新加坡科学家发明即时超灵敏气体与化学物质检测仪

拉曼激光照射在特殊的芯片上，可以捕获气体并放大激光信号，从而可以进行快速分析

新加坡南洋理工大学的科学家已经开发出一种能够立即识别空气中各种气体和化学物质的设备。

这是一种便携式检测器，适合检测机构迅速部署以识别空气传播的危害，例如微小气体分子的危害。它还可以识别已知对人体健康有害的较大化合物分子，例如苯。

它可以提供实时的空气质量监测，例如在雾霾爆发期间，并帮助检测泄漏气体和工业空气污染。

新加坡南洋理工大物理和数学科学学院的副教授林欣怡（Ling Xing Yi）领导的研究小组开发了这种仪器。科学期刊《ACS纳米》报道了这项新技术。

目前识别空气中气体的方法使用称为气相色谱质谱法（GC-MS）的实验室技术，该技术可靠，但需要样品收集，并且需要花费数小时到几天的时间才能从空气样品中获得检测结果。

紧急情况需要对空气污染进行快速而持续的分析，例如自然灾害，化学物质泄漏或有毒废物的非法倾倒之后，​​以便应急人员可以采取适当的措施。

林副教授和学生进行气体检测实验

该设备使用由特殊多孔金属纳米材料制成的材料来捕获气体分子。当从几米远的地方照射激光时，光与气体分子相互作用，从而发出能量较低的光。分析后，它以图表的形式给出光谱读数。

光谱读数就像“化学指纹”，对应于贴片上存在的各种化学物质。整个过程大约需要10秒钟。

将样品中的这些化学指纹与指纹数字图书馆进行对照，以快速确定已检测到的化学物质。

被称为拉曼光谱法，这是一种用于鉴定化学物质的历史悠久技术。通常，它仅用于固体和液体样品，因为气态化学物质太稀了，激光和检测器无法拾取。

为了克服这一限制，林副教授和她的博士生Phan Quang Gia Chuong开发了一种特殊的纳米结构，该结构是由一种高度多孔的合成材料制成的。这种材料被称为金属有机骨架，它可以主动吸收空气中的分子并将其捕获到“笼子”中。

该纳米结构还包含金属纳米颗粒，可增强分子周围的光强度，使拉曼光谱信号增强了一百万倍，从而可以识别被困分子。

林副教授说，该检测器发明的原因是由新加坡发生的一起事件引发的。2017年新加坡的某些地方有强烈的类似煤气味的气味。其原因仅在几天后才确定，并得以追溯。

林副教授与她的丈夫，新加坡南洋理工大学材料研究与工程学院的项目负责人兼科学家Phang In-Yee博士一起构思了从远处立即识别气体的想法。

林副教授表示：“我们的设备可以远程工作，因此激光摄像机的操作和化学物质分析可以安全地远距离完成。当不知道气体是否对人体健康有害时，该功能特别有用。”

激光在实验中经过测试，可以在10米外的距离工作，并且可以进行工程设计以达到更远的距离。另一种可能的方法是使用芯片捕获气体，然后用激光对其进行分析。

林副教授手持识别设计的气体检测芯片

在实验中，研究小组证明该设备可以识别空气中的分子，例如聚芳烃（PAH），包括萘和苯的衍生物，苯是一种无色的工业空气污染物，已知具有高度致癌性。

它可以检测大气中十亿分之一（ppb）浓度的多环芳烃，并且可以连续监测大气中不同类型的气体（如二氧化碳的浓度，这在许多情况下可能是有用的应用工业环境。

设备中使用的激光的能量强度为50毫瓦，比拉曼光谱仪的其他应用弱七倍以上。这使系统更安全地运行，并且更加节能。

该团队通过新加坡南洋理工大学的创新和企业公司NTUitive申请了专利，目前正在将该技术商业化，用于污染监测，化学灾难响应以及其他工业应用。