[發明專利]局部表面等離子體共振汞探測系統和方法

有效

• 申請號: 201380011294.1
• 申請日: 2013-01-10
• 公開（公告）號: CN104471378B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 杰伊·詹姆斯;唐納德·盧卡斯;杰弗里·史考特·克羅斯比;凱瑟琳·P·科什蘭
• 申請（專利權）人: 加利福尼亞大學董事會
• 主分類號: G01N21/552
• 分類號: G01N21/552
• 代理公司: 北京友聯知識產權代理事務所(普通合伙)11343
• 代理人: 尚志峰,汪海屏

相關申請的交叉參考

本申請根據35U.S.C.§119(e)要求于2012年1月11日提交的美國臨時申請No.61/585,542和于2012年1月17日提交的美國臨時申請No.61/587,546的優先權，其每個的內容全部結合于此作為參考。

政府支持的參考

本發明在國家環境健康科學研究所的授權下并且在由美國能源部授予的授權號ES04705和合同No.DE-AC02-05CH11231下由政府支持作出。政府對本發明具有一定權利。

背景技術

汞是毒害神經的全球污染物。汞在大氣中的長壽命(>1年)允許長距離傳輸，限制本地排放控制以保護環境。類似于二十世紀的二氧化硫或CFC條例，決策者正在致力于全世界努力。預期全球政策，歐洲委員會開始被稱為全球汞觀測系統(GMOS)的五年工程，以創建適用于改進模型并且作出策略建議的協作全球網絡。GMOS將擴大在北美作出的區域性努力(例如，汞礦床網絡和北美空氣傳播汞實驗)和在世界范圍內作出的獨立觀測。GMOS的初步估計指示，在排放監測和環境觀測的空間覆蓋方面存在空白，諸如在南半球。當前空氣監測器利用冷蒸汽原子熒光光譜(CVAFS)，用于預濃縮的汞阱被用于探測汞的全球環境背景，但是昂貴、高維護，并且要求高功率。要求來自周圍環境的采樣中的微量汞汽的預濃縮，以產生具有可探測量的汞的采樣。廉價的、獨立的、低功率、低維護的汞傳感器的缺乏是GMOS面臨的技術問題。

發明內容

提供一種汞探測系統，包括具有汞傳感器的流通池、光源和光探測器。汞傳感器包括透明基質和基質的表面上的例如金納米粒子的汞吸收納米粒子的亞單分子層。還提供使用汞傳感器確定采樣中是否存在汞的方法。主題汞探測系統和方法在多種不同應用中使用，包括汞探測應用。

本公開的實施例提供一種汞探測系統，其包括具有汞傳感器的流通池，其中，汞傳感器包括透明基質和基質的表面上的金納米粒子的亞單分子層。汞探測系統還包括光源和光探測器。

在汞探測系統的一些實施例中，亞單分子層具有5×10¹²金納米粒子/cm²或以下的密度。

在汞探測系統的一些實施例中，金納米粒子是球形的。

在汞探測系統的一些實施例中，金納米粒子具有細長形狀。在一些實施例中，金納米粒子具有2或以上的縱橫比。在一些實施例中，金納米粒子具有0.2或以上的表面積與體積比。

在汞探測系統的一些實施例中，納米粒子基本沒有表面涂層。

在一些實施例中，汞探測系統還包括氣體源，其與流通池連通并且被配置成提供通過流通池的氣流。

在汞探測系統的一些實施例中，光源是可見光源。在汞探測系統的一些實施例中，光探測器是UV-Vis(紫外線-可見光)光電探測器。

在汞探測系統的一些實施例中，系統被配置成探測100μg/m³或以下濃度的汞汽。

本公開的實施例提供一種用于確定采樣中是否存在汞的方法。該方法包括：使采樣與汞傳感器接觸；將光從光源引導至采樣接觸汞傳感器；以及探測金納米粒子的可見光吸光率的改變，以確定采樣中是否存在汞。汞傳感器包括透明基質和基質的表面上的金納米粒子的亞單分子層。

在方法的一些實施例中，接觸包括：使氣態采樣流過包括汞傳感器的流通池。

在一些實施例中，該方法還包括：量化采樣中的汞的量。在一些實施例中，量化包括：基于金納米粒子的局部表面等離子體共振波長的改變率，確定采樣中汞的量。在一些實施例中，量化包括：基于在局部表面等離子體共振峰值附近的具有最大斜率(dA/dλ)的波長(λ)帶處的吸光率(A)的改變率，確定采樣中的汞的量。

在方法的一些實施例中，接觸包括：使氣態采樣流過垂直于汞傳感器的噴嘴。

在一些實施例中，該方法還包括：在使采樣與傳感器接觸之前，使傳感器與水蒸汽接觸。

在一些實施例中，該方法還包括：再生汞傳感器。在一些實施例中，再生包括加熱汞傳感器。

附圖說明

圖1示出根據本公開的實施例的汞探測系統的示意圖。

圖2示出根據本公開的實施例的LSPR波長偏移(nm)與時間的圖表。

圖3示出根據本公開的實施例的偏移率(nm/hr)與汞濃度(μg/m³)的圖表。

圖4示出根據本公開的實施例的基質的表面上的金納米粒子的透射電子顯微鏡(TEM)圖像。