基于QCM的工业废水中重金属检测

锌离子(Zn^(2+))的检测涉及到食品,水土环境,人体病理等多方面人类安全问题,越发受到国内外学者的关注。为方便且准确地检测排放污水中Zn^(2+)是否达标,采用涂覆能够特异性吸附Zn^(2+)的含醚键离子交换树脂薄膜到石英晶体微天平(QCM)电极上,制备了重金属传感器。通过测量QCM的共振频移,研究了传感器的选择特性,检测精度,检测响应时间和重复性。实验结果表明:制备的涂覆含醚键树脂薄膜石英晶体传感器频率随Zn^(2+)的含量变化明显,检测精确度约为95%,可重复多次检测,检测时长适度。该传感器研究成果在重金属实际检测方面中有潜在的应用前景。

氨基化石墨烯电化学传感器在重金属离子检测中的运用分析

本研究旨在探讨氨基化石墨烯电化学传感器在重金属离子检测中的应用,特别是针对Cd^(2+)和Pb^(2+)的检测。研究内容主要包括氨基化石墨烯(NH_(2)-rGO)、壳聚糖(CS)和聚谷氨酸(Glu)复合材料修饰电极的制备,以及其在电化学检测中的性能评估。通过对不同修饰电极的表征与性能分析,本研究揭示了NH_(2)-rGO/CS/Glu复合材料修饰电极在提高检测灵敏度和选择性方面的显著效果。研究结果表明,相比于裸电极和单一材料修饰电极,NH_(2)-rGO/CS/Glu修饰电极对Cd^(2+)和Pb^(2+)展现出了更高的灵敏度和优异的选择性。此项研究为开发新型高效电化学传感器提供了有价值的参考,对于环境监测和重金属污染控制具有重要意义。

ZIF-8封装AuNCs荧光传感器用于铁离子的检测

介绍一个适合于本科教学使用的综合创新实验,设计合成了一种荧光传感器Au NCs@ZIF-8,并将其用于铁离子(Fe^(3+))的检测。MOFs具有高效吸附、聚集检测物的特点,因此选择将Au NCs封装到ZIF-8中,从而实现目标物的定量检测。封装后,由于Au NCs具有AIE特性,所以Au NCs@ZIF-8的荧光强度明显增强。ZIF-8是一种多孔材料,加入Fe^(3+)后,Fe^(3+)能够进入ZIF-8内部,导致Au NCs的荧光被Fe^(3+)猝灭,成功用于实际水样中Fe^(3+)的检测。尽管该实验步骤复杂并涉及新型纳米材料的合成和表征,但它成功地整合了无机化学、分析化学以及材料化学的相关知识,且操作难度适宜。这为提升学生的动手能力和科技前沿理解提供了一次宝贵的机会。

基于5-氨基烟酸的锰金属有机框架的合成、结构及荧光传感性质

室温下,通过溶液法将5-氨基烟酸(5-Hana)与MnCl_(2)反应,成功合成了一例新的三维Mn(II)金属有机框架[Mn_(2)(5-ana)_(4)(H_(2)O)]n(命名为Mn-MOF)。通过X射线单晶衍射、X射线粉末衍射、元素分析、红外光谱、热重分析、紫外-可见光谱和荧光光谱法对配合物的结构和性质进行表征。结构分析表明,配合物属单斜晶系,具有双节点(2,8)-c配位网络结构,其中[Mn_(2)(CO_(2))_(2)(H_(2)O)]二聚单元作为8-连接节点,5-ana-配体作为2-连接节点。分子范德瓦耳斯表面静电势(ESP)分析表明,5-ana-配体的第一反应位点在羧基氧原子附近,ESP最小值为-143.37 kcal·mol^(-1),第二和第三反应位点分别位于吡啶环和氨基氮原子附近。Mn-MOF常温下具有良好的热稳定性。荧光光谱测试显示配合物在256 nm光激发下的最大发射波长为402 nm。更重要的是,Mn-MOF可以通过荧光猝灭实现对Fe^(3+)的选择性识别,且猝灭效率达到98.71%,可作为潜在的荧光探针分析水溶液中的Fe^(3+)。

