光化学传感器阵列在水中痕量重金属离子污染物快速检测中的应用研究

随着人们对生活品质要求的不断提高，对环境污染的预警与防治越来越受到重视。本项目拟研究一种新型光化学传感器阵列应用于水中痕量重金属离子污染物的现场快速检测。理解硅胶包埋的指示剂对水中痕量重金属离子污染物的显色机理，尝试通过引入金属螯合剂，或基于重金属离子对含N、O、S等元素的配体有较强相互作用的机理，将带氨基、巯基等功能基团的硅烷前驱体与四甲（乙）氧基硅烷共同水解的方法，提升硅胶基质对重金属离子的富集能力；同时通过调节硅烷前驱体的配比，调整水解和老化时间等方式，改变硅胶基质的微孔环境，在紧密包埋显色剂分子，不使其被洗出的同时，还能够充分显色。本研究将原位富集的理念与光化学传感器阵列有机的结合，通过多通道流通池的设计和运用，达到对水中多种痕量重金属离子污染物选择性灵敏快速检测的目的。同时还有望基于此研究，开发和研制实验室样机，应用于真实水体的检测，并最终投入使用，具有重要的科学意义和创新性。

重金属离子对人体产生的影响已经越来越引起人们的重视。本项目在国家自然科学基金青年基金的资助下，开展了新型光化学传感器及阵列对水中痕量重金属离子污染物快速检测方面的研究。通过对商品化指示剂的筛选与溶胶凝胶或高分子聚合物固载化，我们成功实现了溶液中重金属离子的快速预警检测；同时，我们也通过分子设计合成了一批具有特异选择性的重金属离子荧光检测指示剂，并尝试着应用于水中重金属离子的高灵敏检测和筛查，取得了较好的结果；通过以滤纸为基础的传感器构建，以及阵列化优选，我们将传感器进一步小型化，滤纸上亲水通道的设计使得传感器对重金属离子的检测灵敏度大幅度提升。结合固相萃取技术，我们将纸基传感器用到了复杂实际样本大米中镉的检测，所得到的结果与ICP-MS具有很好的可比性，验证了我们的方法用于实际样本检测的可行性。与此同时，基于指示剂替换反应的机理，我们还将重金属离子与指示剂的螯合产物拓展到阴离子的检测中，成功区分了氯溴碘卤素离子，以及十种有毒的阴离子。随着研究深入，多项技术有望开发和研制实验室样机，应用于真实样本的检测，并最终投入使用，具有重要的科学意义和创新性。