红外与激光工程
2024, 53(2): 20230367
中国计量大学太赫兹技术与应用研究所，浙江 杭州 310018
硝基呋喃是一种广谱抗生素，其衍生物应用广泛；但摄入过量，会发生溶血性贫血、急性肝坏死等疾病。传统检测方法样品用量大、检测时间长且过程复杂；超表面传感器检测方法样品用量小且检测快速、简单方便。提出一种基于对称开口环的太赫兹超表面微结构器件，该结构折射率灵敏度达到196 GHz/RIU，可应用于高灵敏度传感检测。利用该超表面传感器对两种不同质量浓度的呋喃唑酮和呋喃妥因溶液进行痕量实验检测，结果表明，该超表面传感器对两种药物的最低检测质量浓度达到10 mg/dL，有望应用于生物医学等领域样品的传感检测。
生物技术 太赫兹 超表面 呋喃类药物 高灵敏度传感 痕量检测
1 中国人民公安大学侦查学院，北京 100038
2 中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所，安徽 合肥 230031
阿片类毒品是世界上滥用最为严重的毒品之一，对人体健康和社会公共安全产生的危害不容忽视。可靠的毒品检测技术对开展禁毒工作、打击毒品犯罪有着重要的意义。作为一种新型分子光谱分析技术，表面增强拉曼光谱（SERS）具有精准识别、灵敏度高、操作简便、分析速度快等优点，有望成为痕量毒品检测的有效方法。本文着重综述了近年来基于SERS技术的阿片类毒品吗啡、海洛因和可待因检测的研究进展，并提出了SERS技术未来在毒品检测应用中的努力方向，旨在为相关研究工作和实践办案提供参考依据。
光谱学 表面增强拉曼光谱 阿片类毒品 精准识别 痕量检测 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1700002
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 国家纳米科学中心纳米加工实验室，中国科学院纳米光子材料与器件重点实验室（筹），中国科学院纳米科学卓越创新中心，北京 100190
3 中国环境监测总站国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京 100012
4 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
报道了一种利用混合抗蚀剂的一步电子束曝光制备表面增强拉曼散射（SERS）基底的新方法。基于氢倍半硅氧烷（HSQ）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）电子束抗蚀剂的混合产生相分离形成纳米球体的现象，并利用合适剂量（2000 μC/cm2）电子束曝光、固化纳米球，经显影去除多余残胶后再使用电子束蒸发沉积Au薄膜，得到纳米球型SERS基底。纳米球尺寸分布均匀，相对标准偏差为7.56%，表面粗糙Au层及球之间的间隙能够提供丰富SERS“热点”，从而使其表现出良好的拉曼增强效应。该SERS基底对多种目标物均能表现出良好的检测性能。对4-巯基苯硼酸（4-MPBA）检测的SERS增强因子为5.8×106，检测限为1.06×10-8 mol/L。对罗丹明6G（R6G）和三聚氰胺的检测限分别达到7.08×10-9 mol/L和7.94×10-10 mol/L。三聚氰胺的检测范围为1.0×10-9~1.0×10-5 mol/L，跨度达4个数量级，并呈现良好线性关系（R2=0.952），检测优势十分显著。这种利用不同性质抗蚀剂在纳米尺度独特的分离现象制备纳米球的方法简单、重复性好，对发展新型纳米结构高性能SERS基底及其制备方法具有重要意义。
表面光学 表面增强拉曼散射（SERS） 电子束曝光 痕量检测 三聚氰胺 光学学报
2022, 42(15): 1524002
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院区域大气环境研究卓越创新中心, 福建 厦门 361000
4 中国科学院大学, 北京 100049
甲醛 (HCHO) 是一种重要的大气反应活性指示剂和城市大气气溶胶的前体物, 影响着对流层中的氧化容量。此外, 作为一种有毒气体, 过量的 HCHO 还会对人体健康造成极大的危害, 因而实现 HCHO 的痕量检测有着十分重要的意义。综述了国内外 HCHO 痕量探测的研究进展, 对 HCHO 的探测方法特别是光谱学探测方法, 从探测原理、探测谱线以及光源的应用等多方面进行了详细的介绍。此外, 对比了几种典型的 HCHO 标定装置, 并从探测灵敏度、响应度、选择性、成本以及集成化等多个方面对不同痕量 HCHO 光谱学探测技术进行了分析与总结, 最后对不同探测技术的外场测量应用进行了介绍。
