[发明专利]应用于痕量检测重金属离子装置及其检测方法

说明书

本发明公开了一种应用于痕量检测重金属离子装置及其检测方法，该装置包括电化学工作站和微传感器；微传感器与电化学工作站信号连接，通过微传感器采集待测溶液的重金属离子浓度并产生电信号，电化学工作站对电信号做进一步分析并计算出对应的浓度；微传感器的检测尖端涂有一层FLEMION高分子膜，FLEMION高分子膜表面均匀镶嵌有超顺磁性离子印迹聚合物微球Fe₃O₄@SiO₂@IIP。本发明利用离子印迹聚合物特异性吸附性能，抗干扰能力强；并且离子印迹聚合物化学结构稳定，可应用于复杂环境的连续监测；其表面离子印迹聚合物与体式离子印迹聚合物相比，比表面积更大，因此对重金属离子检测速度更快，检出限更低。

技术领域

本发明涉及重金属检测技术领域，特别涉及一种基于微传感器的重金属离子检测装置及其方法、重金属离子检测方法。

背景技术

随着工业的发展，重金属污染已成为严重的生态问题，如重金属矿的开采、金属冶炼、工业废物排放，会直接或间接对自然环境造成不利影响，生态系统中高毒性重金属离子的存在和积累对人类和其他物种构成威胁，一旦重金属离子通过食物链、饮水的方式进入人体内，由于不能被机体代谢，重金属离子与蛋白质、核酸等结合，造成人体急性、慢性中毒，严重危害人类健康。因此在食品、环境等领域建立有效的重金属离子检测体系就有十分重要的理论和应用意义。

长期以来，定量检测分析食品中痕量的重金属离子是全球科研工作者关注的话题。其检测的方法也由传统的分析法发展为仪器分析法。现有的检测方法，例如原子吸收光谱法(AAS)、紫外可见分光光度法(UV-Vis)、质谱法(MS)、高效液相色谱法(HPLC)，虽然上述的检测手段分析速度快、灵敏度高，但都存在设备体积大、操作难度高、无法实现现场快速检测等问题，限制了其应用。

微传感器(Microelectrode，ME)是指检测尖端的特征尺寸小于稳态扩散层厚度的一类传感器，通常为纳米至微米级。它具有常规传感器无法比拟的优良性能，如：RC时间常数小、传质速率快、电流密度大和信噪比高等电化学性能，以及批量生产一致性好、所需样品量少等。极细的尖端使得它拥有极低的检出限，检出限通常达到10^-7mol/L～10^-9mol/L。同时，非常小的尖端面积(～10^-8cm²)极大地减少了测定过程中目标物的消耗，即使长时间连续检测也不影响待测环境，从而确保所得结果的准确性。由于微传感器具有上述优良的电化学性能及制备工艺简单、可扩展性强及无损检测等加工和应用性能而成为研究热点之一，在食品、环境、医学方面的痕量物质分析领域具有广泛的应用前景。

离子印迹技术(Ion Imprinting Technology，IIT)以离子为模板，通过静电作用、配位作用等与单体结合形成螯配合物，聚合后用酸性试剂等将模板离子洗脱，最终制得具有与目标金属离子相对应的三维孔穴结构的印迹材料——离子印迹聚合物(Ion-Imprinted Polymers，IIP)。

离子印迹聚合物能实现对离子的特异性吸附，并具有与水溶性介质相容性好、稳定性高、检出限低等优势，目前被广泛应用于痕量分析物的固相萃取(SPE)预富集以及多种共存离子或复杂混合物体系的快速分离等领域，成为分析痕量重金属离子的有效手段之一。

发明内容

本发明围绕微传感技术与离子印迹技术，公开了应用于痕量检测重金属离子装置及其检测方法。本发明利用离子印迹聚合物的特异性吸附重金属离子性能，以及微传感器的传质速率快、检出限低等优点，实现对重金属离子的痕量检测，可以应用于食品、环境等领域的检测分析。