[實用新型]一種用于檢測水中重金屬的微納傳感器

有效

• 申請號: 201920196963.1
• 申請日: 2019-02-14
• 公開（公告）號: CN209979544U
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 金慶輝;戴金瑩;尹加文;張贊;郜晚蕾;金涵;簡家文
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30;G01N27/48;G01N1/40
• 代理公司: 33226 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 陳其明

提供一種用于檢測水中重金屬的微納傳感器，包括鍵合成一體的硅基片(21)與玻璃基片(1)，玻璃基片(1)鍵合面上分別設置消解電極(3)及其陰極鉑對電極(4)、檢測電極(10)及其檢測對電極(9)與Ag/AgCl參比電極(7)，消解電極(3)包括消解基層與消解微柱陣列，檢測電極(10)包括檢測基層與檢測微柱陣列，硅基片(21)鍵合面上在以上各電極相對應位置分別開設消解池(20)、陰極電極池(16)、檢測池(19)、儲液腔(17)；構建水樣消解處理和檢測一體化微芯片，實現現場實際水樣中重金屬快速手持式檢測和分析。

技術領域

本實用新型涉及一種用于檢測水中重金屬含量的微納傳感器，屬于傳感器技術領域，也屬于環境保護技術領域。本實用新型微納傳感器重金屬電化學氧化消解與檢測電極集成一體，實現重金屬消解和檢測同步進行。

背景技術

近年來，隨著我國工農業的快速發展和城市化進程的加速，大量工業廢水排入江河、湖泊和水庫中，導致很多地區出現了重金屬污染物超標的問題，給自然環境和人類身體健康帶來嚴重的危害。因此水體中重金屬含量的快速檢測分析對預防和處理水體的污染情況具有重要的意義。

因水體環境較為復雜，在進行檢測前需要進行水樣預處理，常規的前處理方法需要加入大量的強酸并需要加熱操作，耗時長。采用光譜法檢測重金屬等耗時長，且需要專門的大型設備，難以滿足水體中重金屬快速檢測的需求。因此急需發展一種集水樣前處理和檢測于一體的傳感器。

完整的重金屬分析檢測包括以下幾個過程：水樣采集、水樣前處理、分析測試、數據處理和分析。實際水樣中重金屬的存在形式多樣，包括無機結合態、有機結合態、可過濾態和懸浮態，想測得總量，需將所有形態的重金屬轉為可測的形態，使得待測物中的待測金屬以離子形式全部進入試樣溶液中，所以水樣前處理對檢測結果的準確性起到尤為重要的作用。

常規的水樣前處理方法有酸消解法、MIBK萃取法、高錳酸鉀-過硫酸鉀消解法、微波消解法，這些方法需加入大量的強酸并需要加熱操作，耗時長，難以滿足水質快速前處理的需求。近年來，高級氧化技術（AOPs）應運而生并有了顯著進展。AOPs是利用羥基自由基（·OH）氧化降解水相中的各種污染物的化學反應，該自由基具有極強的氧化電位，高達2.8V，僅次于F₂。·OH一旦形成，會誘發一系列的自由基鏈反應，幾乎無選擇性地直接攻擊水體中的各種污染物，直至降解為CO₂、H₂O和其他礦物鹽，無二次污染。根據氧化劑和催化劑的不同，AOPs大體可分為以下七類：Fenton和類Fenton法；光化學氧化法和光催化氧化法；臭氧氧化法；超聲氧化法；濕式（催化）氧化法；超臨界水（催化）氧化法；電化學（催化）氧化法。其中電化學氧化技術（EAOPs）因效率高、設變簡單易操作、便于自動化、無二次污染物產生等優點，得到了廣泛關注。

常規的重金屬檢測方法有：光譜法（原子吸收/發射光譜法（AAS/AES）；原子熒光光譜法(AFS)；電感耦合等離子發射光譜法(ICP-AES)；X射線熒光光譜法(XRF））、電感耦合等離子體質譜分析法（ICP-MS）、色譜法（HPLC）等，這些方法的檢測靈敏度和準確性高（~ng/L），但是樣品前處理時間長、檢測耗時且設備復雜昂貴。而電化學檢測法因檢測靈敏度高、選擇性好，在重金屬檢測方面具有很大的優勢，得到了廣泛關注。

綜上所述，國內外對采用EAOPs進行水質前處理和電化學方法檢測重金屬均有研究，但是將二者集成在一起，即在前處理完成后直接進行原位快速檢測的很少。面向環境水質現場快速檢測的重大需求，將水樣前處理和污染物成分快速檢測集成是必然的發展趨勢，是真正實現現場快速準確檢測必需的技術手段。

基于以上技術背景及實際需求，本專利基于微納制造技術，制造集成樣本電化學氧化消解和溶出伏安法檢測功能的微納電極陣列傳感器，以及基于此傳感器的水體中重金屬快速消解和檢測分析方法，用于實際水體中重金屬現場快速、方便靈敏的檢測和分析。

發明內容