基于近红外胶体量子点阵列和光谱重构算法检测多种化学物质的方法研究

王宿慧，张 旭，孙梽珅，杨 杰，郭腾霄，丁学全

国民核生化灾害防护国家重点实验室，北京 102205

引 言

危险化学品是生产建设中的常用物资材料，作为化工大国，我国源于危险化学品的事故时有发生，造成人民生命财产的重大损失。由于化学武器和化学战剂难以消除，且始终是人类共同的重大潜在威胁。危险化学品和化学战剂的检测是处理化学危害和实施防护的首要环节，具有重要和迫切的现实需求和实际意义。当前，在众多化学物质检测技术手段中，红外检测技术由于具有无需预处理、非破坏性、灵敏度高、检测速度快、准确性好等特点，广泛应用于化工、生物医学、航空航天、食品安全等领域。

量子点(quantum dot，QD)是一种半导体纳米材料。由于其具有量子限域效应，即量子点的发射峰会随着量子点尺寸的增大而红移。因此可以通过控制量子点的形状、结构和尺寸来改变量子点的发射和吸收特性。并通过制备分光器件，结合相应的光谱重构算法实现光谱信息获取。具有快速、准确、结构简单紧凑、光通量大、抗震性能好等优点[1-4]。

2015年Bao等[5]实现了微型胶体量子点光谱仪的制作，将胶体量子点材料与聚乙烯缩丁醛混合后作为滤波材料，并使用移液枪将混合物沉积在电荷耦合元件(charge-coupled device，CCD)阵列上，通过测量每个给定的胶体量子点滤波器的总透射强度，计算重构原始(入射)光谱。2019年Yang等[6]通过在探测器上直接生长金属纳米线并作为分光器件，由于光子能量吸收只发生在相应带隙的纳米线上，从而实现了不同位置纳米线上点的特异性吸收，研制出了微米级的微型光谱仪，通过电子探测光电流，对一系列点和线的响应函数进行预校准，就可以计算重建入射光信号。……