《一种检测汞离子的传感芯片方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种检测汞离子的传感芯片方法.pdf（6页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103344683 A (43)申请公布日 2013.10.09 CN 103344683 A *CN103344683A* (21)申请号 201310293771.X (22)申请日 2013.07.15 G01N 27/26(2006.01) G01N 27/30(2006.01) (71)申请人 长沙理工大学 地址 410004 湖南省长沙市雨花区万家丽南 路二段 960 号长沙理工大学化学与生 物工程学院 (72)发明人 曹忠 曹婷婷 吴玲 肖忠良 黄大凯 宋天铭 (54) 发明名称 一种检测汞离子的传感芯片方法 (57) 摘要 本发明公开了一种检测汞离子的。
2、传感芯片， 该传感芯片包括一个 11- 巯基十一烷酸膜层 （16） 修饰的金膜基片 （1） ， 该金膜基片 （1） 的金层一角 与外包有塑料绝缘层 （3） 的金属丝导线 （2） 相连 接， 连接处用环氧树脂胶 （4） 包裹密封 ； 所述金膜 基片 （1） 是在抛光的氮化硅基板 （11） 上逐步溅射 沉积 SiO2膜层 （12） 、 金属钛膜层 （13） 、 铜锡合金 膜层 （14） 、 金膜层 （15） ， 金膜层 （15） 经化学清洗 处理后再在其表面上组装修饰 11- 巯基十一烷酸 膜层 （16） ， 从而构成检测汞离子的传感芯片。该 传感芯片制作简单、 成本低廉、 使用方便， 可用于 环。
3、境中微量汞离子的快速检测。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103344683 A CN 103344683 A *CN103344683A* 1/1 页 2 1. 一种检测汞离子的传感芯片， 其特征是 ： 该传感芯片包括一个 11- 巯基十一烷酸膜 层 （16） 修饰的金膜基片 （1） ， 该金膜基片 （1） 的金层一角与外包有塑料绝缘层 （3） 的金属丝 导线 （2） 相连接， 连接处用环氧树脂胶 （4） 包裹密封。 2.根据。
4、权利要求1所述的传感芯片， 其特征是 ： 所述金膜基片 （1） 是在抛光的氮化硅基 板 （11） 上逐步溅射沉积SiO2膜层 （12） 、 金属钛膜层 （13） 、 铜锡合金膜层 （14） 、 金膜层 （15） ， 金膜层 （15） 经化学清洗处理后再在其表面上组装修饰 11- 巯基十一烷酸膜层 （16） 。 3. 根据权利要求 1 所述的传感芯片， 其特征是 ： 所述金膜基片 （1） 的形状为正方形， 其 边长为 612mm。 4. 根据权利要求 1 所述的传感芯片， 其特征是 ： 所述金属丝导线 （2） 的材料为铜丝、 铝 丝或银丝。 5. 根据权利要求 2 所述的传感芯片， 其特征是 ：。
5、 在抛光的氮化硅基板 （11） 上逐步溅射 沉积的 SiO2膜层 （12） 的厚度为 80380nm， 金属钛膜层 （13） 的厚度为 2080nm， 铜锡合金 膜层 （14） 的厚度为 80380nm。 6.根据权利要求2所述的传感芯片， 其特征是 ： 铜锡合金膜层 （14） 经抛光处理后， 在其 表面上所沉积金膜层 （15） 的厚度为 120400nm。 7.根据权利要求2所述的传感芯片， 其特征是 ： 金膜层 （15） 经化学清洗处理后， 在其表 面上所组装修饰 11- 巯基十一烷酸膜层 （16） 的量为 550g。 8. 根据权利要求 2 所述的传感芯片， 其特征在于 11- 巯基十一。
6、烷酸膜层 （16） 的组装修 饰方法， 即先将传感芯片金膜基片 （1） 的金膜层 （15） 表面用二次蒸馏水清洗， 依次在二次 蒸馏水、 无水乙醇中超声清洗各 110 分钟， 然后取出浸入 1.0100mmol/L 的 11- 巯基十一 烷酸 / 乙醇溶液中， 于 4冰箱中自组装 248 小时， 取出干燥， 得 11- 巯基十一烷酸膜层 （16） 修饰的传感芯片， 不用时置于去离子水中于 4 C 冰箱密封保存。 权 利 要 求 书 CN 103344683 A 2 1/3 页 3 一种检测汞离子的传感芯片方法 技术领域 0001 本发明涉及一种检测汞离子的传感芯片， 属于化学 / 生物传感技术。
