引言

挥发性有机化合物（VOCs）是一类沸点较低的有机分子。当空气中VOCs达到一定浓度时，人们就会出现头晕、乏力等症状。长时间处于VOCs含量过高的环境中，会对人的肾脏、肝脏、大脑等造成伤害，影响神经系统的正常运行。鉴于VOCs对生态环境和人类健康构成的严重威胁，准确、快速的测定VOCs及其含量是目前全球的研究热点之一。

表面增强拉曼散射（SERS）可以提供拉曼“指纹"光谱特征，是一种灵敏、快速、无创的光学检测工具。然而，普通的SERS基底（如Au和Ag纳米结构）在低浓度和高扩散性的气体样品检测方面仍面临巨大挑战。针对这一难题，南京师范大学王琛教授课题组提出，通过在金纳米粒子表面原位生长多孔共价有机框架（COFs）材料，利用COFs对气体的强富集能力和纳米金的等离激元共振增强效应，大幅提高了VOCs的检测灵敏度，从而实现了不同VOCs的精准区分和灵敏检测。为验证该方法的准确性和灵敏度，分析测试中心廖学巍老师利用传统的气相色谱和气质联用方法，对空气样品中的不同VOCs气体进行了分析和鉴定。实验结果表明，上述不同方法对VOCs的检测准确度一致，但SERS方法的检测灵敏度最高，拉曼增强因子达到1.03x10⁷，检测限低至ppb水平，苯胺、丙酮和苯甲醛的检测限分别低至10.6ppb、4.0ppm和24.2ppb。该方法为设计和制造高性能VOCs气体传感装置提供了一种具有高效前景的实验启示。

结果分析

图1 等离激元和化学双重增强拉曼信号传感器检测挥发性有机物示意图

图2（A）具有不同壳层厚度（3−50 nm）Au@COF的PERS性能示意图。（B）MBN孵育不同Au@COF壳厚度的PERS 光谱图。（C） 不同壳厚度的Au@COF在1074,1586和2227 cm^-1处的峰强。（D） MBN孵育后PERS光谱随时间的变化关系。（E） MBN孵育后2227 cm⁻¹处PERS峰值强度随时间变化的统计数据

图3（A） 使用Au@COF纳米传感器吸附、检测挥发性有机物示意图。（B） 空气和单个挥发性有机物的拉曼光谱。（C） 空气和各种挥发性有机物的拉曼光谱。（D） 空气和挥发性有机物的GC−MS光谱以及单个挥发性有机物标准样品的MS光谱。（E）Au@COF纳米传感器可回收性

结论

本文王琛教授课题组提出，在金纳米粒子表面原位生长多孔COFs材料，利用COFs对气体的强富集能力和纳米金的等离激元共振增强效应，可大幅提高VOCs的检测灵敏度，从而实现了不同VOCs的精准区分和灵敏检测。这一研究为VOCs的识别和检测提供了一种简单、灵敏和快速的方法，在农业、环境和人类健康等领域均具有良好的应用前景。

南京师范大学王琛教授课题组简介

王琛，南京师范大学化学与材料科学学院教授，博士生导师，国家优秀青年科学基金获得者（2020年），江苏省“青蓝工程"优秀青年骨干教师、中青年学术带头人；南京师范大学本科、硕士，2011年博士毕业于南京大学化学化工学院生命分析国家重点实验室，2012-2016南京大学从事物理学博士后，2016-2017年麻省理工学院（MIT，美国）访问学者。至今，在Angew. Chem. Int. Ed., Sci. China Chem., Nano lett., ACS Nano, Anal. Chem.等学术期刊发表研究论文60 余篇；参编英文图书 《Nanobiosensors: From Design to Applications》(Wiley)；主持多项国家自然科学基金、江苏省重点研发、江苏省自然科学基金等项目；担任Chinese Chemical Letters期刊编委，中国分析测试协会青年学术委员会委员，江苏省材料学会副秘书长。

文章信息

本文以“Simultaneous Sensing of Multiplex Volatile Organic Compounds by Adsorption and Plasmon Dual-Induced Raman Enhancement Technique"为题发表在传感领域旗舰期刊《ACS Sensors》。南京师范大学谭政博士和青年教师王瑾为文章第一作者，南京师范大学王琛教授为通讯作者。

本研究采用的是北京卓立汉光仪器有限公司RTS2 多功能激光共聚焦显微拉曼光谱仪，如需了解该产品，欢迎咨询。

免责说明

北京卓立汉光仪器有限公司公众号所发布内容（含图片）来源于原作者提供或原文授权转载。文章版权、数据及所述观点归原作者原出处所有，北京卓立汉光仪器有限公司发布及转载目的在于传递更多信息及用于网络分享。

如果您认为本文存在侵权之处，请与我们联系，会第一时间及时处理。我们力求数据严谨准确，如有任何疑问，敬请读者不吝赐教。我们也热忱欢迎您投稿并发表您的观点和见解。