[发明专利]一种汞离子选择电极方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于11-羟基十一烷基硫醇的汞离子选择电极，属于化学/生物传感技术领域，适用于环境安全检测。

背景技术

汞污染是一个全球性的问题，由于其剧毒和生物蓄积性，它已受到越来越多的关注。二价汞离子（Hg²⁺）是最稳定的无机汞，存在于天然水体中，Hg²⁺即使是微量浓度也能产生毒性，它能够在生物体内累积，通过食物链转移到人体内，而人体内累积的微量汞无法通过自身代谢进行排泄，将直接导致心脏、肝、甲状腺疾病，引起神经系统紊乱，慢性汞中毒，甚至引发恶性肿瘤的形成。其次，汞离子的微生物的生态甲基化产物甲基汞，也是一种强有力的毒素，可通过食物链传递到鱼类和海洋哺乳动物的组织中，转换成为剧毒的有机汞。因此，能快速准确分析生活环境中水体等介质中的重金属汞含量，对于提高人类的生存质量、保护地球环境具有十分重要的意义。

目前，检测重金属汞离子的方法有很多，如原子光谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES法）、分光光度法、高效液相色谱法，电感耦合等离子体质谱法(ICPMS)、化学发光法和荧光分析法等。然而，这些方法往往需要昂贵的精密仪器、复杂的样品制备流程和熟练的操作人员，不能或不方便在户外进行快速检测，在很大程度上限制了其应用。作为非常便携的离子选择性电极（ISE）是七十年代发展起来的一类新型的电化学传感器，与传统方法相比，由于其具有成本低、操作简单且易小型化等优点，受到了许多研究学者的青睐；而且，分子自组装单层膜（Self-assembled Monolayers, SAMs）是近年来新兴的一种电化学分析界面活性敏感膜技术，在结构和性能上具有类似生物膜的特性，逐渐成为电化学传感技术研究领域的热点。

基于目前的相关研究，结合自组装膜技术和离子选择电极方法实现对汞离子进行定性或者定量的研究还未见报道。为此，本发明通过单分子自组装方法将11-羟基十一烷基硫醇组装修饰到金膜表面，形成一种基于11-羟基十一烷基硫醇自组装膜的汞离子选择电极。该选择电极制作简单、成本低廉、使用方便、灵敏度很高，优于传统的仪器分析方法，可用于环境中微量汞离子的快速检测，在环境监测、农业食品与生物医学等领域中具有非常重要的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制作简单、成本低廉、使用方便、灵敏度高的汞离子选择电极，可用于环境安全检测。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种汞离子选择电极，其特征在于该选择电极包括一个11-羟基十一烷基硫醇膜层修饰的工作金膜的基片，该基片上覆盖的工作金膜与引脚金膜通过金膜层相连，引脚金膜与外包有塑料绝缘层的金属丝导线通过焊锡相连接，金属丝导线的材料为铜丝、铝丝或银丝，连接处用环氧树脂胶包裹密封，以保证良好的导电、导通性，并保证工作金膜的使用面积和工作传导的唯一性，不受干扰影响。值得注意的是，所述基片的外形设计立意新颖，如下所示：基片上覆盖的工作金膜的形状为正方形，边长为2~12mm；引脚金膜的形状为小长方形，长为1~6mm，宽为1~4mm；整个基片的形状为长方形，长为3~18mm，宽为2~12mm，其四周边缘均用环氧树脂胶密封，以保证良好的电绝缘性。整个基片的外形设计既能充分保证所有选择电极工作金膜的正方形有效使用面积的一致性，又能保证选择电极使用寿命的长期稳定性。

在选择电极的设计与制备方面，与传统离子选择电极方法不同的还有所述基片的制备是通过真空镀膜沉积来形成致密的传感器件结构，将有效保证选择电极的可控制备和选择电极长期使用的稳定性，其制备过程如下：采用磁控溅射镀膜法，通过控制镀膜真空度≤2.0×10^-3 Pa，镀膜速度≤2.0 ?/s，在抛光的氮化硅基板表面上逐步溅射沉积二氧化硅膜层、金属铬膜层、铜锰合金膜层；铜锰合金膜层经抛光处理后，再采用掩膜版法在其表面上溅射沉积工作金膜和引脚金膜；工作金膜经化学清洗处理后再在其表面上组装修饰11-羟基十一烷基硫醇膜层。其中，在抛光的氮化硅基板表面上逐步溅射沉积的二氧化硅膜层的厚度为60~400nm，金属铬膜层的厚度为20~120nm，铜锰合金膜层的厚度为60~400nm；铜锰合金膜层经抛光处理后，在其表面上所沉积工作金膜和引脚金膜的厚度为20~420nm。而且，铜锰合金膜层材料各组份的质量百分含量分别为：Cu 70~85%、Mn 10~25%、Fe 3~6%、Ti 0.1~0.4%、Nb 0.01~0.05%，其中，铌的使用使铜锰合金的晶粒更加细致均匀，钛的使用使铜锰合金更加有韧性，并提高耐酸碱和防腐蚀能力。