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表面增强拉曼光谱技术改善了大气监测

发布:laserpulse    |    2019-10-29 20:37    阅读:394
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一种能够快速识别空气中的各种气体和化学物质的新型便携式设备可以帮助监测空气质量,改善对气体泄漏的检测并提供有价值的公共健康数据。它是由新加坡南洋理工大学(NTU)开发的,采用了表面增强拉曼光谱技术,该技术专门用于检测空气中的物质而不是固体和液体。 这项工作在ACS Nano中进行了报道。当前对空气中气体的鉴定通常涉及气相色谱-质谱联用的形式,该技术可能需要数小时或数天才能从空气样品中获得结果。

远距离检测:表面增强拉曼光谱

该新设备使用一小块多孔金属纳米材料来捕获气体分子,然后通过表面增强拉曼光谱(SERS)进行分析,这是一种分子吸附在金属表面上增强拉曼散射的既定方法。研究人员称,样品的光谱读数参照了光谱指纹的数字文库,从而可以在大约10秒内识别出斑块上存在的化学物质。NTU的Ling Xing Yi说:“我们的设备可以远程工作,因此激光摄像机的操作和化学物质的分析可以安全地进行。”“当不知道气体是否对人体健康有害时,这特别有用。”根据该项目的发表论文,隔离拉曼光谱的变体(通常将仪器与被研究的样品物理分离,并且将光谱记录在安全距离内)通常仅限于检测纯固体或液体,直到现在还不能广泛应用于空气中的分散分子。

环境保护与国土保卫

NTU团队通过将远程光学系统与基于3D金属有机框架的SERS平台集成,解决了该问题。“我们的3D等离子体结构具有微米级的SERS热点,可以主动吸附并快速检测低至十亿分之几的气溶胶、气体和挥发性有机化合物,尤其是在不超过10米的距离内。”项目团队评论说。这种新的纳米材料是建立在NUT对SERS平台先前研究基础上的,该研究解决了检测对等离子体表面没有特定亲和力分子的挑战。这导致了旨在捕获和限制SERS活性表面附近分析物设计方法的发展,然后可以将这些方法与已建立的等离子热点设计集成在一起,以全面提高SERS的灵敏度。

在新系统的试验中,事实证明它能够对气态二氧化碳进行时间监控,并对多环芳烃混合物进行远程和多重定量。该平台可在室外日光下实时检测出十亿分之一浓度的萘和苯衍生物,这是已知的致癌污染物。该设备中使用的激光能量强度为50毫瓦,据NTU称其强度比拉曼光谱仪的其他应用弱7倍以上,这使系统更安全地运行,并且更加节能。“通过克服当前远程拉曼光谱技术的核心挑战,我们的方法为分子水平上的空气和气体环境的远程和灵敏监测创造了机会,” Ling Xing Yi说。 “这对于环境保护,防灾和国土保卫尤其重要。”

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