[發明專利]一種基于單分子電學檢測的pH測量方法

在審

• 申請號: 202011213412.5
• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN112345799A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 周小順;陶彩萍;王亞浩;鄭菊芳
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: G01Q60/10
• 分類號: G01Q60/10
• 代理公司: 金華婺道專利代理事務所(特殊普通合伙) 33323
• 代理人: 王高明

本發明是一種基于單分子電學檢測pH測量方法。本發明的目的是針對現有溶液pH檢測的不足之處，提供一種基于單分子電學檢測pH測量方法，能夠在pH值從0到5范圍內持續響應，并實現單分子尺度上界面酸堿化學反應的實時監測。本發明所采用的技術方案為：利用STM?BJ測得不同pH環境下分子結電導強度的變化來實現界面酸堿性的定量分析，其中STM?BJ技術是基于金屬電極之間的相互撞擊和提拉，實現大量單分子結重復構筑的方法，優勢在于能夠快速、大量的構筑分子結，測定其電學性質，并且在短時間內能夠獲得大量可靠的數據進行統計分析。

技術領域

本發明涉及溶液pH檢測技術領域，尤其是涉及一種基于單分子電學檢測的pH測量方法。

背景技術

pH亦稱氫離子濃度指數、酸堿值，在通常意義上是溶液酸堿程度的衡量標準。pH值是水溶液最基本的化學性質之一，測量pH值不僅對確定物質的化學特性至關重要，而且是控制化學反應的開始步驟。目前，pH值測量被廣泛應用于各種領域，包括幾乎所有與水打交道的行業，不僅僅是化學工業，還有公共組織、農業和漁業相關行業，因此探索方便快捷的pH檢測方法十分重要。傳統的溶液pH檢測方法主要有指示劑法、電位測量法(主要依賴于pH電極的使用)、光纖傳感技術以及光譜法(紫外分光光度法以及熒光探針技術等)。而隨著科學技術的發展，傳統的pH檢測方法在各個領域已經不能滿足研究的需求，或者難以適用于其他物質或者行業的相關檢測。此外，用傳統的pH檢測技術往往存在檢測儀器易破損、精度低、需多次校準、阻抗高、普適性差等缺點。隨著單分子檢測技術的快速發展，例如以掃描隧道顯微鏡為代表的檢測技術，能夠在單分子尺度上實現分子某些相關性質的測定，基于此優點有望作為單分子結電導測定與pH檢測相結合的實施手段。相比于傳統的研究方法，單分子技術具有快速檢測，實時監測等優點，達到了單分子檢測靈敏度的極限，并且能夠在固液界面上探索酸堿之間的相互作用，為電測量以外的化學和物理性質研究提供了新的機會。基于此，發展一種在一定pH范圍內單分子結電導具有持續響應的單分子pH檢測技術很有意義，并能夠在單分子水平上揭示分子反應與pH變化之間的關系，并對它們進行識別和定量描述。

發明內容

本發明的目的是針對現有溶液pH檢測的不足之處，提供一種基于單分子電學檢測pH測量方法，能夠在pH值從0到5范圍內持續響應，并實現單分子尺度上界面酸堿化學反應的實時監測。

本發明采用以下技術方案：一種基于單分子電學檢測的pH測量方法，基于掃描隧道顯微鏡裂結技術(STM-BJ)，包括如下步驟：

⑴利用壓電陶瓷控制針尖運動，不斷逼近金屬基底，達到預設電流值后控制針尖再往基底方向前伸一定的距離以確保針尖和基底的接觸，然后控制針尖以一定的速度遠離基底，在此過程中針尖與基底之間會拉伸，并經歷一個單原子接觸的過程后針尖與基底脫離，在此過程中記錄電導隨時間或距離變化的曲線，可相應觀察到電導臺階的出現，最后對數據進行統計分析處理；

⑵利用液相中分子含有能與金屬成鍵的錨定基團，形成針尖-分子-基底連接即金屬-分子-金屬結，剛開始可能有大量的分子連接在金屬電極兩端，但隨著兩個電極的繼續遠離，搭在中間的分子從多個逐漸過渡到三個、兩個、一個，直至最后完全斷裂，在此過程中記錄電導隨時間或距離變化的曲線，可相應觀察到電導臺階的出現，進而測量單分子結電導；通過對大量的電導曲線進行統計可以得到具體的分子結導電信息數據，對該數據進行統計后可獲得具有高斯分布的電導統計分析結果，當液相中不含分子時，則觀察不到臺階和統計峰的出現；

⑶在不同pH環境下，重復步驟⑵可以獲得大量分子結導電信息數據，在單分子水平下，不同的pH環境中，分子的解離程度不同，因此在環境pH改變的過程中，能夠監測具有高斯分布的電導統計峰形變化的一個過程，獲知分子結電導強度與環境pH的依賴關系，從而實現在單分子尺度上對界面酸堿性的一個定量檢測與分析。

在所述的一種基于單分子電學檢測的pH測量方法中，所述步驟⑴中的預設電流值為8nA到80nA之間。