Int. Ed., Sci. China Chem., Nano lett., ACS Nano, Anal. Chem.等学术期刊发表研究论文60 余篇;参编英文图书 《Nanobiosensors: From Design to Applications(Wiley);主持多项国家自然科学基金、江苏省重点研发、江苏省自然科学基金等项目;担任Chinese Chemical Letters期刊编委,中国分析测试协会青年学术委员会委员,江苏省材料学会副秘书长。

文章信息

本文Simultaneous Sensing of Multiplex Volatile Organic Compounds by Adsorption and Plasmon Dual-Induced Raman Enhancement Technique"为题发表在传感领域旗舰期刊《ACS Sensors》。南京师范大学谭政博士和青年教师王瑾为文章第一作者,南京师范大学王琛教授为通讯作者。

本研究采用的是北京卓立汉光仪器有限公司RTS2 多功能激光共聚焦显微拉曼光谱仪,如需了解该产品,欢迎咨询。

 

 

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