循环老化三元锂离子电池热失控气体毒性研究

为研究高能量密度锂离子电池循环老化过程中热失控特性变化及释放气体的毒性危害,对不同循环老化程度的三元锂离子电池进行热滥用实验,利用气体传感器阵列,基于有效剂量分数模型对热失控气体毒性危害进行定量分析。结果表明,高镍含量三元锂离子电池循环性能差,200次循环老化后,电池健康状态低于70%。老化电池更容易进入热失控状态,热失控反应更剧烈但释放能量少,释放气体燃烧效率低。在密闭空间内,电池热失控释放窒息性气体危害性比刺激性气体更高,150次循环老化电池的窒息性气体毒性累积效应比新鲜电池早638 s达到临界值1。随老化程度增加,最终电池的刺激性气体毒性即时效应与气体致死毒性即时效应降低,与新鲜电池相比,100次循环老化后,电池的刺激性气体毒性即时效应降低0.34,气体致死毒性即时效应降低0.19。研究结果可为老化电池安全性评估及热失控预警提供数据支撑。

锂离子电池热失控气体毒性风险分析方法

为研究锂离子电池热失控气体中主要有毒物质的危害程度,提出一种基于风险评估理论的锂离子电池热失控气体毒性风险分析方法。以点燃参数表征锂离子电池热失控发生概率,利用2种有效剂量分数(FED)方程与气体传感器阵列检测结果,建立锂离子电池热失控气体毒性动力学模型,进而表征气体毒性造成的后果,分析不同荷电状态(SOC)下三元锂离子电池热失控气体的毒性风险。结果表明:高SOC锂离子电池更易进入热失控状态,热失控释放的CO、HF及气体总量随SOC的增加而增加;锂离子电池SOC越高,热失控释放气体毒性风险越大,100%SOC锂离子电池毒性风险约为25%SOC锂离子电池的8倍,需要11倍的新鲜空气稀释才能达到安全浓度。研究结果可为锂离子电池热失控早期预警及气体毒性评价提供数据参考。

基于纸基印迹预富集的痕量镉电化学传感器

重金属镉离子(Cd(Ⅱ))是水体质量评价的重要指标之一,本文提出一种基于纸基印迹预富集的痕量镉电化学传感器构建方法,将离子印迹技术、丝网印刷技术、蜡印法和电化学还原有机结合,合成纸基Cd(Ⅱ)印迹聚合物膜(Cd(Ⅱ)-IIP@paper),获得改性后的纸基电极(rGO/SPCE@paper)。通过优化石墨烯沉积时间、预富集时间、模板离子洗脱时间等实验条件,发现在5~100μg/L浓度范围内Cd(Ⅱ)溶出峰电流与浓度表现出良好的线性关系,检出限为0.91μg/L(S/N=3)。结果表明:Cd(Ⅱ)-IIP@paper具有较好的重复性和稳定性,制备的电化学传感器表现出良好的选择性,将其应用于实际水样中Cd(Ⅱ)的检测,回收率在94.0%~104.4%之间,具有较强的实用价值。

基于复合纳米纤维膜的离子传感器制备及其性能

为开发具有高稳定性、高灵敏度的柔性离子传感器,采用静电纺丝法制备聚偏二氟乙烯(PVDF)/离子液体(IL)复合纳米纤维膜,与电极材料组装成三明治结构的离子传感器。探讨了纺丝液质量分数及IL含量对纺丝工艺和纤维膜形貌的影响;其次利用能量色散X射线光谱仪和红外光谱仪表征了复合纳米纤维膜所含元素分布与化学结构;进一步利用柔性传感器测试系统探究了不同IL含量、不同厚度的纳米纤维膜对于传感器性能的影响。结果表明:在PVDF质量分数为18%~19%,且与离子液体量比为2∶1或3∶1时,复合纳米纤维膜表面规整,串珠少,纤维直径分布均匀,带电离子数量增多且分布均匀;随着PVDF/IL纳米纤维膜的厚度增加,离子传感器的检测范围逐渐增大,灵敏度逐渐降低;在聚偏二氟乙烯质量分数为18%,且与离子液体的量比为2∶1时,离子传感器在0~40 kPa的检测范围内具有32.471 pF/kPa灵敏度的压力感测,在5000次加载-循环中保持突出的力学稳定性,并且可应用于分辨人体关节运动的检测。

