合肥研究院在SERS檢測有機污染物PCBs研究中取得進展

　　近期，中國科學院合肥物質科學研究院技術生物與農業工程研究所研究員黃青課題組在功能化貴金屬核殼結構組裝及其表面增強拉曼光譜污染物檢測應用方面取得進展，相關結果以Surface-enhanced Spectroscopies 為主題發表在《物理化學 化學物理》的邀請投稿論文專輯中（Phys.Chem.Chem.Phys.,2015,17,21149-21157）。

　　表面增強拉曼光譜（Surface-Enhanced Raman Spectroscopy, 簡稱SERS）技術由于其高檢測靈敏度、能提供待測分子指紋信息、具有無損檢測和抗水干擾等優點，在痕量物質檢測和分析領域中應用廣泛并越來越受到重視。由于SERS效應主要發生在一些貴金屬納米材料表面，對于利用SERS探測不溶于水且在貴金屬表面吸附能力差的有機污染物還存在一些困難。為了提高其檢測靈敏度，一般有兩種方法：一種是制備出具有SERS活性高的納米材料和結構，二是對SERS襯底進行特殊功能化的修飾，使待測分子可以富集在SERS襯底表面。

　　為了實現對環境中可持續存在的有機污染物-多氯聯苯（Polychlorinated biphenyls，簡稱PCBs）快速、準確、痕量檢測，課題組研究人員通過一種簡便優化的方法制備完成了以環糊精（一種環狀低聚葡萄糖分子，具有內緣斥水、外緣親水的結構）修飾的核殼結構的金屬納米顆粒，并成功用于PCBs的痕量檢測。他們利用環糊精分子在堿性條件下具有還原性的特性，直接還原硝酸銀，在金包裹二氧化硅材料的表面上包覆上一層薄銀殼層，同時讓過量的環糊精分子吸附在材料表面，從而用一步反應的方法得到化學性質穩定、具有SERS活性的納米顆粒，同時完成對納米顆粒的修飾，有利于捕獲和富集PCBs分子。

　　實驗結果顯示，這種方法極大地提高了材料的SERS檢測效果。有限元局域電場模擬結果也證明，相對于單獨金包裹二氧化硅或銀包裹二氧化硅顆粒來說，銀包裹金包裹二氧化硅材料具有更好的SERS效應。利用此功能化核殼結構納米顆粒構筑的SERS基底，可以檢測PCB-3、PCB-29和PCB-77三種不同PCB分子，檢測限為微摩爾量級。值得注意的是，在實驗中不僅觀察到了歸屬于PCBs的特征峰，還觀察到了一些新峰，通過光譜理論計算歸屬于PCBs和環糊精相互作用的各種復合體，這是第一次在實驗上提供了環糊精捕獲PCBs分子的SERS光譜證據。因為環糊精修飾的核殼納米顆粒可以用于鑒別和檢測不同PCBs分子，這項工作為特異性檢測環境中痕量多氯聯苯提供了新的方法和依據。

　　該工作得到科技部“973”計劃和國家自然科學基金等項目支持。

（a）檢測模式圖 （b）材料微觀表征圖 （c）三種多氯聯苯檢測SERS檢測圖