高性能荧光BTEX传感器：薄膜器件优化与光学单元设计实现ppb级灵敏检测

《Sensors and Actuators B: Chemical》：A high-performance fluorescence BTEX sensor: film device optimization and optical unit design

　　本文报道了一种基于苝双酰亚胺衍生物（P-PBI）的高性能荧光薄膜传感器，通过薄膜器件结构优化和光学单元创新设计，实现了对BTEX（苯系物）的ppb级超高灵敏度（苯8.6 ppb）、秒级快速响应（<4 s）和优异长期稳定性（8个月/1000次循环），为职业健康和环境安全监测提供了突破性解决方案。

　　

亮点

本研究开发了一种基于高荧光性苝双酰亚胺衍生物（P-PBI）的薄膜荧光传感器，通过薄膜器件优化和光学单元设计创新，显著提升了信噪比（SNR），实现了对BTEX的超高灵敏度检测（苯：8.6 ppb；甲苯：2.3 ppb；乙苯：1.9 ppb；邻二甲苯：1.2 ppb；间二甲苯：2.0 ppb；对二甲苯：1.3 ppb）、快速响应（<4 s）和迅速恢复（<10 s）。该传感器还展现出卓越的稳定性，在八个月内性能无衰减，并通过了1000次疲劳测试，性能优于气相色谱-火焰离子化检测器（GC-FID）和便携式光离子化检测器（PID）。在加油站、胶粘剂车间和公共吸烟区等实际场景的现场测试进一步验证了其可靠性。

结果与讨论

本研究采用具有非平面结构和光化学稳定性的苝双酰亚胺五蝶烯衍生物（P-PBI）作为传感材料。通过优化传感薄膜的吸附层结构，提升了传质效率以实现快速检测；同时重新设计薄膜器件以增强分析物与传感材料的相互作用，确保高保真信号输出。光学单元的改进有效降低了背景噪声，进一步提高了信噪比。性能测试表明，该传感器对BTEX具有高选择性和灵敏度，且在实际复杂环境中保持稳定。

结论

本研究成功开发了一种可靠的高性能BTEX传感器，满足现场、实时、灵敏检测的迫切需求。该传感器在灵敏度、选择性和稳定性方面均优于传统检测技术，为职业健康和环境保护提供了一种便捷有效的监测工具。