铅离子印迹电化学传感器的制备及检测性能研究

重金属因其具有高毒性、致癌性和潜在的生物积累性,引发的环境问题受到广泛关注。为精确监测环境中的重金属污染,结合电化学分析和离子印迹技术的优势,构筑了对铅离子的高灵敏电化学传感器。利用铅离子作为模板,采用3-(γ-氨基乙氨基)-丙基-三甲基硅烷作为功能单体,在介孔硅表面,通过共缩聚法制备了离子印迹聚合物,并将其作为电化学传感器的核心识别元件。经过优化碳糊电极的组成,制备了一系列高选择性的离子印迹电化学传感器,并对其电化学行为进行了分析。测试结果表明,所制传感器对铅离子的检测线性范围为10^(-9)~10^(-6) mol/L,且检出限达到1.3×10^(-11) mol/L(信噪比=3)。在对河水和大米等实际样品的检测中,传感器展现了高灵敏性(相对标准偏差为2.5%~7.4%)和高准确性(回收率为98.8%~102.9%),表明其在环境监测和食品安全检测方面具有应用潜力。

一种用于水相介质中Pd^(2+)检测的新型荧光传感器

设计并合成了一种新型四苯乙烯衍生物(TPE-H),该衍生物在THF/H_(2)O(0.5/9.5,体积比)溶液介质中显示出明亮的红色聚集诱导发射(AIE)特性。TPE-H通过荧光“开-关”策略选择性地鉴别Pd^(2+)。该传感器具有出色的选择性和灵敏度,并在很宽的pH范围(4~10)内显示出出色的稳定性。对Pd^(2+)检测的详细研究表明,Pd^(2+)的检出限为9.81×10^(-8)mol/L。通过核磁共振氢谱、傅里叶红外光谱和质谱等测试确认了传感机理。在传感试纸和真实水样测试中,TPE-H对Pd^(2+)具有良好的传感效果,误差较小。该研究不仅报道了一种有效的Pd^(2+)荧光传感器,而且为在复杂环境中原位和实时传感Pd^(2+)提出良好的应用前景。

可用于运动监测的双模态离子传感纤维

针对传统刚性导电材料柔韧性差、舒适性低及现有离子导电材料多为薄膜或块状而导致透气透湿性差等问题,提出一种湿法纺丝一步制得的一维离子传感纤维,并研究其物理性能及传感性能,阐述其未来的发展潜力。测试结果表明,离子传感纤维灵敏度高(规格因子GF=201)且可准确监测微小应变(~05%),具有宽应变监测范围;响应时间小于50 ms,与人体皮肤的响应时间接近,足以监测人体运动信号;表现出优异的循环耐久性,10000次循环拉伸后仍能保持电阻信号变化稳定;同时具有湿度传感性能,对环境中湿度的变化能做出及时且准确的信号反馈。该离子传感纤维制备方法简便,具有工业化大规模的潜力,在智能健康监测、运动训练与优化、智能人机交互等领域均具有较大的发展潜力。

