用纳米结构的SERS效应快速检测四氯联苯研究取得新进展

中科院固体所杨亚军博士在导师孟国文研究员的指导下，在基于银纳米“树枝晶”表面增强拉曼散射(SERS)效应对四氯联苯的快速检测研究方面取得新进展，为快速检测痕量的其它多氯联苯(甚至其它持久性有机污染物(POPs))开辟了一条新途径，对于环境中POPs的快速痕量检测具有重要的参考价值。相关成果申请了国家发明专利，撰写的论文发表在J. Appl. Lett.107, 044315 (2010)。

    多氯联苯(PCBs)是POPs中的一类，它具有良好的介电性能和化学稳定性，所以过去曾广泛用在工业变压器和电容器中。PCBs能在环境中长期残留，并可长距离迁移，具有脂溶性和生物蓄积性，对人类和野生动植物有很大的毒副作用。

    目前常用检测PCBs的方法主要有：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。然而，这些方法不仅需要复杂昂贵的仪器设备，而且检测周期长，因此难以实现快速痕量检测。

    拉曼Raman散射是物质的固有特性，Raman峰具有指纹特征，因此通过检测物质的Raman峰，可以鉴定被测物的种类。但对于含量极少的被测物，就无法直接用Raman散射来检测。这时就需要想方设法吸附与富集被检测物，或通过特定的衬底来增强被测物的Raman信号。

    贵金属纳米颗粒具有良好的光学性质。根据电磁理论，在外加交变电磁场作用下，颗粒表层的自由电子会发生极化，产生集体振荡。当外场的频率和颗粒内自由电子的固有频率相等时，产生表面等离子体共振(简称SPR)现象。这种SPR效应，可以强烈改变局域电磁场，引起局域场强度显著提高。这时，当被检测分子吸附在颗粒表面时，其Raman散射信号将会大幅度的放大，即产生所谓SERS效应。贵金属颗粒的这种SERS效应，在POPs的快速、痕量检测方面具有很大的优越性。这是因为Raman信号是被检测物质的本征谱学性质，具有指纹特性，便于识别；由于Raman信号的大幅度增强(取决于具体的SERS衬底)，所以检测的灵敏度很高，有望对POPs实现痕量检测；SERS检测实验所需的时间较短，因此有望实现对POPs的快速、在线检测。

    在基于SERS原理的检测技术中，关键是获得高活性的SERS衬底。科研人员采用无电化学沉积法构筑了大面积的贵金属银“树枝晶”纳米结构，以R6G为探针分子，发现这种银纳米“树枝晶”具有非常高的 SERS活性。分析表明，这主要是与纳米“树枝晶”本身具有的周期性对称分级纳米结构有关。进而，科研人员用这种银的纳米“树枝晶”作为SERS基底，尝试对四氯联苯PCB77的快速检测，结果发现其检测极限可达10-8M，检测时间不到1min。

    该工作得到纳米研究重大科学研究计划(No.2007CB936601)、国家自然科学基金(50972145)和中科院百人计划资助。