電化學(xué)傳感器在環(huán)境檢測中的應(yīng)用研究

1、    電化學(xué)傳感器在環(huán)境檢測中的應(yīng)用研究    劉立紅+車文實(shí)+孫晶+陳麗華+代立梅+楊柳+朱道玉摘 要：文章主要對電化學(xué)傳感器技術(shù)的原理及其在環(huán)境檢測各個方面的應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，最后對電化學(xué)傳感器技術(shù)存在的問題和發(fā)展方向進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：電化學(xué)傳感器；環(huán)境檢測；應(yīng)用研究引言環(huán)境問題是現(xiàn)代世界統(tǒng)一關(guān)注的問題，在社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，環(huán)境污染問題也越來越嚴(yán)重，給人們的生活、健康、經(jīng)濟(jì)都帶來深遠(yuǎn)的影響。電化學(xué)分析技術(shù)是現(xiàn)代環(huán)境污染物以及環(huán)境微檢測技術(shù)中新興起來的一種技術(shù)。目前電化學(xué)傳感器主要應(yīng)用在對土壤環(huán)境、水體環(huán)境中金屬離子的檢測，對大氣環(huán)境中

2、二氧化硫、二氧化氮等氣體的檢測等。1 電化學(xué)傳感器的基本原理電化學(xué)傳感器是化學(xué)傳感器的一種，是現(xiàn)代化學(xué)分析測定中的一類特殊傳感器。主要是利用污染物質(zhì)在電極表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，再通過特定的換能器將這種感知信息轉(zhuǎn)換成可識別的，與目標(biāo)物質(zhì)濃度變化成比例的電信號被人們識別，從而達(dá)到定性或定量的分析檢測目標(biāo)物質(zhì)的一種儀器設(shè)備。2 電化學(xué)傳感器在環(huán)境檢測中的應(yīng)用2.1 電化學(xué)傳感器對重金屬離子的檢測目前重金屬離子檢測方法有光譜法、質(zhì)譜法、電化學(xué)方法等。電化學(xué)方法由于測定操做步驟簡單、價格低廉而在重金屬離子的檢測領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。華東理工大學(xué)的陳晨1等人采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)與模板復(fù)雜合成法制備了多孔絲網(wǎng)印刷碳

3、電極，并用鉍膜對該電極進(jìn)行了修飾，實(shí)現(xiàn)了對鉛和鎘兩種重金離子的檢測，檢測限達(dá)到0.03ug/l和0.34ug/l。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的王志強(qiáng)2等人采用導(dǎo)電物質(zhì)分子導(dǎo)線作為粘合劑，制作了一種新型碳糊電極，并用nafion膜和錫膜在電極表面進(jìn)一步修飾，利用該電極對多個農(nóng)田灌溉水水中的鎘離子進(jìn)行了測定，檢測限為0.13ug/l，并把檢測結(jié)果與原子吸收光譜法測量結(jié)果對照，分析表明該傳感器具有良好的檢測準(zhǔn)確性和可靠性。鄒紹芳等人研究了重金屬電化學(xué)傳感器在海水檢測中的應(yīng)用并研制了用于多元素重金屬檢測的集成微型傳感器用于測定鋅、銅、錳、砷、鐵、鉻等多種元素。lau等人研究了可以同時檢測pb2+和cd2+的電化學(xué)傳

4、感器，該傳感器是利用發(fā)光二極管（led）原理設(shè)計的，對兩種金屬離子的檢測限都能達(dá)到nmol/l。2.2 電化學(xué)傳感器對有機(jī)污染物的檢測2.2.1 電化學(xué)傳感器對多環(huán)芳烴物質(zhì)的檢測多環(huán)芳香烴類物質(zhì)（pah）是一大類有毒有害的污染物質(zhì)，且有致癌性，水體中的 pah含量非常低，一般在1×10-9ng/ml范圍內(nèi)，很難檢測，這樣就需要開發(fā)靈敏度較高的檢測傳感器實(shí)現(xiàn)對水體中pan的檢測。schechter等人發(fā)明了光纖光學(xué)熒光傳感器，這種傳感器對（pah）的檢測限可達(dá)到 4×10-11mol/l，對蒽類物質(zhì)的監(jiān)測限為5×10-10mol/l。江南大學(xué)梁剛、劉新會3教授等通過

5、特定的熒光分子亮度可以大致的分析出蒽的濃度。相對于傳統(tǒng)的檢測手段精度更高，檢測結(jié)果容易觀察，且節(jié)省了檢測時間，為后續(xù)傳感器上敏感元件上特殊材料的使用提供了依據(jù)。2.2.2 電化學(xué)傳感器對酚類化合物的檢測酚類化合物是一類普遍存在的有機(jī)污染物，在體內(nèi)蓄積可產(chǎn)生細(xì)胞毒性，危害人體健康。是一種優(yōu)先監(jiān)測的有機(jī)污染物。宋偉4等人采用電聚合方法制備了可拋型的茜素紅石墨烯修飾絲網(wǎng)印刷電極，并把該電極應(yīng)用于水中酚類化合物的測定，該修飾電極對對苯二酚和鄰苯二酚具有明顯的催化作用，檢出限分別達(dá)4.34×10-6mol/l，3.42×10-6mol；張婷婷等人將有序介孔碳修飾到玻碳電極上構(gòu)建了電化