紫外-可见光谱传感对甘草品种及产地的准确鉴别

甘草是具有补脾益气、清热解毒、祛痰止咳等功能的中药材,由于遗传和地理环境的影响,不同品种和产地的品质及价格差异很大,常有不法商家为了利益以次充好。针对与甘草品质密切相关的甘草酸和甘草苷的结构特性,通过6种能与其发生特异性光学反应的有机染料和金属离子构建了一种甘草品种和产地快速鉴别的光谱传感方法。收集了新疆、内蒙古、宁夏、北京、乌兹别克斯坦五个甘草主产地的175个样品,分别测定甘草提取液和加入不同的金属离子-有机染料的紫外-可见光谱数据,通过比较两者之间紫外-可见光谱的差异,筛选出6种能与甘草提取液发生特异性光学反应的金属离子和有机染料,用于紫外-可见光谱传感点的构建。通过构建的紫外-可见光谱传感方法对采集的所有样品进行检测分析,并结合偏最小二乘判别分析(PLS-DA)和随机森林(RF)算法对甘草的品种和产地进行鉴别。结果显示,原始甘草品种和产地的谱峰在多处重叠,PLS-DA分类结果中的Q2仅为0.75,即纯光谱对甘草能进行初步鉴定但预测准确度不高。为了进一步提高其鉴别准确度,在甘草提取液中加入金属离子和有机染料产生谱峰变化,相比于甘草原始紫外-可见光谱,甘草品种和产地的谱峰都有较为明显的差异。采用矢量编码偏最小二乘判别分析(Dummy codes-PLSDA)和随机森林(RF)算法建立甘草品种和产地的鉴别模型,发现6种传感材料的融合光谱的准确率均达到100%,显著提高了金属离子-有机染料传感阵列对甘草的识别能力,RF模型准确率明显高于PLS-DA模型,其中单一传感点的RF和PLSDA模型的鉴别准确率分别大于98.65%和91.30%,远高于原始光谱的65.22%。通过金属离子-有机染料,构建了一种用于甘草品种和产地准确鉴别的紫外-可见光谱传感方法。为其他中药材的快速鉴别提供了一种新思路,有利于消费者的健康和利益的保障,促进中药资源的可持续发展。

纤维素基汞离子传感器的研究进展

总结了不同形态的纤维素基材料在汞离子传感器方面的研究进展,深入分析了其在比色、荧光和电化学传感等各类传感技术中的重要作用,并探讨了纤维素基材料在汞离子检测中面临的挑战及未来的发展前景。

黑磷纳米片在重金属离子传感器中的研究进展

黑磷(BP)纳米片具有特殊的褶皱状结构从而使其具有可调的直接带隙、传输各向异性、光致发光等特性,这些独特的性质使其被广泛应用于构建金属离子传感器并在环境监测等研究领域展现了巨大的应用潜力。本文综合介绍了BP纳米片制备方法及其构建的不同类型传感器在重金属离子检测中的应用。首先,基于“自上而下”法和“自下而上”法分别介绍了不同类型的BP纳米片制备方法,并对不同制备方法的优缺点进行了归纳和总结。然后,详细阐述了BP纳米片构建的场效应晶体管(FET)传感器、电化学传感器和光化学传感器在检测重金属离子中的研究进展,对不同类型传感器的独特优势进行了分析,其中FET传感器具有优异的检出限,电化学传感器具有响应时间短、操作简单等优势,而光化学传感器则表现出更宽的检测范围。进一步,总结并指出目前BP纳米片构建的重金属离子传感器能够检测的重金属离子的种类比较有限,稳定性和选择性也有待进一步提升。最后,针对BP纳米片在构建不同类型重金属离子传感器中面临的挑战,指出BP基传感器应朝着开发低成本、高质量BP纳米片的制备方法以及BP纳米片的结构优化和功能化修饰等方面的研究方向发展。在拓展重金属离子检测应用方面,结合新技术有望使其在实际应用中有新的突破。

脉冲电弧离子镀工艺参数对氧化锌压电涂层结构与电阻的影响

为了给探索、提升ZnO压电薄膜的制备工艺提供一定的科学参考及依据,通过脉冲电弧离子镀的方法在不锈钢基底上沉积结合力强的纳米氧化锌(ZnO)压电涂层,并系统研究工作气压及靶基距这2个关键制备工艺参数对ZnO压电传感涂层的晶体结构及电阻性能的影响。结果表明:工作气压降低则涂层结晶度提高,而随靶基距增大,结晶度先增加后降低,电阻随之降低。这一结果为新型永久薄膜压力传感器(PMTS)在高压及超高压智能套管的压力监测领域的应用提供了一定的科学参考及依据。

基于SPR的重金属离子检测技术研究进展

重金属离子浓度的检测对于人体健康和环境科学等领域具有重要意义。与其它离子检测方法相比,表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR)技术具有无标记,灵敏度高和检测限低等优点,为重金属离子监测领域带来了新的可能性。本文综述了SPR传感技术在重金属离子检测中的应用及其技术进展。首先介绍了SPR传感的技术原理;然后在传感材料的选择以及表面修饰等方面,针对铅、汞等有害重金属离子,重点阐述了对灵敏度、线性动态范围和特异性等指标的改进;最后介绍了SPR成像传感技术在检测速度、灵敏度等方面取得的重大进展,展望了SPR技术的发展前景。

