南洋理工大学 凌星易教授(右)和博士生潘广嘉(左)正在操作气体分析仪激光设备，该设备可以即时检测气体和空气中的化学物质
信用:NTU新加波 新加坡南洋理工大学(NTU新加坡)的科学家开发了一种设备，可以立即识别各种空气中的气体和化学物质
新的原型设备是便携式的，适合机构快速部署，以识别空气中的危险，例如来自二氧化硫等微小气体分子的危险
它还可以识别较大的化合物分子，如苯，已知对人体健康有害
它可以对空气质量进行实时监控，例如在雾霾爆发期间，并有助于检测气体泄漏和工业空气污染
这项新技术是由物理与数学科学学院副教授易领导的研究小组开发的，上个月发表在科学杂志《纳米》上
目前识别空气中气体的方法使用一种被称为气相色谱-质谱(GC-MS)的实验室技术，这种技术是可靠的，但需要繁琐的样品收集，需要几个小时到几天才能从空气样品中获得结果
紧急情况需要对潜在的空气污染进行快速和持续的分析，例如在自然灾害、化学品泄漏或非法倾倒有毒废物之后，以便应急人员能够采取适当的行动
拉曼激光照射在特殊的芯片上，捕捉气体并放大激光信号，从而实现快速分析
信用:NTU新加波 新设备的工作原理 新设备使用一个由特殊的多孔金属纳米材料制成的小贴片，首先捕获气体分子
当激光从几米远的地方照射到它上面时，光与气体分子相互作用，导致较低能量的光发射出来
分析时，它以图表的形式给出光谱读数
光谱读数就像是贴片上各种化学物质的“化学指纹”
整个过程大约需要10秒钟来完成
样本中的这些化学指纹与数字指纹库进行比对，以快速确定检测到了哪些化学物质
被称为拉曼光谱，这是一种用于识别化学物质的长期确立的技术
通常，它仅用于固体和液体样品，因为气体化学物质太稀，激光器和检测器无法采集
为了克服这一局限，凌教授和她的博士
D
学生潘广嘉(Phan Quang Gia Chuong)开发了一种特殊的纳米结构，这种结构由一种高度多孔的合成材料制成，被称为金属有机框架，它能主动吸收空气中的分子并将其捕捉到一个“笼子”中
这种纳米结构还含有金属纳米粒子，可以增强分子周围的光强度
其结果是拉曼光谱信号增强了100万倍，从而可以识别被捕获的分子
NTU协会教授凌星·易(左)和博士生潘光嘉(右)，手里拿着他们专门设计的可以捕获气体分子的芯片
信用:NTU新加波 凌教授表示，这项发明的起源是由新加坡的一个事件引发的。2017年，有报道称，新加坡的某些地区弥漫着一种强烈的类似气体的气味
几天后才确定原因，并追溯到新加坡境外工厂释放的挥发性有机化合物
和她的丈夫一起
IMRE材料研究与工程学院的项目负责人和科学家潘英仪(Phang In-Yee)提出了从远处立即识别气体的概念
“我们的设备可以远程工作，因此激光相机的操作和化学物质的分析可以在远处安全完成
这在不知道气体是否对人体健康有害的情况下尤其有用，”大学化学与生物化学系主任凌教授解释说
该激光器经过实验测试，可以在10米之外工作，并且可以设计到更远的距离
另一种可能的方法是用芯片捕捉气体，然后用激光进行分析
超灵敏和准确的结果 在实验中，研究小组表明，该设备可以识别空气中的分子，如多环芳烃，包括萘和苯的衍生物，这是一种无色的工业空气污染物，已知具有高度致癌性
它可以检测大气中浓度为十亿分之几的多环芳烃，并对大气中不同类型气体(如二氧化碳)的浓度进行连续监测，这在许多工业环境中可能是一个有用的应用
该装置中使用的激光的能量强度为50毫瓦，比拉曼光谱的其他应用弱七倍以上
这使得系统运行更安全，能效更高
通过NTU的创新和企业公司NTUitive，该团队已经申请了一项专利，目前正在将这项技术商业化，用于污染监测、化学灾害应对以及其他工业应用
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