7、领域， 适用于 环境安全检测。 背景技术 0002 汞污染是一个全球性的问题， 由于其剧毒和生物蓄积性， 它已受到越来越多的关 注。二价汞离子 （Hg2+的） 是最稳定的无机汞， 存在于天然水体中， Hg2+即使是微量浓度也 能产生毒性， 它能够在生物体内累积， 通过食物链转移到人体内， 而人体内累积的微量汞无 法通过自身代谢进行排泄， 将直接导致心脏、 肝、 甲状腺疾病， 引起神经系统紊乱， 慢性汞中 毒， 甚至引发恶性肿瘤的形成。其次， 汞离子的微生物的生态甲基化产物甲基汞， 也是一种 强有力的毒素， 可通过食物链传递到鱼类和海洋哺乳动物的组织中， 转换成为剧毒的有机 汞。 因此， 能快速。
8、准确分析生活环境中水体等介质中的重金属含量， 对于提高人类的生存质 量、 保护地球环境具有十分重要的意义。 0003 检测重金属汞离子的方法有很多， 如原子光谱法、 电感耦合等离子体原子发射光 谱 （ICP-AES 法） 、 分光光度法、 高效液相色谱法， 电感耦合等离子体质谱法 (ICPMS)、 化学发 光法和荧光分析法等。 然而， 这些方法往往需要昂贵的精密仪器、 复杂的样品制备流程和熟 练的操作人员， 不能或不方便在户外进行快速检测。 为此， 本发明通过单分子自组装方法将 11-巯基十一烷酸组装修饰到金膜基片表面， 形成一种检测汞离子的传感芯片。 该传感芯片 制作简单、 成本低廉、 使用。
9、方便， 优于传统的仪器分析方法， 可用于环境中微量汞离子的快 速检测， 在环境监测、 农业食品与生物医学等领域中具有非常重要的应用前景。 发明内容 0004 本发明所要解决的技术问题是提供一种制作简单、 成本低的检测汞离子的传感芯 片， 可用于环境安全检测。 0005 为了达到上述目的， 本发明采用的技术方案是 ： 一种检测汞离子的传感芯片， 其特 征是 ： 该传感芯片包括一个 11- 巯基十一烷酸膜层修饰的金膜基片， 该金膜基片的金层一 角与外包有塑料绝缘层的金属丝导线相连接， 连接处用环氧树脂胶包裹密封 ； 所述金膜基 片是在抛光的氮化硅基板上逐步溅射沉积 SiO2膜层、 金属钛膜层、 铜。
10、锡合金膜层、 金膜层， 金膜层经化学清洗处理后再在其表面上组装修饰 11- 巯基十一烷酸膜层， 从而构成检测汞 离子的传感芯片。其中， 所述金膜基片的形状为正方形， 其边长为 612mm， 金属丝导线的材 料为铜丝、 铝丝或银丝。而且， 在抛光的氮化硅基板上逐步溅射沉积的 SiO2膜层的厚度为 80380nm， 金属钛膜层的厚度为 2080nm， 铜锡合金膜层的厚度为 80380nm。尤其是， 铜锡 合金膜层经抛光处理后， 在其表面上所沉积金膜层的厚度为 120400nm ； 金膜层经化学清 洗处理后， 在其表面上所组装修饰 11- 巯基十一烷酸膜层的量为 550g。 0006 在传感芯片的设。
11、计与制备方面， 与其它方法不同的是， 本发明提出了一种简单 的 11- 巯基十一烷酸膜层的组装修饰方法， 即先将传感芯片金膜基片的金膜层表面用 说 明 书 CN 103344683 A 3 2/3 页 4 二次蒸馏水清洗， 依次在二次蒸馏水、 无水乙醇中超声清洗各 110 分钟， 然后取出浸入 1.0100mmol/L 的 11- 巯基十一烷酸 / 乙醇溶液中， 于 4冰箱中自组装 248 小时， 取出干 燥， 得 11- 巯基十一烷酸膜层修饰的传感芯片， 不用时置于去离子水中于 4 C 冰箱密封保 存。 0007 本发明的有益效果是， 该纳米金膜电极制作简单、 成本低廉、 使用方便， 且金膜。
