[发明专利]一种铅离子传感器的贵金属修饰方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境检测领域，具体涉及一种利用贵金属对氧化石墨烯基铅离子传感器进行修饰优化的方法，修饰工艺简单，但灵敏度增强效果显著。

背景技术

铅离子是一种典型的重金属离子，在生物体内很难降解，一旦过量摄入，就会导致蛋白质变性而引起中毒，对人体的危害很大。因此，我国规定饮用水中铅（Pb）的含量不得超过0.01mg/L(即4.826×10^-8M)。然而人类处于食物链的顶端，除了饮用水接触到的其他铅离子源还有很多，如果对某项来源的检测灵敏度不够严格，那么几项来源的叠加就会导致过量摄入的后果，因此开发一种灵敏度极高的铅离子传感器就变得非常有意义。尽管目前的有很多的方法对铅离子进行检测，如原子光谱法、质谱分析法、电化学分析法等等，但这些方法需要在实验室里进行，已不能满足重金属离子检测的时效性和便携化的要求。本发明人曾基于近几年兴起的二维结构材料来开发新型的高灵敏度的氧化石墨烯基传感器，虽然已具有很高的灵敏度，但在目标重金属离子浓度小于10^-9M后，器件的变化率较小，受外界影响变大。本发明涉及一种贵金属修饰的氧化石墨烯基铅离子传感器的方法，在相同浓度下可以提高器件电阻变化率两个量级以上，不仅提高了器件的灵敏度，而且增强了其抵抗外界干扰的能力，为其实际应用提供了基础。

发明内容

本发明的目的在于利用在特定环境下重金属离子铅离子（Pb²⁺）易与金(Au)形成合金的特性，优化了一种新型高灵敏度的重金属离子传感器，在相同浓度下可以提高器件电阻变化率100倍以上。这将解决目前重金属检测的灵敏度、抗干扰性等问题。

本发明的技术解决方案包括以下步骤：

1、将一定浓度的氧化石墨烯粉体与金纳米颗粒复合;

2、设计重金属离子铅离子（Pb²⁺）与金形成合金的反应环境；

3、优化反应时间对修饰效果的影响。

本发明的优点是修饰后的器件（保温6小时的样品）比未修饰的器件的灵敏度提高100倍以上，即使在10^-11M的浓度下，也能有3个量级的电阻变化率，从而有效的抵抗外界干扰。

附图说明

图1 实例1所述器件的测试效果图

图2 实例2所述器件的测试效果图

图3 实例3所述器件的测试效果图

图4 实例4所述器件的测试效果图

图5 实例5所述器件的测试效果图

图6 实例6所述器件的测试效果图

具体实施方式

0.5-10mg/mL的氧化石墨烯（GO）溶液中加入5-15mM的HAuCl₄和乙二醇，超声分散均匀后，在80-120℃下保温3-24小时后将样品进行离心干燥。然后称取0.5~5mg/mL的样品溶于去离子水，加入Na₂S₂O₃溶液，超声均匀后，以1-20mm/s的速度刮涂1μm—4mm的器件，完成后，控制两极间距在其上制作电极，并测试其对10^-4M~10^-11M的铅离子（Pb）的测试效果。

实例1

1mg/mL的氧化石墨烯（GO）溶液中加入10mM的HAuCl₄和乙二醇，超声分散均匀后，在100℃下保温6小时后将样品进行离心干燥。然后称取1mg/mL的样品溶于去离子水，加入Na₂S₂O₃溶液，超声均匀后，以8mm/s的速度在印制电路板（PCB板）上刮涂2mm的器件，完成后，在其上制作电极（电极间距10mm），并测试其对10^-4M~10^-9M的铅离子（Pb²⁺）的测试效果。

实验结果如下图1所示，其中正方形表示纯器件的电阻R，圆点表示滴加同体积不同浓度Pb(NO₃)₂溶液后器件的电阻R’，五角星表示滴加Pb(NO₃)₂前后器件电阻的变化率，即η=R/R’。

实例2