固体所在持久性有机物污染物快速检测方面取得新进展

2010-12-12 00:01 来源: 中国科学院
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  持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants,简称POPs)对人类健康和生态环境具有很大的威胁。作为POPs主要来源之一的工业化学品多氯联苯(PCBs),不但能在环境中长期残留、可长距离迁移,还具有脂溶性和生物蓄积性,对人类和动植物有很大的毒副作用,已引起了国际社会的高度关注。目前对PCBs的常用检测方法主要有:荧光光谱法、色谱分析法以及气相色谱同位素稀释飞行时间质谱分析法等等,这些方法不仅需要复杂昂贵的仪器设备,而且检测周期长,不能满足人们对这些高毒性、低浓度的特殊污染物进行快速、痕量检测的迫切需要。

  近年来,中科院合肥物质科学研究院固体物理所孟国文小组致力于探索用纳米材料的优异性能检测PCBs的新方法,他们追求的目标是,通过设计构筑新的纳米结构,将其作为检测器件的敏感工作单元,实现对POPs的高灵敏、高选择、可信度高、重复性好的快速实时在线检测。经过科研人员的不懈努力,取得了一些初步进展。例如:发明了一种基于多孔ZnO的表面光电压变化快速检测两种PCBs(PCB29和PCB101)的新方法及原型器件(Langmuir 26, 13703(2010);专利申请号:200910185596.6);基于银纳米“树枝晶”表面增强拉曼散射(SERS)效应对PCB77的快速检测(J. Appl. Phys.107, 044315 (2010);专利申请号:20091016342.9)。

  科研人员在研究中发现,由于每个纳米“树枝晶”在一定范围内是一个独立的小“单元”,在“单元”与“单元”之间会出现“空缺”,所以,如果SERS信号的取样点不巧取在了“空缺”的位置,则所获得的Raman信号就不能反映实际情况。在前期研究的基础上,黄竹林博士生在导师孟国文和中科院离子束与生物工程重点实验室黄青研究员的共同指导下,根据具有纳米级粗糙度的贵金属颗粒或溶胶表面,在某一波长激光的照射下,吸附分子的拉曼散射信号大幅度增强的SERS效应,构筑了大面积范围内SERS信号可重复的高度有序Ag@Au纳米棒阵列,并实现了对痕量PCBs的快速检测。为了检验衬底上不同位置SERS信号的重复性与一致性,他们在同一衬底上任意选取了7个点,测量结果发现R6G的特征峰相当强度涨落非常小,说明这种新衬底的SERS活性均匀、稳定、可信、重复性好。他们在该衬底上,实现了对三氯联苯PCB20的快速痕量检测。

  相关成果申请了国家专利(200910184967.8),撰写的论文发表在Adv. Mater. 22, 4136(2010) 上。该工作得到“纳米研究”重大科学研究计划、国家自然科学基金以及中国科学院创新工程等项目的资助。