12、平 整度高、 易进行表面修饰， 通用性很强， 优于传统的仪器分析方法， 可用于环境中微量汞离 子的快速检测， 在环境监测、 农业食品与生物医学等领域中具有非常重要的应用前景。 附图说明 0008 下面结合附图对本发明进一步说明。 0009 附图 1 是检测汞离子的传感芯片的平面结构示意图。 0010 附图 2 是检测汞离子的传感芯片的金膜基片的剖面结构示意图。 0011 附图 1 中， 1. 11- 巯基十一烷酸膜层修饰的金膜基片， 2. 金属丝导线， 3. 塑料绝 缘层， 4. 环氧树脂胶。 0012 附图 2 中， 11. 氮化硅基板， 12. SiO2膜层， 13. 金属钛膜层， 14.。
13、 铜锡合金膜层， 15. 金膜层， 16. 11- 巯基十一烷酸膜层， 17. 11- 巯基十一烷酸分子。 具体实施方式 0013 实施例 1 传感芯片的组装制备 ： 如图 1 所示， 检测汞离子的传感芯片， 该传感芯片包括一个 11- 巯基十一烷酸膜层 16 修饰的金膜基片 1， 该金膜基片 1 的金层一角与外包有塑料绝缘层 3 的金属丝如铜丝导线 2 相连接， 连接处用环氧树脂胶 4 包裹密封。所用环氧树脂胶 4 将金膜基片 1 的金层一角与 铜丝导线 2 密封包裹相连， 以保证良好的导电、 导通性。 0014 如图 2 所示， 对于金膜基片 1， 其形状为正方形， 选择边长为 6mm， 。
14、是在抛光的氮化 硅基板11上逐步溅射沉积300nm的SiO2膜层12、 50nm的金属钛膜层13、 180nm的铜锡合金 膜层14 ； 铜锡合金膜层14经抛光处理后再在其表面上溅射沉积150nm的金膜层15 ； 金膜层 15 经化学清洗处理后， 在其表面上组装修饰 11- 巯基十一烷酸膜层 16， 其质量为 22g。 0015 值得注意的是 11- 巯基十一烷酸膜层 16 的组装修饰方法， 即先将传感芯片金膜 基片 1 的金膜层 15 表面用二次蒸馏水清洗， 依次在二次蒸馏水、 无水乙醇中超声清洗各 3 分钟， 然后取出浸入 10mmol/L 的 11- 巯基十一烷酸 / 乙醇溶液中， 于 4。
15、冰箱中自组装 24 小时， 取出干燥， 得 11- 巯基十一烷酸膜层 16 修饰的传感芯片， 不用时置于去离子水中于 4 C 冰箱密封保存。 0016 实施例 2 汞离子的检测 ： 采用常规电化学原电池测试系统 ： 将上述方法组装修饰的11-巯基十一烷酸膜层16修 饰的传感芯片为工作电极， 饱和甘汞电极作为参比电极， 进行电化学电位测试， 该传感芯片 电极的电位响应值与汞离子的浓度在 1.010-8 1.010-4mol/L 范围内成线性关系， 对汞 离子的检测下限达到 5.610-9 mol/L。 说 明 书 CN 103344683 A 4 3/3 页 5 0017 实施例 3 传感芯片的。
16、重现性 ： 将按上述方法组装修饰的 10 支 11- 巯基十一烷酸膜层 16 修饰的传感芯片为工作电 极， 饱和甘汞电极作为参比电极， 分别对1.010-5 mol/L和1.010-4 mol/L的汞离子溶液 样品进行电化学电位测试， 可以看出， 在连续进行 10 次测定后， 相对标准偏差分别为 0.52% 和 0.34%， 表明该传感芯片检测方法的重现性好。 0018 实施例 4 传感芯片的选择性 ： 将按上述方法组装修饰的11-巯基十一烷酸膜层16修饰的传感芯片为工作电极， 饱和 甘汞电极作为参比电极， 分别考察了常见阳离子对汞离子测定的影响， 发现除了 Cu2+、 Fe2+ 两种金属离子。
17、有较小的干扰外， Na+、 K+、 Mg2+、 Ba2+、 Ca2+、 Zn2+、 Sn2+、 Pb2+、 Ag+、 Bi3+、 Al3+、 Fe3+和 Ni2+ 等十四种金属离子的干扰不明显， 表明该传感芯片检测方法的选择性好。 0019 实施例 5 环境废水样品中汞离子的测定 ： 将按上述方法组装修饰的 11- 巯基十一烷酸膜层 16 修饰的传感芯片为工作电极， 饱和甘汞电极作为参比电极， 分别考察了四种废水样品中汞离子的加标检测， 回收率在 97.5104.2% 之间， 说明该方法回收率好 ； 并与标准分光光度法对照， 样品的测量结果比较 一致， 符合定量分析的要求， 说明该传感芯片可应用于实际废水样品中汞离子的检测。 说 明 书 CN 103344683 A 5 1/1 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103344683 A 6 。