新型纳米材料助力VOCs超灵敏检测
- 2020/8/25 8:54:27 13023
- 来源：仪器网
【仪表网 仪表产业】挥发性有机物(VOCs)是我国常见的大气污染物之一，是形成臭氧(O3)和细颗粒物(PM2.5)污染的重要前体物，而臭氧和细颗粒物是目前我国大气环境治理面对的主要问题。尽管随着环保工作的持续推进，PM2.5问题已经有所改善，但臭氧含量却在明显增加。VOCs在臭氧问题的形成中有着关键作用，因此VOCs将成为下一阶段大气环境治理的核心。除了室外，室内的VOCs污染也同样严重，并且对人体的伤害更大，不仅影响呼吸道健康，还可能诱发癌症。
检测与监测是VOCs治理的前提和基础。我国国家标准对VOCs各类成分的测定以气相色谱法以及气相色谱-质谱法为主，可以分析VOCs的任一成分。但在实际应用中，通常利用气体传感设备进行检测。VOCs成分复杂，包括非甲烷烃类(烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃等)、含氧有机物(醛、 酮、醇、醚等)、含氯有机物、含氮有机物、含硫有机物等。常规气体传感器无法做到很好的辨识度和敏感性。因此科学家根据多数挥发性有机化合物与金属离子之间有很强的配位作用的特性，开始尝试利用含有金属离子的化合物作为气敏材料研制气体传感器。其中金属有机骨架(MOFs)是目前研究的主要方向。
作为一种新型多孔纳米材料，MOFs由有机连接配体和金属簇构成。MOFs独特的结构、超高的比表面积和原子级分散的次级金属簇等特性不仅可以捕捉极微量的VOCs，还可以对多种VOCs进行联合传感，可以有效解决普通金属材料与挥发性有机化合物只能单一配位导致的传感器对VOCs分子检测限高和识别性差的问题。
近日，中国科学院高能物理研究所与广西大学合作的团队合成了一种新型MOF材料——MIL-100(Fe)。这种由铁簇和1,3,5-苯三甲酸(TMA)合成的材料对VOCs分子具有吸附拉曼增强效应，可以分别实现对甲苯(芳香类VOC)和丙酮(酮类VOC)到2.5 ppm和20 ppm的检测限，比相应的传统气体传感器更灵敏。当在MIL-100(Fe)上使用金纳米颗粒之间的“热点”时，对甲苯的检测极限甚至可以进一步降低到0.48 ppb的水平。而且MIL-100(Fe)衬底具有独特的“传感器阵列”属性，可以通过掺杂异物金属进行多重VOC检测，具有很大的可修改性和可扩展性。
除此之外，研究人员还利用MIL-100(Fe)检测了肺癌呼出标记物4-乙基苯甲醛、丙酮和异丙醇。实验表明MIL-100(Fe)材料在延长吸附时间的方法下，对以上三种肺癌呼出标记物有很高的检测灵敏度，证明了其在体内早期诊断肺癌方面的巨大潜力。
这项新研究为VOCs检测提供了一种多组分、超灵敏检测方法，一旦投入实用，将在我国VOCs治理中发挥重要的作用，为我国保卫蓝天的工作提供巨大的助力。
资料来源：X-MOL
全部评论