[发明专利]一种用于检测重金属铅离子的碳基电化学传感器及其应用

说明书

本发明涉及一种用于检测重金属铅离子的碳基电化学传感器及其应用，碳基电化学传感器的制备方法包括以下步骤：1)对疏水碳纸进行预处理，之后利用循环伏安法电沉积还原氧化石墨烯，得到CP/rGO电极；2)在CP/rGO电极的表面滴涂dsDNA溶液，之后进行烘干，得到CP/rGO/DNA碳基电化学传感器，该碳基电化学传感器用于检测水环境中重金属铅离子的浓度。与现有技术相比，本发明利用DNA与铅离子之间能够特异性结合的特性，提高了传感器的灵敏度和选择性，并利用rGO与DNA之间的π‑π堆积和疏水作用增大DNA的负载量；采用差分脉冲阳极溶出伏安法的阳极溶出峰电流为定量检测依据，能够有效增强检测的灵敏度，检测限低至1pM，检测方法快速简便，可用于痕量重金属铅离子的检测分析。

技术领域

本发明属于环境污染物分析及重金属离子检测技术领域，涉及一种用于检测重金属铅离子的碳基电化学传感器及其应用。

背景技术

重金属离子污染在当今世界已经引起了广泛的关注，尤其是铅离子，含铅材料被广泛应用于各种日常生活与工业生产用品的制造中，例如颜料、铅蓄电池、煤炭燃烧等。我国《生活饮用水卫生标准》中规定饮用水中铅含量不超过0.01mg/L，与世界卫生组织的规定一致。铅不仅会对环境造成严重污染，也会损害人体健康，尤其是儿童。联合国儿童基金会联合Pure Earth组织在2020年7月发布的报告中提到，大约有三分之一的儿童(以全球范围来看高达八亿)血铅含量达到或超过5μg/dL，这会导致儿童智力低下，有行为、学习障碍，并对脑和神经系统造成不可逆转的伤害。因此，探究对于铅离子的高灵敏度、高选择性的检测与控制具有重要的研究意义和应用价值。

目前，铅离子的分析检测方法主要包括光谱法、比色法、质谱法等，但他们都有一定的缺点，例如需要专业的仪器、复杂的样品预处理过程、分析周期较长等不足之处。而电化学方法具有成本更低、便携性好、稳定性好、响应时间短等优点，适合用于实时检测。同时，基于DNA和DNAzyme的生物分子适合用于重金属离子的检测，因为它们具有良好的生物降解性和对重金属离子的高选择性。然而，如何增大检测信号和灵敏度，成为了电化学方法检测铅离子的瓶颈。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于检测重金属铅离子的碳基电化学传感器及其应用。本发明对铅离子具有高灵敏度、高选择性，且操作简单。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于检测重金属铅离子的碳基电化学传感器的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)对疏水碳纸进行预处理，之后利用循环伏安法电沉积还原氧化石墨烯，得到CP/rGO电极；

2)在CP/rGO电极的表面滴涂dsDNA溶液，之后进行烘干，得到CP/rGO/DNA碳基电化学传感器。

其中，CP为疏水碳纸，rGO为还原氧化石墨烯。

进一步地，步骤1)中，所述的疏水碳纸的预处理过程为：依次用乙醇、水对疏水碳纸进行超声清洗(分别清洗5min)，干燥后再用绝缘胶对疏水碳纸的非沉积区域进行封闭。

进一步地，步骤1)中，利用循环伏安法电沉积还原氧化石墨烯的过程为：将预处理后的疏水碳纸浸入氧化石墨烯悬浮液中，利用循环伏安法电沉积还原氧化石墨烯，之后洗去疏水碳纸表面粘附的不稳定的氧化石墨烯，并进行干燥。

进一步地，电沉积过程中，扫描范围为-0.96V至0.78V，扫速为0.05-0.15V/s，扫描4-6圈。

进一步地，所述的氧化石墨烯悬浮液的配制过程为：向磷酸缓冲液(PBS)中加入氧化石墨烯，之后超声分散1-2h，得到0.4-0.6mg/mL的均匀悬浮液，即为所述的氧化石墨烯悬浮液。

进一步地，步骤2)中，所述的dsDNA溶液的浓度为80-100μg/mL，所述的烘干为红外烘干。dsDNA溶液优选为dsDNA的水溶液。