本發(fā)明涉及環(huán)境檢測領(lǐng)域,具體涉及一種利用貴金屬對氧化石墨烯基鉛離子傳感器進(jìn)行修飾優(yōu)化的方法,修飾工藝簡單,但靈敏度增強(qiáng)效果顯著。
背景技術(shù):
鉛離子是一種典型的重金屬離子,在生物體內(nèi)很難降解,一旦過量攝入,就會導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性而引起中毒,對人體的危害很大。因此,我國規(guī)定飲用水中鉛(pb)的含量不得超過0.01mg/l(即4.826×10-8m)。然而人類處于食物鏈的頂端,除了飲用水接觸到的其他鉛離子源還有很多,如果對某項(xiàng)來源的檢測靈敏度不夠嚴(yán)格,那么幾項(xiàng)來源的疊加就會導(dǎo)致過量攝入的后果,因此開發(fā)一種靈敏度極高的鉛離子傳感器就變得非常有意義。盡管目前的有很多的方法對鉛離子進(jìn)行檢測,如原子光譜法、質(zhì)譜分析法、電化學(xué)分析法等等,但這些方法需要在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行,已不能滿足重金屬離子檢測的時(shí)效性和便攜化的要求。本發(fā)明人曾基于近幾年興起的二維結(jié)構(gòu)材料來開發(fā)新型的高靈敏度的氧化石墨烯基傳感器,雖然已具有很高的靈敏度,但在目標(biāo)重金屬離子濃度小于10-9m后,器件的變化率較小,受外界影響變大。本發(fā)明涉及一種貴金屬修飾的氧化石墨烯基鉛離子傳感器的方法,在相同濃度下可以提高器件電阻變化率兩個(gè)量級以上,不僅提高了器件的靈敏度,而且增強(qiáng)了其抵抗外界干擾的能力,為其實(shí)際應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于利用在特定環(huán)境下重金屬離子鉛離子(pb2+)易與金(au)形成合金的特性,優(yōu)化了一種新型高靈敏度的重金屬離子傳感器,在相同濃度下可以提高器件電阻變化率100倍以上。這將解決目前重金屬檢測的靈敏度、抗干擾性等問題。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案包括以下步驟:
1、將一定濃度的氧化石墨烯粉體與金納米顆粒復(fù)合;
2、設(shè)計(jì)重金屬離子鉛離子(pb2+)與金形成合金的反應(yīng)環(huán)境;
3、優(yōu)化反應(yīng)時(shí)間對修飾效果的影響。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是修飾后的器件(保溫6小時(shí)的樣品)比未修飾的器件的靈敏度提高100倍以上,即使在10-11m的濃度下,也能有3個(gè)量級的電阻變化率,從而有效的抵抗外界干擾。
附圖說明
圖1實(shí)例1所述器件的測試效果圖
圖2實(shí)例2所述器件的測試效果圖
圖3實(shí)例3所述器件的測試效果圖
圖4實(shí)例4所述器件的測試效果圖
圖5實(shí)例5所述器件的測試效果圖
圖6實(shí)例6所述器件的測試效果圖
具體實(shí)施方式
0.5-10mg/ml的氧化石墨烯(go)溶液中加入5-15mm的haucl4和乙二醇,超聲分散均勻后,在80-120℃下保溫3-24小時(shí)后將樣品進(jìn)行離心干燥。然后稱取0.5~5mg/ml的樣品溶于去離子水,加入na2s2o3溶液,超聲均勻后,以1-20mm/s的速度刮涂1μm—4mm的器件,完成后,控制兩極間距在其上制作電極,并測試其對10-4m~10-11m的鉛離子(pb)的測試效果。
實(shí)例1
1mg/ml的氧化石墨烯(go)溶液中加入10mm的haucl4和乙二醇,超聲分散均勻后,在100℃下保溫6小時(shí)后將樣品進(jìn)行離心干燥。然后稱取1mg/ml的樣品溶于去離子水,加入na2s2o3溶液,超聲均勻后,以8mm/s的速度在印制電路板(pcb板)上刮涂2mm的器件,完成后,在其上制作電極(電極間距10mm),并測試其對10-4m~10-9m的鉛離子(pb2+)的測試效果。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖1所示,其中正方形表示純器件的電阻r,圓點(diǎn)表示滴加同體積不同濃度pb(no3)2溶液后器件的電阻r’,五角星表示滴加pb(no3)2前后器件電阻的變化率,即η=r/r’。
