紧凑型多通道深紫外LED荧光检测器的创新设计及其在PAHs高灵敏检测中的应用

针对多环芳烃(PAHs)检测中传统荧光检测器体积大、灵敏度不足的问题，中国科学院大连化学物理研究所团队开发了基于双波长激发(255/275 nm)和四通道收集的深紫外LED荧光检测器(DUV-LED-IF)。通过创新性"反向激发"光路设计，使荧光收集强度提升16倍，结合多原理滤波技术有效抑制背景噪声。该检测器与液相色谱联用时，对15种EPA优先控制PAHs的检测限(LODs)优于商用设备，同时具有体积小、功耗低等优势，为环境监测和食品安全提供了新型解决方案。

　　

多环芳烃(PAHs)作为广泛存在于环境中的强致癌污染物，其检测技术一直面临重大挑战。传统气相色谱(GC)对高沸点PAHs易产生残留，而高效液相色谱-荧光检测器(HPLC-FLD)虽灵敏度较高，但存在设备笨重、氙灯寿命短(约2000小时)等问题。更棘手的是，PAHs的荧光光谱跨度大(激发230-310 nm，发射300-600 nm)，现有单通道LED诱导荧光(LED-IF)检测器难以实现多组分同步检测。此外，深紫外(DUV)波段还存在激发光强不足、散射光背景高等技术瓶颈，严重制约着检测灵敏度。

中国科学院大连化学物理研究所团队在《Sensors and Actuators B: Chemical》发表的研究中，创新性地开发了紧凑型多通道深紫外LED荧光检测器(DUV-LED-IF)。该设备采用三方面关键技术：1)基于EPA 15种优先控制PAHs光谱特征，设计双激发波长(255/275 nm)和四收集通道(300-600 nm)的三维正交光路；2)首创"反向激发"设计，将激发滤光片兼作反射镜，使双波段激发光利用率同步提升；3)集成高灵敏光谱仪建立背景光分析系统，通过多原理滤波设计抑制噪声。

【多通道DUV-LED-IF检测器】
研究团队构建的三维光路结构中，两个表面贴装DUV LED(255/275 nm)通过平凸透镜准直，经二向色镜分束后形成"反向激发"光路。该设计使荧光收集强度较传统共线结构提升16倍。四通道荧光收集系统采用带通滤光片(带宽10 nm)和硅光电倍增管(PMT)，确保300-600 nm范围的检测覆盖。

【基于PAHs光谱的波长设计】
针对不同环数PAHs的荧光红移特性，研究人员通过分析三维荧光光谱，确定255 nm和275 nm双激发波长可覆盖所有15种PAHs的最佳激发区间。四收集通道分别对应3-6环PAHs的特征发射峰，如菲(348 nm)、苯并[a]芘(407 nm)等。

【结论】
该检测器与HPLC联用时，对15种PAHs的检测限(LODs)达亚ppb级，优于商用FLDs。其创新性体现在：1)体积缩小80%的同时灵敏度提升；2)首次实现无需波长编程的多PAHs同步检测；3)通过"反向激发"设计解决DUV波段光强不足难题。这项研究为环境监测、食品安全等领域的现场快速检测提供了突破性技术方案，相关光路设计理念还可拓展至其他荧光检测系统。

研究团队特别指出，DUV-LED-IF的背景噪声主要来源于LED的固有发射光谱和瑞利散射，通过复合滤波技术使信噪比(SNR)提升3个数量级。未来通过集成微流控芯片，该设备有望实现PAHs的即时检测(POCT)。该工作获得国家自然科学基金(22074146)和大连市科技创新人才计划(2022RJ02)支持。