2022年CAIA獎一等獎：表面增強拉曼光譜用于痕量持久性有毒污染物快速原位分析
完成單位：山東大學,中國科學院生態環境研究中心
完成人：景傳勇、杜晶晶、張旻、孫振麗、劉文婧、葉麗、張清哲、劉春光、閻莉
成果簡介：景傳勇等研究了光學敏感磁性材料對持久性有毒污染物（PTS）的選擇性富集與快速識別機制，闡明了PTS在磁性材料表面產生選擇性交互作用的驅動力，自主研發了高穩定性及高選擇性的磁性表面增強拉曼（SERS）傳感器。該傳感器兼具磁學性質和納米顆粒間高效電磁耦合的SERS活性，衍生出多種功能通道，可實現樣品采集和測量一體化。景傳勇等將該傳感器引入以重金屬、多環芳烴等污染物為代表的PTS現場監測領域，結合污染場地特點，研究了環境基質中PTS的形態、濃度及分布規律。機理研究與環境應用并進，實現了地下水、河水、電鍍廢水等多種環境基質中PTS的無損、快速、原位分析，并深入揭示了SERS傳感機制、敏感信號輸出與磁性材料結構的相關性。研究成果為針對性防控PTS環境風險提供了技術儲備。
創新點及科學價值：景傳勇等發展了基于三維磁性納米單元宏觀尺度納米結構的傳感器件構筑技術。自主研發合成了高選擇性、高敏感性的納米光電傳感器件，并闡明了PTS在傳感器表面產生選擇性交互作用的驅動力與反應機制。景傳勇等建立了可靠、實用的PTS監測預警技術。現場快速準確測定PTS的濃度及賦存形態是研究其地球化學過程的基礎。基于便攜式磁性SERS傳感器，實現了對地下水、電鍍廢水、冶煉廢渣滲出液、養殖用水等多種環境基質中PTS的現場快速檢測，方法測試精度達到國標飲用水要求，方法全過程用時小于1分鐘。便攜式磁性SERS傳感器極大地提高了PTS現場研究的效率和精度。應用納米尺度原位動態研究方法體系，深入闡述了PTS的環境地球化學界面過程機制。在砷銻分子水平上微觀結構與機制研究領域的突破，促進及深化了學者們對典型PTS宏觀地球化學行為的研究，極大地提升了我國學者在國際環境地球科學前沿領域的地位。在PTS環境過程領域以第一/通訊作者在Environmental Science & Technology、The Journal of Physical Chemistry Letters、Applied Catalysis B: Environmental等SCI期刊發表多篇高水平論文，實現了從分子水平科學認知到技術應用的全鏈條式創新。
社會經濟效益：景傳勇等自2009年起，多次赴山西省山陰縣砷污染地區，利用便攜式磁性SERS傳感器對居民家中井水進行現場測試，并無償提供了自主研發的地下水砷處理濾壺等水處理裝置，極大改善了當地居民的用水安全。開發了便攜式拉曼現場快檢系統以及可商品化的SERS增強材料，相關產品與儀器在BCEIA的國家重大儀器開發專項階段成果展進行了現場展示。
應用前景：本方法使用的便攜式儀器以及一系列關鍵配套檢測方法在環境水體現場監測領域具有廣泛的應用前景。將力爭做到產學研相結合，通過與國內領先制造企業的合作，設計適用于環境水體等多種基質PTS形態/濃度原位分析的便攜式磁性SERS傳感器，開拓我國自主研發光譜儀器的市場。
