[发明专利]一种基于适配体‑光寻址电位传感器的重金属检测方法

说明书

【技术领域】本发明属于电化学检测领域。

【背景技术】

重金属是指比重大于5的金属，在人体中累积达到一定程度，会造成慢性中毒.重金属主要有Au、Ag、Cu、Pb、Ni、Co、Cr、Hg、Cd、As等45种，其中对人体危害最大的有Pb、Hg、Cd、As、Cr等[1,2]，因此重金属检测技术研究，也通常以这五种重金属为目标模型。传统的重金属检测技术很多，具有检测精度高、范围宽的优点，目前已形成了各国的实验室评价体系；但是，传统的重金属检测设备昂贵、不便于携带，因此，仍无法满足现代水环境检测中，对于多种重金属同时、快速、自动检测的需求。为此，研制重金属检测的新技术、新方法、新设备，已成为化学、生物、敏感电子学等诸多领域的研究热点。

首先，电化学检测技术是建立在电化学基本原理上的检测方法，是许多生物、医学检测系统的基础，在重金属检测领域也备受关注，各种电化学测试装置不断提出，如，现场测定铅、镉、锌、镍、铜、汞等重金属离子的电化学装置[3,4]；小型无线遥控的电化学环境监测系统[5]；水污染动态实时监测的便携式电子舌分析仪[6]；锌、镉、铅、铜、锰和砷等重金属离子的自动环境监测电子舌[7]；等等。其中基于阳极溶出伏安法(Anodic Stripping Voltammetry，ASV)的重金属检测设备应用较为广泛[8]，如澳大利亚MTI公司的PDV6000重金属测定仪(通过了US EPA认证)，既可用于实验室检测，也可用于现场检测，目标物包括水、工业废水、医药品、饮料、土壤及食物提取液等液态样品，检测过程小于20分钟，检测范围4μg/L～300mg/L；美国Thermofisher在线重金属监测仪EcaMon 10使用的电化学技术，具有极低检测限、测量范围广、准确度高、选择性好、抗干扰能力强等优势，在水质、环保、电镀，冶炼等领域都有较好应用效果；英国Wagtech公司生产的Metalyser HM1000八大重金属检测仪，测量土壤和水中的重金属到PPB级，可以测量常见的八种重金属，如砷、镉、铜、汞、铅等；加拿大AVVOR公司生产的AVVOR 9000重金属在线监测仪，采用阳极溶出伏安法，可测元素有,铅(Pb),(Zn),镉(Cd),砷(As),汞(Hg),钴(Co),钼(Mo),金(Au),银(Ag),铬(Cr)等。国产的有NanoTek 2000便携式重金属测定仪，可检测包括砷、铜、汞、锌、镉、铅、铬、镍、铁等重金属离子。HSTD-EC2重金属电化学分析仪，项目检测限10ppb，同时，配备微波消解仪，实现茶叶等农作物重金属的检测。IGS10M便携式重金属检测系统，可同时检测多种重金属离子。兰力科公司的LK98微量元素分析仪，可以快速测定血液中的铜、锌、镉、铅、铁等重金属离子。

随着微纳米技术、集成电路制造的成熟，嵌入式、便携式、低成本、低功耗的电化学测量系统成为可能，如：基于嵌入式系统的低功耗、便携式电化学检测系统[9]，微弱电流检测的微型化电化学检测系统[10]，以及智能化[11]和低功耗的[12]电化学检测系统等。新型便携式电化学检测装置，也被引入重金属检测领域，美国Tracedetect公司先后研制了针对于ArsenicGuard、MetalGuard、SafeGuard、Explorer系列检测设备，以及配套电极和试剂，在水质、饮料、工业用水等多领域得到应用，其中ExplorerII系列体积小、重量轻(1.58Kg)非常适于野外现场检测。我国浙江大学课题组也开展了基于微带状电极阵列的重金属检测系统的研究，先后实现了对六价铬、铅、铜等金属的检测，同时他们还创新性的将光寻址电位传感器(Light Addressable Potentiometric Sensors,LAPS)与微电极阵列集成，构成了光电复合型微阵列芯片，利用LAPS监测pH构成自校准体系。

在电极方面，传统的重金属检测电极多采用汞膜电极，对操作人员和环境均具有毒性，因此非汞电极的研究是电化学重金属检测中的重要内容之一。自2000年铋膜-重金属检测电极被首次提出后[13]，便立即引起学术界的极大关注[14,15]，各种低毒、廉价、稳定、电位范围宽的非汞电极，如铋膜电极[16]、锑膜电极[17,18]、镓膜电极[19]以及合金电极[20]，等等。

然而，现有电化学法重金属检测的研究，仍以传统的固体电极(如玻璃碳电极、金电极、铂电极等)为载体，电极的微型化、阵列化、活性的保存等，都是实现多通道、现场、快速检测的难点；同时，化学、生物学、环境科学等的飞速发展，又对重金属检测提出了无污染、快速、高通量、多指标、稳定的新要求。