【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院固體所在危險化學(xué)品的高精度識別和實時監(jiān)測技術(shù)研究方面取得新進展，開發(fā)了一種兼具高靈敏度、特異性與實時性的新型分析技術(shù)——表面等離子體增強雙光譜技術(shù)。相關(guān)研究成果發(fā)表在Analytical Chemistry上。
廣譜性的快速識別和實時監(jiān)測危險化學(xué)品對防范安全事故、保護環(huán)境與公共健康具有重要意義。然而，這一目標(biāo)的達成對檢測技術(shù)的要求較高：痕量濃度需要極高的靈敏度，結(jié)構(gòu)相似物質(zhì)的區(qū)分需要分子水平的特異性，而動態(tài)的現(xiàn)實環(huán)境需要快速實時的響應(yīng)能力。傳統(tǒng)的氣相色譜法和質(zhì)譜法等分析技術(shù)具有較高的精度和靈敏度，但分析儀器龐大且操作高度專業(yè)化，使得其無法在動態(tài)環(huán)境下便攜應(yīng)用。而電化學(xué)、熒光等便攜式分析方法在檢測靈敏度、廣譜性和定量分析能力方面尚存欠缺。
為解決上述難題，研究團隊將高識別率的表面增強拉曼光譜技術(shù)(SERS)與實時的等離子體介導(dǎo)的差分紫外-可見光譜技術(shù)(P-DUS)相結(jié)合，開發(fā)了一種兼具高靈敏度、特異性與實時性的新型分析技術(shù)——表面等離子體增強雙光譜技術(shù)(SPEDS)。將SPEDS技術(shù)用于金膠體體系中多種化學(xué)分子的識別與定量分析，利用SPEDS提供的豐富分子信息及其與機器學(xué)習(xí)算法的集成，實現(xiàn)目標(biāo)分子定量準(zhǔn)確率高達98.6%、識別準(zhǔn)確率高達98.2%，準(zhǔn)確率顯著優(yōu)于單一的SERS技術(shù)和P-DUS技術(shù)。
研究人員進一步將SPEDS技術(shù)成功拓展至多種等離子體納米結(jié)構(gòu)體系，展示出SPEDS技術(shù)良好的通用性與可擴展性。此外，研究人員還通過CuS涂覆的金納米陣列實現(xiàn)了對實際水樣中Hg2+濃度的實時監(jiān)測，表明SPEDS技術(shù)在環(huán)境污染物監(jiān)測領(lǐng)域具有實際應(yīng)用價值。
該研究為構(gòu)建集超高靈敏度、實時響應(yīng)與智能識別于一體的危險化學(xué)品監(jiān)測提供了新思路，為應(yīng)對環(huán)境污染、公共健康威脅和工業(yè)安全監(jiān)控等挑戰(zhàn)提供了關(guān)鍵傳感技術(shù)支撐。
固體所博士生盧巖巖為論文第一作者，鮑皓明副研究員和張洪文研究員為共同通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、合肥物質(zhì)院院長基金、安徽省自然科學(xué)基金、海關(guān)總署技術(shù)攻關(guān)及山東省創(chuàng)新能力提升工程等項目的支持。
圖1. SPEDS集成SERS和P-DUS的示意圖。
圖2. SPEDS定量分析。
圖3.SPEDS化學(xué)品識別。
圖4.SPEDS實時監(jiān)測水中Hg2+。
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