近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院固體所在危險(xiǎn)化學(xué)品的高精度識(shí)別和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究方面取得新進(jìn)展，開(kāi)發(fā)了一種兼具高靈敏度、特異性與實(shí)時(shí)性的新型分析技術(shù)——表面等離子體增強(qiáng)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(shí)別和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)化學(xué)品對(duì)防范安全事故、保護(hù)環(huán)境與公共健康具有重要意義。然而，這一目標(biāo)的達(dá)成對(duì)檢測(cè)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(dòng)態(tài)的現(xiàn)實(shí)環(huán)境需要快速實(shí)時(shí)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(wú)法在動(dòng)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(cè)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(tuán)隊(duì)將高識(shí)別率的表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)（SERS）與實(shí)時(shí)的等離子體介導(dǎo)的差分紫外-可見(jiàn)光譜技術(shù)（P-DUS）相結(jié)合，開(kāi)發(fā)了一種兼具高靈敏度、特異性與實(shí)時(shí)性的新型分析技術(shù)——表面等離子體增強(qiáng)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(shí)別與定量分析，利用SPEDS提供的豐富分子信息及其與機(jī)器學(xué)習(xí)算法的集成，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)分子定量準(zhǔn)確率高達(dá)98.6%、識(shí)別準(zhǔn)確率高達(dá)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(jìn)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(kuò)展性。此外，研究人員還通過(guò)CuS涂覆的金納米陣列實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)際水樣中Hg2+濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，表明SPEDS技術(shù)在環(huán)境污染物監(jiān)測(cè)領(lǐng)域具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
該研究為構(gòu)建集超高靈敏度、實(shí)時(shí)響應(yīng)與智能識(shí)別于一體的危險(xiǎn)化學(xué)品監(jiān)測(cè)提供了新思路，為應(yīng)對(duì)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(guó)家自然科學(xué)基金、合肥物質(zhì)院院長(zhǎng)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(xiàng)目的支持。
文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.5c00545
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(shí)別。
圖4.SPEDS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水中Hg2+。
