石墨烯場效應(yīng)管傳感器的制備及其在水體重金屬離子檢測中的應(yīng)用.pdf

1、重金屬是環(huán)境主要污染物之一，具有高毒性、難降解、長距離遷移等特點。傳統(tǒng)的重金屬測定方法包括原子吸收法、原子發(fā)射光譜法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法等。這些分析方法需要昂貴的設(shè)備、操作繁瑣、分析時間長、無法進行現(xiàn)場快速檢測。因此，發(fā)展新的高靈敏、高選擇性檢測方法具有重要意義。基于石墨烯的優(yōu)異電子特性，本論文構(gòu)建了電化學(xué)還原氧化石墨烯場效應(yīng)管(rGO-FET)，利用DNA適配體和功能化金納米粒子對FET溝道進行修飾，發(fā)展了水中汞離子(Hg2+)和

2、六價鉻離子(Cr6+)的高靈敏傳感器及檢測方法。
　　具體研究成果如下：
　　采用光刻技術(shù)在SiO2/Si基底上制備金叉指電極，通過靜電吸附將單層氧化石墨烯(GO)組裝到3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)功能化的叉指電極上，利用線性掃描伏安法對GO進行還原，通過π-π作用將1-芘丁酸琥珀酰胺酯(PBASE)吸附在還原氧化石墨烯（rGO）表面，再將單鏈DNA(5'-(NH2)-TTCTTTCTTCCCCTTGTTTGT-3'

3、)修飾到PBASE功能化的rGO上，制備了對Hg2+特異性響應(yīng)的rGO-FET傳感器。該傳感器在干擾離子共存下可對Hg2+選擇性檢測，響應(yīng)時間小于60s，線性范圍0.5nmol/L～990nmol/L，最低檢測濃度低于美國環(huán)境規(guī)劃署(EPA)對飲用水中Hg2+離子的最高濃度限值(10nmol/L)。傳感器重復(fù)性好，多次測定相對標(biāo)準偏差(RSDs)為5.5～28.7％。將傳感器用于實際水樣中Hg2+離子檢測，回收率為98.6～116.7％

4、，RSDs為3.4％～10.4％。對比研究了電化學(xué)還原氧化石墨烯場效應(yīng)管和化學(xué)還原氧化石墨烯場效應(yīng)管對Hg2+離子響應(yīng)性能，結(jié)果表明，電化學(xué)還原氧化石墨烯場效應(yīng)管對Hg2+離子的響應(yīng)靈敏度提高2倍，最低檢測濃度是化學(xué)還原氧化石墨烯場效應(yīng)管的1/10。
　　利用Cr6+離子引起二硫蘇糖醇(DTT)修飾的金納米粒子(DTT-AuNPs)發(fā)生聚集的現(xiàn)象，發(fā)展一種高靈敏檢測水中Cr6+離子的方法。通過靜電吸附將金納米粒子1(AuNPs1，

5、～7.5nm)組裝到rGO-FET溝道上，利用DTT修飾AuNPs1，作為捕獲探針。利用DTT修飾金納米粒子2(DTT-AuNPs2，～38nm)，作為游離探針。在Cr6+離子存在下，AuNPs2與rGO通道上的AuNPs1發(fā)生特異性作用，使AuNPs2在rGO通道上聚集，引起通道電阻發(fā)生變化，實現(xiàn)對Cr6+離子的檢測，水中常見的其它金屬離子無明顯干擾。研究發(fā)現(xiàn)，在rGO通道組裝AuNPs1可以顯著提高檢測靈敏度。該傳感器對Cr6+離子