[发明专利]一种离子检测用高分子静电自组装传感材料及其制备方法和其应用

说明书

本发明属于高分子自组装材料与环境离子污染物检测领域，具体涉及一种离子检测用高分子静电自组装传感材料及其制备方法和其应用。传感材料是由兼具离子螯合功能、表面负电荷的微水凝胶颗粒与阳离子聚电解质经静电力作用自组装而成的多层薄膜，并通过石英晶体微天平技术，实现对水中重金属离子的选择性检测。

技术领域

本发明属于高分子自组装材料与环境离子污染物检测领域，具体涉及一种离子检测用高分子静电自组装传感材料及其制备方法和其应用。

背景技术

目前具有荧光检测功能材料的制备需要采用复杂的分子印迹技术，使用有机溶剂，多步反应且需要洗脱模板分子，而且利用微凝胶实现对离子的检测方法依赖于离子与特定有机功能基团作用所产生的荧光、吸光或电位变化，无法进行实时在线分析，且往往存在干扰现象，难以适应当前检测工作的需要。

石英晶体微天平技术(QCM)具有非常高的灵敏度，可以测到纳米范围内的薄膜厚度变化和纳克范围内的痕量物质质量的变化，无需进行荧光标记，适合水相连续自动监测和现场分析。制备基于QCM技术的离子传感器，关键是制备能选择性识别和结合离子的功能性涂层或薄膜。

在石英晶片的金电极表面制备功能性聚合物薄膜的方法主要有化学和物理方法两种。化学方法需要进行化学接枝反应，实验条件要求较高，多步反应，路线较长；物理方法主要是将含有功能性基团的高分子溶解在有机溶剂，再旋涂成膜，虽然旋涂成膜的方法简单方便、膜厚可控，但仍然存在使用有机溶剂、厚度不均、疏水性强、吸附效率不高等缺点。

因此，如何减少有机溶剂使用、简单方便地绿色合成用于环境离子污染物的检测材料，实现QCM在线实时、无需荧光标记检测离子污染物，是离子检测技术领域的一项重要研究课题。

发明内容

本发明提供了一种离子检测用高分子静电自组装传感材料，是由兼具离子螯合功能、表面负电荷的微水凝胶颗粒与阳离子聚电解质分子链经静电力作用自组装而成的多层薄膜，该多层膜结构中，微凝胶颗粒与聚电解质交替叠加，

上述微水凝胶颗粒的粒径为200～500nm，表面带负电荷且表面电位势为-7.5～-20.5mV，该微水凝胶颗粒由具有温度敏感性能的单体M1、具有离子螯合性能的单体M2、提供表面负电荷的单体M3共聚而成，

其中，M1为N-异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯、甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯中的一种或两种以上的混合物，

M2为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰谷氨酸胺、丙烯酰谷氨酸胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、乙烯基咪唑、4-乙烯基吡啶中的一种或两种以上的混合物，

M3为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸钠、甲基丙烯酸钠、对苯乙烯磺酸钠中的一种或两种以上的混合物，

上述的聚阳离子电解质为聚乙烯亚胺、聚烯丙基氯化铵、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、阳离子纤维素、聚四乙烯基吡啶中的一种或两种以上的混合物，聚阳离子电解质重均分子量(M_w)优选200000、100000、70000、50000或20000。

本发明还提供了一种上述离子检测用高分子静电自组装传感材料的制备方法，具体步骤为：

(1)制备兼具离子螯合功能、表面负电荷的微水凝胶颗粒

将具有温度敏感性能的单体M1、具有离子螯合性能的单体M2、提供表面负电荷的单体M3在引发剂和交联剂作用下于水中聚合，

单体M1、单体M2、单体M3在聚合体系中的质量百分比分别为0.5～2％、0.3～0.4％、0.1～0.3％，

引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵，

交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、戊二醛或二甲基丙烯酸乙二醇酯，