[發(fā)明專利]一種檢測Pb2+

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110630180.1
• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113311043A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盧麗敏;鄒錦;黃喜根;余永芳;陳尚钘;高艷莎;劉書武
• 申請（專利權(quán)）人: 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30;G01N27/411;G01N27/48;C25D9/02;C25D9/04;G06N3/04
• 代理公司: 北京盛凡智榮知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11616
• 代理人: 鄭豐平

本發(fā)明公開了一種檢測Pb²⁺和Hg²⁺的電化學(xué)傳感器及其制備方法與應(yīng)用，通過層層(LbL)組裝與電化學(xué)沉積技術(shù)的智能結(jié)合，選取綠色環(huán)保來源廣泛的生物炭(BC)與金屬有機(jī)框架(MOFs)進(jìn)行復(fù)合，在玻碳電極的表面沉積[UiO?66?NH/BC]_n層，得到[UiO?66?NH₂/BC]_n/GCE即為電化學(xué)傳感器。在電解質(zhì)溶液中對Pb²⁺和Hg²⁺進(jìn)行電化學(xué)檢測，并結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。本發(fā)明制備的電化學(xué)傳感器對Pb²⁺和Hg²⁺顯示出了良好的檢測靈敏性；結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能實現(xiàn)對Pb²⁺和Hg²⁺的實時定量分析，具有較高的準(zhǔn)確性，此外，有效處理了檢測物濃度與電流之間的非線性關(guān)系。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電化學(xué)傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種檢測Pb²⁺和Hg²⁺的電化學(xué)傳感器及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)化和技術(shù)的進(jìn)步，重金屬污染作為最常見的環(huán)境問題日益突出。重金屬離子大多具有極高的毒性，極易沿食物鏈進(jìn)入人體并進(jìn)行生物積累，對人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，開發(fā)有效的、生態(tài)友好的、經(jīng)濟(jì)的重金屬離子微量檢測方法勢在必行。電化學(xué)方法因其操作簡單、成本效益高、便于戶外檢測等優(yōu)點(diǎn)，在檢測重金屬離子中受到了極大的關(guān)注。更重要的是，電化學(xué)傳感器可以小型化和智能化。作為電化學(xué)傳感器的關(guān)鍵組成部分，電極材料對提高其催化活性起著至關(guān)重要的作用。理想的電極材料應(yīng)具有比表面積大、對分析物的吸附能力高、電導(dǎo)率好、穩(wěn)定性好等基本特點(diǎn)。

金屬有機(jī)框架是一類由金屬離子或簇合物和多功能有機(jī)配體組成的多孔結(jié)晶無機(jī)有機(jī)雜化材料。由于MOFs具有良好的可調(diào)諧的化學(xué)和物理性能，高效傳質(zhì)和高比表面積，作為電極材料/改性劑越來越受到人們的關(guān)注。MOFs具有巨大的空腔和多孔薄壁，易于電解液和離子進(jìn)入，提供了更多的電化學(xué)活性位點(diǎn)。此外，配體中豐富的雜原子可以與缺電子的重金屬離子相互作用。基于這些特性，MOFs被應(yīng)用于電化學(xué)傳感器的識別元件中。然而，MOFs固有的導(dǎo)電性差、穩(wěn)定性低等缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用。在這方面，將MOFs與導(dǎo)電納米材料耦合成單一的納米結(jié)構(gòu)，已被證明是改善MOFs電子傳遞特性和穩(wěn)定性的有效途徑。近年來，以生物質(zhì)為原料的碳材料被認(rèn)為是最有前途的電極導(dǎo)電材料之一，它具有高比表面積、多孔結(jié)構(gòu)、豐富的官能團(tuán)、可再生且可持續(xù)等優(yōu)點(diǎn)，在重金屬方面的處理與檢測方面顯示出巨大的潛力。雖然將MOFs與生物炭相結(jié)合，能制作有效的重金屬離子傳感平臺，然而，MOFs基電極的制備主要采用滴涂法。這些滴涂于電極表面的顆粒形式MOFs材料在催化過程中容易流失、團(tuán)聚等，從而導(dǎo)致電極穩(wěn)定性和重復(fù)性不好。另外，MOFs材料的無序堆疊會降低其比表面積和催化位點(diǎn)數(shù)目。相比之下，層層組裝技術(shù)是一種用途廣泛、成本低廉的用功能薄膜修飾固體襯底的方法。通過層間交替沉積的方法，可以在修飾電極上獲得均勻且厚度明確的MOFs基薄膜。

對于實用的傳感器來說，除了良好的靈敏度外，有效的信號數(shù)據(jù)分析也是一個重要的指標(biāo)。對于傳統(tǒng)的電化學(xué)傳感系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)分析主要依賴于不同的傳統(tǒng)回歸方法。這些分析方法可以很好地模擬線性系統(tǒng)。然而，信號重疊或難以非線性量化的問題(Pravdov A,2002)只能以很大的計算代價來解決。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)是人工智能(AI)的一種方法，它可以很好地從樣本數(shù)據(jù)中估計或近似函數(shù)，在傳感器應(yīng)用中被認(rèn)為是一種高效的計算模型。他們可以用足夠的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，通過評估部分?jǐn)?shù)據(jù)并建立模型來挖掘數(shù)據(jù)集背后的規(guī)則，并學(xué)習(xí)生成數(shù)據(jù)的過程。同時，它們只需要輸入和輸出變量，而不需要研究工藝參數(shù)之間的關(guān)系。與傳統(tǒng)的電化學(xué)大型工作站相比，該系統(tǒng)在線性/非線性相關(guān)方面具有更高的精度和可靠性，能夠適應(yīng)實時運(yùn)行并在短時間內(nèi)計算結(jié)果。因此，需要將高性能MOFs/BC傳感平臺與智能化數(shù)據(jù)分析模型相結(jié)合，實現(xiàn)Pb²⁺和Hg²⁺的快速、靈敏、高效、實時檢測。

發(fā)明內(nèi)容