大气污染监测

海水污染一般集中在河的入海口、海港出口以及承受繁重海上贸易的海峡。沿海测量巡逻人员在巡航的时候可以发现海水混浊或者油污染物等现象，但是不利用一些光谱学图表，它们通常不能实时分析出海水污染的分子组成。

荧光激光雷达是一种很常用的方法，但是它一次只能探测一种类型的污染，而且花费昂贵。喇曼激光雷达可以同时探测多种污染，但缺点是喇曼后向散射横截面通常是很低的。

表面增强喇曼光谱(SERS)是一种克服弱喇曼信号的非常好的解决方案。被分析的物质即分析物在一个粗糙表面吸收。通过分子表面相互作用，喇曼信号可以提高几个数量级(可达107)。但是，这种技术要求传感器与分析物——譬如海水中的污染物紧密接触。

这种情形促使一个跨国欧洲研究小组建立一个水下测量装置，该装置装配了多个传感器，其中包括一个由柏林技术大学研究开发的SERS探测器。它们利用该测量装置在波罗的海的格但斯克海湾进行测量1。波罗的海的格但斯克海湾被波兰的最大河流维斯瓦河污染，同时这里有大量的海上贸易，目的是详细测量这个地方的水质。增敏型SERS测量仪打开窗口探测多环芬芳烃(PAH)并记录突发事件譬如过往轮船泄漏引起的影响。因此，这项测量活动要完成固定位置的测量、实验并记录水的深度。

水下测量单元通过一根缆绳和两根电缆连接到船上，并固定在水下超过300米的深处，其中电缆用来供电和传输数据。除了SERS传感器外，还包括一个基于折射计的光纤盐度传感器，以及其他一些用来测量传导率、温度和深度的工业器械。其中SERS传感器覆盖在其他光电探测设备上，以便利用荧光淬灭效应来探测氧的含量。装在测量单元中心的设备是一个发射波长为785nm的外腔激光二极管，它与一个轴向分光计(组合的光栅棱镜分光计)装配在一起。该分光计覆盖了420nm～680nm的可见区以及800nm～950nm的近红外区，以便进行光谱分析。

探测器是一个热电冷却式CCD。作者选择在一块方形纺纱上悬浮金属胶体的结构来制作SERS感光底片，其中纺纱层涂在玻璃底片或者硅晶片上。通过改变溶解在溶胶-凝胶原始混合剂中的硝酸银的含量，它们制作了不同的SERS感光底片2。暴露在海水中的感光底片与光纤相连接，其中光纤用来传递激光并把收集到的喇曼散射信号传输到分光计/探测器中。

经过一个周期(80分钟)的测量，得到的喇曼光谱如图1所示，可以发现该光谱含有很强的喇曼成分。过滤后海水的SERS结果如图2所示。为了标定光谱的峰值，把一种由16种多环芬芳烃(PAH)组成的标准混合物加入到样品当中，并进行多次重复实验，其中多环芬芳烃的浓度为每升3微克。含有小坚果、萘、芴、chrysene和其他多环芬芳烃的混合物性质与海港样品相当吻合。因此可以实现对污染水中多环芬芳烃的实时跟踪