[发明专利]一种对铅离子敏感的多孔硅基伏安传感材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对铅离子敏感的多孔硅基伏安传感材料的制备方法，属于化学修饰电极的研究与运用领域。

背景技术

随着城市的扩大和大规模工业的发展，大气、土壤或者水环境被重金属污染的报道时有发生。由于重金属具有储积性和不可降解的特点，使其能够通过食物链富集的方式直接危及人类的生活与健康。在众多重金属污染中又以铅污染最为普遍，目前，用于痕量重金属检测的方法主要有原子吸收、原子荧光、电感耦合等离子体等光谱分析方法，电感耦合等离子体质谱法，以及紫外—可见光分光光度法等。这些方法所需的仪器本身通常耗资昂贵，运行费用高，需要具备熟练的操作经验和足够的工作空间，在实现大范围检测时比较费时、费力；而且测量时有的方法所需前处理复杂，需萃取、浓缩富集或抑制干扰；有的不能进行多组份或多元素分析；有的会因元素、光谱等干扰而无法测定。目前国际上检测水环境重金属的发展方向为现场、快速、实时、在线、连续和自动化测量，由此传感器的微型化、集成化和分析仪器的便携化、自动化是发展的必然趋势。

长期以来，电化学溶出伏安法一直被认为是检测水环境中重金属最为有效的方法。通过预富集过程和实验参数优化过程，得到最佳的信噪比，实现多种元素的测量，与其他分析方法相比，电化学溶出伏安法的仪器设备简单，便于携带和操作，灵敏度和准确度高，选择性好，运行费用低，体积小，易于实现微型、在场、快速和自动化检测。在电化学溶出伏安法检测重金属离子的研究中，重点是关于工作电极的研究，通常以具有优良化学性质的分子、离子、聚合物固定在电极表面，形成某种微结构，赋予电极选择吸附的特性。以这种具有选择吸附特性的化学修饰电极作为工作电极来实现对特定金属离子检测的目的。就目前而言，电化学修饰电极的研究主要是以碳糊电极、玻碳电极、贵金属电极为基的化学修饰电极作为工作电极来检测重金属离子。

由于多孔硅具有极大的比表面积和高的表面活性且以硅基IC工艺相兼容的特点，使得多孔硅的表面修饰以及运用成为近年研究的热点。

发明内容

为解决检测水环境重金属的现场、快速、实时等问题，本发明提供一种对铅离子敏感的多孔硅基伏安传感材料的制备方法，以多孔硅作为伏安传感材料的基底，对其进行特异性修饰，制成对铅离子具有选择性的电极，并以其作为工作电极实现对铅离子的检测，通过下列技术方案实现。

一种对铅离子敏感的多孔硅基伏安传感材料的制备方法，经过下列各步骤：

A．将N型或P型硅片进行预处理，再将硅片放入腐蚀液中以双电槽或单电槽电化学腐蚀法，将硅片作为阳极，铂片作为负极，施加5～100mA／cm²的腐蚀电流5～80分钟，即将硅片腐蚀得到多孔硅，孔径在10纳米～5微米；

B．对步骤A所得多孔硅进行清洗，再将其放入3-氨基烷基三乙（甲）氧基硅烷︰三乙胺︰甲苯的体积比为0.5～10︰1～10︰10～100的混合溶液Ⅰ中，再在30～120℃下搅拌进行氨基硅烷化反应2～24小时，然后将其取出进行再处理后备用；

C．按三乙胺︰二氯甲烷︰氯乙酰氯的体积比为0.5～10︰10～100︰1～10取料，先将三乙胺与二氯甲烷混合，并在0℃下静置5～60min后，再加入氯乙酰氯，得到混合溶液Ⅱ，将步骤B所得多孔硅放入混合溶液Ⅱ中，在0～20℃下搅拌反应2～48小时，然后将其取出进行再处理后备用；

D．按固液比为0.1～1︰10～100，将硫代氨基脲放入DMSO中，得到混合溶液Ⅲ，将步骤C所得多孔硅放入混合溶液Ⅲ中，在30～120℃下搅拌反应2～24小时，即得到对铅离子敏感的多孔硅基伏安传感材料，然后将其取出进行再处理后备用。

所述步骤A的硅片的电阻率为0.01～20Ω·cm。

所述步骤A的预处理是将硅片依次用无水乙醇、去离子水超声清洗1～20分钟，再用质量浓度为5～40%的氢氟酸浸泡1～10分钟。

所述步骤A的腐蚀液是体积比为下列组分的混合溶液：去离子水︰无水乙醇︰质量浓度为5～60%的氢氟酸=0.5～2︰1～10︰0.5～5。

所述步骤B的清洗是将多孔硅依次用无水乙醇、去离子水超声清洗1～30分钟。

所述步骤B的氨基硅烷化反应是在催化剂条件下进行原位硅烷化反应，或者是先在多孔硅表面引入硅醇键后再进行硅烷化反应。

所述催化剂条件是采用胺作为催化剂，包括甲胺、乙胺、乙二胺、正丙胺、正丁胺、环己胺、苯胺等。