實(shí)例2
0.5mg/ml的氧化石墨烯(go)溶液中加入15mm的haucl4和乙二醇,超聲分散均勻后,在80℃下保溫3小時(shí)后將樣品進(jìn)行離心干燥。然后稱取5mg/ml的樣品溶于去離子水,加入na2s2o3溶液,超聲均勻后,以1mm/s的速度在硅片上刮涂1μm的器件,完成后,在其上制作電極(電極間距3mm),并測試其對10-4m~10-11m的鉛離子(pb2+)的測試效果。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖2所示,其中正方形表示如上方法修飾后的器件的電阻r,圓點(diǎn)表示滴加同體積不同濃度pb(no3)2溶液后器件的電阻r’,五角星表示滴加pb(no3)2前后器件電阻的變化率,即η=r/r’。
實(shí)例3
1mg/ml的氧化石墨烯(go)溶液中加入10mm的haucl4和乙二醇,超聲分散均勻后,在100℃下保溫6小時(shí)后將樣品進(jìn)行離心干燥。然后稱取1mg/ml的樣品溶于去離子水,加入na2s2o3溶液,超聲均勻后,以1mm/s的速度在印制電路板(pcb板)上刮涂2mm的器件,完成后,在其上制作電極(電極間距10mm),并測試其對10-4m~10--11m的鉛離子(pb2+)的測試效果。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖3所示,其中正方形表示如上方法修飾后的器件的電阻r,圓點(diǎn)表示滴加同體積不同濃度pb(no3)2溶液后器件的電阻r’,五角星表示滴加pb(no3)2前后器件電阻的變化率,即η=r/r’。
實(shí)例4
10mg/ml的氧化石墨烯(go)溶液中加入5mm的haucl4和乙二醇,超聲分散均勻后,在80℃下保溫12小時(shí)后將樣品進(jìn)行離心干燥。然后稱取5mg/ml的樣品溶于去離子水,加入na2s2o3溶液,超聲均勻后,以20mm/s的速度在藍(lán)寶石片上刮涂4mm的器件,完成后,在其上制作電極(電極間距10mm),并測試其對10-4m~10-11m的鉛離子(pb2+)的測試效果。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖4所示,其中正方形表示如上方法修飾后的器件的電阻r,圓點(diǎn)表示滴加同體積不同濃度pb(no3)2溶液后器件的電阻r’,五角星表示滴加pb(no3)2前后器件電阻的變化率,即η=r/r’。
實(shí)例5
5mg/ml的氧化石墨烯(go)溶液中加入10mm的haucl4和乙二醇,超聲分散均勻后,在100℃下保溫18小時(shí)后將樣品進(jìn)行離心干燥。然后稱取1mg/ml的樣品溶于去離子水,加入na2s2o3溶液,超聲均勻后,以20mm/s的速度在聚對苯二甲酸乙二酯(pet))上刮涂4mm的器件,完成后,在其上制作電極(電極間距15mm),并測試其對10-4m~10-11m的鉛離子(pb2+)的測試效果。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖5所示,其中正方形表示如上方法修飾后的器件的電阻r,圓點(diǎn)表示滴加同體積不同濃度pb(no3)2溶液后器件的電阻r’,五角星表示滴加pb(no3)2前后器件電阻的變化率,即η=r/r’。
實(shí)例6
5mg/ml的氧化石墨烯(go)溶液中加入10mm的haucl4和乙二醇,超聲分散均勻后,在100℃下保溫24小時(shí)后將樣品進(jìn)行離心干燥。然后稱取1mg/ml的樣品溶于去離子水,加入na2s2o3溶液,超聲均勻后,在聚對苯二甲酸乙二酯(pet))上刮涂4mm的器件,完成后,在其上制作電極(電極間距10mm),并測試其對10-4m~10-11m的鉛離子(pb2+)的測試效果。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖6所示,其中正方形表示如上方法修飾后的器件的電阻r,圓點(diǎn)表示滴加同體積不同濃度pb(no3)2溶液后器件的電阻r’,五角星表示滴加pb(no3)2前后器件電阻的變化率,即η=r/r’。