水环境中铀酰离子荧光检测材料研究进展

铀是核能开发利用的主要原料,在铀矿开采、核电站运行、乏燃料处理等环节将不可避免地释放并残留到环境中,对生态环境和人类健康造成严重威胁。环境中的铀常以铀酰离子(UO_(2)^(2+))的形式存在,具有较强的化学毒性和放射性。因此,需要及时有效地对环境中存在的铀进行检测,已有多种材料被设计用于UO_(2)^(2+)检测,主要包括有机材料、无机材料、MOF/COF、生物质材料和光子晶体等。本文综述了上述材料的优缺点,旨在对铀酰离子检测材料的研究提供新思路。

丹磺酰氯在金属离子检测中的应用研究进展

丹磺酰氯作为荧光传感分子在金属离子识别中获得广泛应用。以荧光探针与金属离子之间的相互作用分别阐述,讨论了近10年丹磺酰基识别受体在金属离子荧光探针领域中结构设计的研究进展。其传感机理涉及分子内诱导光电子转移、电荷转移、二甲氨基去质子化/质子化、单体-激基缔合物的生成、螯合增强荧光转移、络合反应、荧光共振能量转移等多种作用机制,探讨了各种作用机制下丹磺酰基团光响应信号的变化规律,如分子内电荷转移诱导的荧光淬灭、螯合作用导致荧光信号增强等不同响应方式。对丹磺酰基在荧光探针分子设计领域的应用前景进行了展望。

用于检测痕量铅离子的功能化反射结构光纤干涉传感器

铅离子(Pb^(2+))是日常生活中常接触的有毒重金属污染物之一。本研究开发了一种新型反射式光纤干涉传感器,用于检测痕量铅离子。该传感器结构由单模光纤、无芯光纤和细芯光纤(TCF)依次拼接而成。TCF的包层被氢氟酸部分腐蚀并涂覆功能化的水凝胶传感膜。该传感膜选用甲基丙烯酸2-羟基乙酯(2-HEMA)作为识别单体。2-HEMA中的氧原子能与Pb^(2+)发生配体-受体相互作用,形成“-O-Pb-O-”交联结构,从而改变TCF的新包层有效折射率。因此,可以通过观察反射光谱中光信号的变化来检测水溶液中Pb^(2+)的浓度。所提出的传感器具有很高的检测灵敏度(1.926×10^(9)nm·mol^(-1)·L),其检测极限为4.14 ppt(1 ng·L^(-1)=1 ppt),比世界卫生组织(WHO)规定的饮用水中Pb^(2+)(10 ppb,1μg·L^(-1)=1 ppb)浓度低1000倍。此外,利用一个方程组实现了该传感器的温度自校准功能,成功地消除了环境温度的干扰。由于该传感器良好的特异性、稳定性以及反射式结构,非常便于实时远程检测,为环境和人类健康监测提供了广阔的前景。

柔性锌离子电池在可穿戴传感器中的应用研究进展

可穿戴传感器在运动、医学、康复等多个领域的应用极大地方便了对人体运动指标信号的捕捉和监测,有效避免了运动损伤,降低了就医频率甚至挽救了许多生命。随着可穿戴传感器的应用和普及,与之适配的柔性能源供应系统成为其发展的关键。近年来研究者们基于不同的能量释放方式,研究和设计了多种柔性能源供应系统,其中柔性锌离子电池以其高能量密度、高弹性模量、高循环稳定性和高安全性在众多供能体系中脱颖而出,成为可穿戴传感器最具潜力的柔性能源供应系统之一。本文综述了柔性锌离子电池近年来在可穿戴传感器方面的研究进展,主要介绍和总结了电池各组件(集流体、电极(正极、负极)、隔膜、电解质、封装)的材料类型、特点以及与可穿戴传感器集成的应用情况,最后讨论了柔性锌离子电池目前面临的问题和挑战。