6、學(xué)傳感器，并應(yīng)用到硝基苯酚異構(gòu)體以及苯酚衍生物的酸度系數(shù)的測定上，檢測限分別為0.1、0.08mol/l。除此之外zheng5課題組采用dna/多壁碳納米管（mwcnts）修飾的玻碳電極，實(shí)現(xiàn)對苯酚、甲基酚及兒茶酚等酚類污染物的檢測，此種技術(shù)的出現(xiàn)標(biāo)志著檢測技術(shù)已經(jīng)到達(dá)了分子水平。2.2.3 對農(nóng)藥殘留的檢測農(nóng)藥在農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、儲存過程中以及在危害防治中起著重要的作用。尤其是人口多、耕地面積有限的今天，農(nóng)藥保證了糧食的豐產(chǎn)豐收，滿足人們對農(nóng)副產(chǎn)品的需求等方面發(fā)揮著重要的作用，為人類創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。但農(nóng)藥的過度使用造成了對環(huán)境的污染，農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留超標(biāo)，嚴(yán)重危害著人體健康。薛瑞6等人以石墨

7、烯-nafion復(fù)合物作為固相吸附劑，制備用于檢測有機(jī)磷農(nóng)藥的電化學(xué)傳感器；張偉龍7等人研究了聚苯乙烯磺酸鈉功能化石墨烯的新型電化學(xué)發(fā)光傳感器，實(shí)現(xiàn)了對抗蚜威、啶蟲脒和吡蟲啉三種農(nóng)藥的檢測，檢出限分別為0.667ng/ml，40ng/ml，50ng/ml。2.2.4 電化學(xué)傳感器對氣體污染物的檢測電化學(xué)氣體傳感器主要是通過觀查電流變化來監(jiān)測氣體的濃度和成分的。簡家文等8采用pt為電極，ysz（鉑-氧化釔-氧化鋯）為氧離子轉(zhuǎn)換器，可以檢測1×10-4mol/l41×10-3mol/l范圍的no。moon等人采用氧化鎢（wo3）的納米顆粒，對no2的檢測限達(dá)到800ppb，達(dá)到

8、了對大氣檢測的要求。3 展望電化學(xué)傳感器技術(shù)與以往的傳統(tǒng)方法相比具有諸多優(yōu)勢，在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的研究應(yīng)用已經(jīng)深入到各個角落，但是目前大部分還是處于大量的理論研究過程中，真正到實(shí)際應(yīng)用仍有大量的工作要做。例如，檢測氣體時需要傳感器的微型化；在檢測郊野水源水質(zhì)檢驗(yàn)的時候，檢測環(huán)境和條件難以達(dá)到要求；另外，目前大多數(shù)電化學(xué)傳感器一般只能對單一污染物進(jìn)行研究，缺乏對某一類污染物的系統(tǒng)性研究等等。雖然困難重重，但是隨著電化學(xué)傳感器技術(shù)的不斷改進(jìn)與創(chuàng)新，未來依然有希望在相關(guān)企業(yè)單位的廢氣排放、污水排放的現(xiàn)場徑直檢驗(yàn)和郊野環(huán)境的動態(tài)沒有人監(jiān)控下的實(shí)時監(jiān)測，電化學(xué)生物傳感器具有環(huán)境污染小、樣品用量少、對樣品損傷

9、程度低能與微制造技術(shù)相兼容等特性，使電化學(xué)傳感器在原位、實(shí)時、連續(xù)監(jiān)測等方面擁有巨大的應(yīng)用潛力和良好的發(fā)展前景。參考文獻(xiàn)1陳晨.用于重金屬離子檢測的電化學(xué)傳感器的研究d.上海：華東理工大學(xué)，2011.2王志強(qiáng).農(nóng)產(chǎn)品及其產(chǎn)地環(huán)境中重金屬快速檢測關(guān)鍵技術(shù)研究d.北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.3梁剛，劉新會.電化學(xué)dna生物傳感器在檢測環(huán)境有機(jī)污染物中的應(yīng)用j.環(huán)境化學(xué)，2013（7）：88-97.4宋偉.基于納米材料的可拋式電化學(xué)傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用d.上海：華東理工大學(xué)，2011.5y.q.zhengyang，c.z，w.helal，carbon nanotule-based dna bicisenson for moni-toring phenolic pollutants j.microchun acta，2009，16（1）：21-26.6薛瑞.納米材料電化學(xué)傳感界面的構(gòu)建及農(nóng)