基于光纤拉曼传感器痕量超痕量分子的实时定量检测方法研究

发展痕量超痕量分子的探测方法和手段，探究痕量超痕量分子内核、电子的运动信息，研制痕量超痕量分子的探测、识别和控制器件，是物理、化学、环境、药物、化工等多个领域的重要前沿课题。本项目通过光纤拉曼传感器探索痕量超痕量分子的拉曼强度随浓度的变化规律，研究外界环境（溶剂、温度等）对分子的拉曼强度的影响程度，在此基础上建立痕量超痕量分子的实时定量检测方法，并将该方法用于水中污染物的定量检测等应用研究，同时探索研制具有更高灵敏度和远距离探测优势的实用型光纤拉曼传感器。痕量超痕量分子接近单分子状态，研究痕量超痕量分子的拉曼散射强度及其随外界环境的变化情况，能够进一步获得分子内核、电子的运动信息，为高达10的14次方的单分子的表面增强共振拉曼散射强度增强因子的分配提供数据依据。本课题为痕量、超痕量乃至单分子的探测、识别和控制研究提供了理论依据和应用基础。

原子、分子层次上的探测、识别和控制是当代很多学科的热门前沿课题。课题组制备了光纤拉曼传感器，基于光纤拉曼传感器测量了痕量超痕量分子的拉曼光谱，在此基础上建立了痕量超痕量分子的定量检测方法，并且通过表面增强共振拉曼散射方法，探测了超痕量染料分子。. 研究结果表明：除了共振增强和近场增强的作用，痕量超痕量分子的拉曼散射截面的自身增强和溶剂效应也是重要因素，使得基于表面增强共振拉曼散射技术的单分子检测方法成为可能；课题组选用非吸收样品——四氯化碳，吸收样品——Beta-胡萝卜素作为样品用于建立痕量超痕量分子的定量测量方法。基于石英光纤拉曼传感器和Teflon-AF光纤拉曼传感器，测量了痕量四氯化碳分子和胡萝卜素分子的拉曼光谱，并建立了拉曼散射截面与浓度乘积随浓度变化的标准曲线图。痕量非吸收样品和超痕量吸收样品的拉曼散射截面与浓度乘积随浓度单调变化，二者具有一一对应关系，因此，该定量检测方法具有可行性。不过该曲线平缓，变化趋势缓慢，不利于精确定量识别，但能够有效确定浓度范围；试图通过液芯光纤和表面增强拉曼散射技术相结合的方法制成高灵敏度的光纤拉曼传感器的方法有待进一步改进。. 随着光纤制备工艺的提高和光纤种类的增加以及拉曼光谱技术的进一步完善，这种基于光纤拉曼传感器痕量超痕量分子的实时定量检测方法有望在实际应用中受到青睐。