【摘要】 最近，挪威科技大学与南开大学合作研究合成了一种新型的表面拉曼增强光谱（SERS）衬底，该衬底可增强纳米颗粒的拉曼光谱信号，通过对不同粒径的聚苯乙烯（PS）纳米颗粒测试发现，粒径越小拉曼光谱信号增强因子越高。

目前，微塑料现在被广泛定义为尺寸≤5mm的固体塑料颗粒，由聚合物以及功能添加剂以及其他有意和无意添加的化学物质组成。大多数研究中，下限尺寸通常受到方法限制的约束，难以检测到小于1μm的颗粒，但纳米塑料已被确认存在。

 

2024《Science》Twenty years of microplastics pollution research—what have we learned?

 

聚合物鉴定长期以来一直利用傅立叶变换红外（FTIR）光谱学，最近也开始采用拉曼光谱学；并且已经提供开源光谱库和软件来促进数据处理。然而，FTIR也存在其局限性，因为对于降解塑料，光谱的分辨率会降低，而且很难识别小于20μm和黑色颗粒。热解-气相色谱-质谱联用（py-GC-MS）极大地提高我们指示轮胎磨损颗粒的能力，这些颗粒无法通过光谱学来识别，因为它们大小较小且颜色较暗。但这些方法昂贵且耗时。相比之下，环境监测需要一致、快速、高通量的方法。

 

图激光红外扫描结果的颗粒尺寸统计结果(匹配度>0.65，粒径范围 20-500 μm)

 

最近，挪威科技大学与南开大学合作研究合成了一种新型的表面拉曼增强光谱（SERS）衬底，该衬底可增强纳米颗粒的拉曼光谱信号，通过对不同粒径的聚苯乙烯（PS）纳米颗粒测试发现，粒径越小拉曼光谱信号增强因子越高。使用该SERS衬底，对经100纳米滤膜过滤后瓶装水进行了检测，通过与标准谱图比对，发现瓶装水中的纳米塑料为聚对苯二甲酸乙二醇酯，浓度高达108 个/毫升。

Environ. Sci. Technol. 2023, 57, 8365-8372

 

首先将一层500 nm的PS纳米微球平铺在硅胶板上，然后在表面添加一层Ag，去除掉纳米微球后，形成了Ag纳米三角阵列，再添加一层150 nm的Au薄膜，之后添加一层粘合剂环氧树脂，在紫外线照射下固化后剥离掉带着两层金属的环氧树脂，再去除孔隙中的Ag后，形成最终的三角阵列衬底。

SERS衬底制备示意图

 

SERS基底不同合成阶段的扫描电镜图

 

PS纳米颗粒测试

 

对比了解到Renishaw 公司所生产的 Klarite 芯片正是基于表面增强拉曼技术，不同是该芯片采用了离子束刻蚀技术在硅基底上镀金，形成周期有序的倒金字塔结构。由于金属界面在外界电磁场下的表面等离子波的形成，电磁场的强度增大了，从而使拉曼效应得到增强。Klarite 芯片具有较好的拉曼活性、稳定性以及重复性——成熟的半导体工艺也使得大规模生产更为容易。

 

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