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用納米結構的SERS效應快速檢測四氯聯苯研究取得新進展
閱讀：1304 發布時間：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明，撰寫的論文發表在J. Appl. Lett.107, 044315 （2010）。
多氯聯苯（PCBs）是POPs中的一類，它具有良好的介電性能和化學穩定性，所以過去曾廣泛用在工業變壓器和電容器中。PCBs能在環境中長期殘留，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，因此難以實現快速痕量檢測。
拉曼Raman散射是物質的固有特性，Raman峰具有指紋特征，因此通過檢測物質的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。根據電磁理論，在外加交變電磁場作用下，顆粒表層的自由電子會發生極化，產生集體振蕩。當外場的頻率和顆粒內自由電子的固有頻率相等時，產生表面等離子體共振（簡稱SPR）現象。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信號是被檢測物質的本征譜學性質，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實現痕量檢測；SERS檢測實驗所需的時間較短，因此有望實現對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。科研人員采用無電化學沉積法構筑了大面積的貴金屬銀“樹枝晶”納米結構，以R6G為探針分子，發現這種銀納米“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構有關。進而，科研人員用這種銀的納米“樹枝晶”作為SERS基底，嘗試對四氯聯苯PCB77的快速檢測，結果發現其檢測極限可達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：合肥物質科學研究院