[发明专利]一种用于检测水体中痕量汞的电化学传感器及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及汞离子含量的检测技术领域，尤其涉及一种用于检测汞离子的电化学传感器及其制备方法和应用。

背景技术

汞及其化合物对环境和人体健康的危害十分巨大，高效灵敏地监测分析食品、水体以及与人类生活息息相关的环境中的汞含量，具有重大的现实意义。

传统的汞分析方法包括耦合等离子质谱、原子发射光谱、原子荧光光谱法、离子色谱法等，这些分析方法均存在预处理步骤繁琐，设备昂贵，操作复杂等缺陷，限制了传统方法在环境样品痕量汞检测中的应用。近年来，传感器技术作为一种新型的检测手段，正在快速发展。由于传感器在用于汞的检测过程中，容易受到其他金属元素的影响，抗环境冲击力弱，其选择特异性和检测灵敏度还有待提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、实用、制作和使用方便的可用于高效检测水体中痕量汞的电化学传感器及其制备方法，还提供一种操作简单、抗环境冲击力强、选择特异性好、超灵敏的检测水体中痕量汞的应用方法。

为解决上述技术问题，提供了一种用于检测水体中痕量汞的电化学传感器，传感器包括一在三电极系统中用作工作电极的玻碳电极，玻碳电极的反应端表面沉积有石墨烯层，石墨烯层的表面沉积有纳米金层，纳米金层的表面上自组装有巯基修饰的可利用T-Hg²⁺-T错配形成双链DNA结构的汞特异性寡核苷酸探针。汞特异性寡核苷酸探针可以与任何汞特异性寡核苷酸探针发生T-Hg²⁺-T错配形成双链DNA的核苷酸链进行反应，构建可特异性捕获汞离子的立体反应域，从而达到检测水体中痕量汞的目的。

在本发明中，汞特异性寡核苷酸探针作为捕获探针，优选为具有SEQ ID No.1的核苷酸序列。

进一步的；电化学传感器还包括目标探针，目标探针为可与所述捕获探针通过T-Hg²⁺-T错配形成双链DNA结构的核苷酸序列，目标探针优选为具有SEQ ID No.2的核苷酸序列。

进一步的，为了扩大反应信号，电化学传感器还包括信号指示探针；信号指示探针为可与目标探针通过互补配对形成双链DNA结构的核苷酸序列，信号指示探针优选为标记有甲基蓝的金载信号指示探针，进一步的优选为具有SEQ ID No.3的核苷酸序列。

在本发明的电化学传感器中，玻碳电极、目标探针、信号指示探针是三个单独存在的部分，当电化学传感器应用于痕量汞的检测时，将玻碳电极、目标探针、信号指示探针置于待检测水体中，使三者之间发生杂化作用。其中玻碳电极反应端的捕获探针与目标探针发生T-Hg²⁺-T错配反应；信号指示探针与目标探针发生互补配对反应。

作为本发明的同一技术构思，本发明还提供了上述的电化学传感器的制备方法，包括以下步骤：

(1)：制作一玻碳电极，在玻碳电极反应端表面进行预处理，然后进行电沉积步骤使石墨烯沉积在玻碳电极的反应端表面得到具有石墨烯层的玻碳电极；

(2)：采用计时电流法将纳米金颗粒沉积在具有石墨烯层的玻碳电极反应端表面形成空间反应域；

(3)：取巯基修饰的可利用T-Hg²⁺-T错配形成双链DNA结构的汞特异性寡核苷酸探针在反应端表面进行自组装，构建可特异性捕获汞离子的立体反应域；完成电化学传感器的制作。

进一步的，步骤(1)中电沉积步骤为：在氮气保护下，将玻碳电极浸入氧化石墨烯中，采用循环伏安法反复扫描-1.5～0.5V范围。

进一步的，步骤(2)中计时电流法为将具有石墨烯层的玻碳电极反应端浸入氯金酸和高氯酸的混合溶液中，在0.2V电位下电沉积30s以上。混合溶液中氯金酸和高氯酸的摩尔浓度比优选为1:1。

作为本发明的同一技术构思，本发明还提供了一种采用前述的电化学传感器或采用前述制备方法制得的电化学传感器在检测水体中痕量汞中的应用，包括以下步骤：

反应：将电化学传感器的玻碳电极反应端置于加有目标探针的待测溶液中进行T-Hg²⁺-T错配反应，T-Hg²⁺-T错配反应完成后，再加入信号指示探针，使信号指示探针与所述目标探针进行互补配对。前述反应过程中，玻碳电极反应端与目标探针进行T-Hg²⁺-T错配反应时间优选为30min以上；目标探针与信号指示探针进行互补配对时间优选为30min以上；待检测溶液的pH值优选为6.0～8.0；