光谱学 HCHO 痕量检测 光谱探测技术 探测谱线 光源 标定装置 spectroscopy HCHO trace detection spectroscopy detection technology absorption line light source calibration device
广西科技大学生物与化学工程学院, 柳州 545006
以土豆为碳源采用水热法合成了发光碳量子点(CQDs), 向体系中加入碳酸锰, 合成了锰掺杂的CQDs(Mn-CQDs)。用透射电镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、红外光谱等对样品进行了表征。结果表明: CQDs和Mn-CQDs为球状, 平均粒径3~5 nm；Mn掺杂增强了CQDs的荧光强度及稳定性；CQDs和Mn-CQDs最大激发波长分别为435 nm、395 nm, 对应的发射波长分别为525 nm、465 nm。将CQDs、Mn-CQDs用于金属离子检测, 它们都对Ag+具有很好的选择性, 对Ag+的检测限分别为0.064 μmol/L、0.027 μmol/L, 表明CQDs、Mn-CQDs可应用于水介质中Ag+的痕量检测, Mn-CQDs具有更高的灵敏度。
碳量子点 土豆基碳量子点 水热法 Mn掺杂 痕量检测 银离子检测 carbon quantum dot potato-based carbon quantum dot hydrothermal method Mn doping trace detection Ag+detecting
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 中国科学院纳米光子材料与器件重点实验室, 中国科学院纳米科学卓越创新中心, 国家纳米科学中心纳米加工实验室, 北京 100190
表面增强拉曼散射(SERS)是一种无损、 高灵敏、 快速检测痕量重金属离子的光谱技术。 通过调控和优化纳米结构图案和尺寸可显著增强局域表面等离子体共振(LSPR)与表面等离子体激元(SPP)的耦合以提升电磁场强度, 是获得高性能SERS芯片的重要新途径。 提出一种用于检测痕量汞离子的新型金属/介质三维周期纳米结构高性能SERS芯片。 利用新型应力分化式双层模板纳米压印方法实现了大面积高均一纳米结构SERS芯片的低成本、 批量制备。 该芯片成功用于痕量汞离子的高灵敏快速检测。 采用有限元方法对压印过程界面微区应力进行模拟, 通过调控压印模板纵向结构和横向尺寸对模板进行设计。 模拟结果表明, 纵向有台阶结构的双层模板图案区域呈现高、 低两个应力分区, 其中, 高应力区占图案~72%的面积, 其应力均匀性比单层模板提升17%; 低应力区分布在图案边缘~28%的区域, 可有效减小脱模切应力。 当模板横向尺寸从15 mm缩减至7 mm, 界面应力整体提升1~2个数量级, 将显著提高压印成功率。 使用不同横向尺寸的单、 双层模板进行压印实验结果表明, 尺寸为7 mm的压力分化式双层模板实现了大面积高均一纳米结构的高质量制备, 这与模拟结果高度一致。 在压印胶纳米结构上构筑金纳米颗粒得到金属/介质三维周期纳米结构SERS芯片。 此芯片对罗丹明6G分子的检测极限为2.08×10-12 mol·L-1, 增强因子达3×108, 检测均一性RSD为8.07%。 该芯片对汞离子的探测限浓度仅为10 ppt(5.0×10-11 mol·L-1), 浓度线性工作范围为5.0×10-11~5.0×10-5 mol·L-1, 跨度达6个数量级, 呈现良好的线性关系(R2=0.966), 在目前汞离子检测技术中具有显著优势。 提出一种通用的高灵敏快速检测痕量物质的SERS芯片设计和制备方法。 这种基于光学原理芯片“结构设计-批量制备-实际应用”的研究范式将连接芯片设计和批量制备两个关键点, 推动其实际应用。
