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引言

揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）是一類沸點(diǎn)較低的有機(jī)分子。當(dāng)空氣中VOCs達(dá)到一定濃度時，人們就會出現(xiàn)頭暈、乏力等癥狀。長時間處于VOCs含量過高的環(huán)境中，會對人的腎臟、肝臟、大腦等造成傷害，影響神經(jīng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。鑒于VOCs對生態(tài)環(huán)境和人類健康構(gòu)成的嚴(yán)重威脅，準(zhǔn)確、快速的測定VOCs及其含量是目前全球的研究熱點(diǎn)之一。

表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）可以提供拉曼“指紋"光譜特征，是一種靈敏、快速、無創(chuàng)的光學(xué)檢測工具。然而，普通的SERS基底（如Au和Ag納米結(jié)構(gòu)）在低濃度和高擴(kuò)散性的氣體樣品檢測方面仍面臨巨大挑戰(zhàn)。針對這一難題，南京師范大學(xué)王琛教授課題組提出，通過在金納米粒子表面原位生長多孔共價(jià)有機(jī)框架（COFs）材料，利用COFs對氣體的強(qiáng)富集能力和納米金的等離激元共振增強(qiáng)效應(yīng)，大幅提高了VOCs的檢測靈敏度，從而實(shí)現(xiàn)了不同VOCs的精準(zhǔn)區(qū)分和靈敏檢測。為驗(yàn)證該方法的準(zhǔn)確性和靈敏度，分析測試中心廖學(xué)巍老師利用傳統(tǒng)的氣相色譜和氣質(zhì)聯(lián)用方法，對空氣樣品中的不同VOCs氣體進(jìn)行了分析和鑒定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，上述不同方法對VOCs的檢測準(zhǔn)確度一致，但SERS方法的檢測靈敏度最高，拉曼增強(qiáng)因子達(dá)到1.03x10⁷，檢測限低至ppb水平，苯胺、丙酮和苯甲醛的檢測限分別低至10.6ppb、4.0ppm和24.2ppb。該方法為設(shè)計(jì)和制造高性能VOCs氣體傳感裝置提供了一種具有高效前景的實(shí)驗(yàn)啟示。

結(jié)果分析

圖1 等離激元和化學(xué)雙重增強(qiáng)拉曼信號傳感器檢測揮發(fā)性有機(jī)物示意圖

圖2（A）具有不同殼層厚度（3?50 nm）Au@COF的PERS性能示意圖。（B）MBN孵育不同Au@COF殼厚度的PERS 光譜圖。（C） 不同殼厚度的Au@COF在1074,1586和2227 cm^-1處的峰強(qiáng)。（D） MBN孵育后PERS光譜隨時間的變化關(guān)系。（E） MBN孵育后2227 cm^?1處PERS峰值強(qiáng)度隨時間變化的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

圖3（A） 使用Au@COF納米傳感器吸附、檢測揮發(fā)性有機(jī)物示意圖。（B） 空氣和單個揮發(fā)性有機(jī)物的拉曼光譜。（C） 空氣和各種揮發(fā)性有機(jī)物的拉曼光譜。（D） 空氣和揮發(fā)性有機(jī)物的GC?MS光譜以及單個揮發(fā)性有機(jī)物標(biāo)準(zhǔn)樣品的MS光譜。（E）Au@COF納米傳感器可回收性

結(jié)論

本文王琛教授課題組提出，在金納米粒子表面原位生長多孔COFs材料，利用COFs對氣體的強(qiáng)富集能力和納米金的等離激元共振增強(qiáng)效應(yīng)，可大幅提高VOCs的檢測靈敏度，從而實(shí)現(xiàn)了不同VOCs的精準(zhǔn)區(qū)分和靈敏檢測。這一研究為VOCs的識別和檢測提供了一種簡單、靈敏和快速的方法，在農(nóng)業(yè)、環(huán)境和人類健康等領(lǐng)域均具有良好的應(yīng)用前景。

南京師范大學(xué)王琛教授課題組簡介

王琛，南京師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者（2020年），江蘇省“青藍(lán)工程"優(yōu)秀青年骨干教師、中青年學(xué)術(shù)帶頭人；南京師范大學(xué)本科、碩士，2011年博士畢業(yè)于南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院生命分析國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2012-2016南京大學(xué)從事物理學(xué)博士后，2016-2017年麻省理工學(xué)院（MIT，美國）訪問學(xué)者。至今，在Angew. Chem. Int. Ed., Sci. China Chem., Nano lett., ACS Nano, Anal. Chem.等學(xué)術(shù)期刊發(fā)表研究論文60 余篇；參編英文圖書 《Nanobiosensors: From Design to Applications》(Wiley)；主持多項(xiàng)國家自然科學(xué)基金、江蘇省重點(diǎn)研發(fā)、江蘇省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目；擔(dān)任Chinese Chemical Letters期刊編委，中國分析測試協(xié)會青年學(xué)術(shù)委員會委員，江蘇省材料學(xué)會副秘書長。

文章信息

本文以“Simultaneous Sensing of Multiplex Volatile Organic Compounds by Adsorption and Plasmon Dual-Induced Raman Enhancement Technique"為題發(fā)表在傳感領(lǐng)域旗艦期刊《ACS Sensors》。南京師范大學(xué)譚政博士和青年教師王瑾為文章第一作者，南京師范大學(xué)王琛教授為通訊作者。

本研究采用的是北京卓立漢光儀器有限公司RTS2 多功能激光共聚焦顯微拉曼光譜儀，如需了解該產(chǎn)品，歡迎咨詢。

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