表面增强拉曼散射(SERS) 痕量检测 纳米压印(NIL) 三维纳米结构 有限元分析 Surface enhanced Raman scattering (SERS) Design and fabrication of 3D SERS chips Finite element analysis (FEA) Nanoimprint lithography (NIL) Trace detection 光谱学与光谱分析
2021, 41(12): 3782
湖南科技大学材料科学与工程学院, 湖南科技大学化学化工学院, 理论有机和功能分子教育部重点实验室, 湖南 湘潭 411201
应用自组装方式, 构建了金纳米粒子/核酸适体/氨基碳量子点荧光传感赭曲霉毒素A高灵敏检测方法。 在pH 3.0酒石酸-HCl缓冲溶液中, 巯基修饰的赭曲霉毒素A核酸适体在金纳米粒子表面自组装, 形成金纳米粒子/核酸适体复合物, 再在pH 7.0的磷酸盐缓冲溶液中, 氨基碳量子点在金纳米粒子/核酸适体复合物上自组装, 形成金纳米粒子/核酸适体/氨基碳量子点复合物荧光传感检测体系。 金纳米粒子的摩尔吸光系数大、 能带宽使其具有强烈的荧光猝灭功能, 氨基碳量子点形成金纳米粒子/核酸适体/氨基碳量子点后发生荧光猝灭, 此时体系的荧光为背景荧光, 其强度记为F0; 由于金纳米粒子/核酸适体/氨基碳量子点复合物荧光传感检测体系中核酸适体对赭曲霉毒素A具有特异性识别与结合功能, 向金纳米粒子/核酸适体/氨基碳量子点复合物荧光传感检测体系溶液中加入赭曲霉毒素A后, 赭曲霉毒素A则与复合物中核酸适体立即发生特异性结合并释放出氨基碳量子点, 体系荧光恢复, 其荧光强度记为F。 依据体系荧光强度的变化(F-F0)与赭曲霉毒素A浓度之间的关系, 建立赭曲霉毒素A核酸适体荧光传感检测方法。 研究了金纳米粒子和核酸适体摩尔比、 孵化时间、 pH等因素对传感器性能的影响, 确定了最优条件为金纳米粒子∶核酸适体t为1∶190、 孵化时间为6 min、 pH 7.0时; 在最优条件下, 赭曲霉毒素A浓度在0.005～1.00 ng·mL-1范围与体系荧光强度变化呈良好线性关系, 线性回归方程为： F-F0=6.499+211.6ｃ(ｃ为赭曲霉毒素A的浓度, 单位： ng·mL-1), 相关系数r为0.995 5, 按3倍标准差与工作曲线的斜率的比值(3σ/k)计算, 得检测限为3 pg·mL-1。 在实际样品中的回收率在93.3%～108.9%, 相对标准偏差小于5%, 能满足啤酒样品中赭曲霉毒素A快速检测要求。 对13个市售啤酒样品进行检测, 其中6个样品检出赭曲霉毒素A, 污染率为46.15%。 受污染样品的赭曲霉毒素A含量在0.008～0.63 ng·mL-1范围。 该荧光传感法检测赭曲霉毒素A具有灵敏性好、 特异性高、 常见真菌毒素无干扰、 方法简单、 快速, 便于大众化推广应用的优点。
核酸适体传感 荧光探针 啤酒 赭曲霉毒素A 痕量检测 Aptasensors Fluorescence probes Beer Ochtatoxin A Trace detection 光谱学与光谱分析
2019, 39(7): 2283
1 南昌航空大学江西省光电检测技术工程实验室， 江西 南昌 330063
2 南昌航空大学无损检测与光电传感技术及应用国家地方联合工程实验室， 江西 南昌 330063
介绍了基于分布式反馈(DFB)激光器作为光源的离轴积分腔吸收光谱装置，并将其应用于高纯氮气(N2)以及标准甲烷(CH4)中水汽含量的测量。将中心波长为1392 nm的出射光，通过准直器耦合到长度为60 cm，由两片高反射率镜片组成的谐振腔内，透过腔的信号经过聚焦后由光电探测器接收。利用CH4标准气体在不同压强下对腔镜的反射率进行校准。当腔内的压强为1.599 kPa时，镜片的反射率可达到0.99843±0.00003。选取H2O在7189.344 cm-1和7185.597 cm-1处的谱线分别对N2和CH4中的水汽进行测量。在200 s采集时间内，最佳噪声等效吸收系数分别为1.65×10-8 cm-1和3.75×10-8 cm-1，对应的体积分数探测极限分别为2.28×10-6和4×10-6。采用本波段最强的吸收谱线(7181.155 cm-1)，探测极限可以分别提高24倍和19倍左右，达到95×10-9和210×10-9。若采用反射率更高的镜片，结合最强的吸收谱线，则该系统水汽体积分数的探测极限可以达到10-12量级。
光谱学 痕量检测 吸收光谱 离轴积分吸收 水分含量 激光与光电子学进展
2017, 54(6): 063001
