化学电阻传感器可用于检测水介质中的银离子

前言

金属银通常用于水过滤器，以减少过滤器内生物膜的生长。银离子被用作饮用水的有效消毒剂。医院在其热水系统中使用铜银电离来控制军团菌。另一方面，银不是人体必需的金属，应限制接触以避免副作用，如银中毒和呼吸道刺激。在环境中，高浓度的银盐会对各种水生生物构成威胁。鱼类的半数致死浓度(LC50)为58 ppb，线虫为4.8 ppm。然而，甲壳类动物最为敏感，其半数致死浓度为0.85 ppb。目前没有针对饮用水中银离子的指南，世界卫生组织(WHO)设定了100 ppb的健康忠告(非指南值)。唯一一个最高允许含量的国家是德国，其饮用水法规规定最高允许含量为80 ppb 。

虽然已经有很多方法已经用于银检测，但有各种限制。比如QCM传感器是不可重复使用的，因为它们在反复暴露于银时无法再现它们的频率偏移。比色方法在真实样品中受到基质效应的影响，这可能会阻碍比色响应或淬灭传感器分子的荧光。ISE和ASV需要参考电极，容易损坏，需要经常重新校准和维护。标准实验室方法，如电感耦合等离子体质谱法和电感耦合等离子体原子发射光谱法，虽然灵敏度和选择性高，但需要复杂的仪器和样品处理。

研究内容

在此，麦克马斯特大学的研究人员建议使用用银(I)离子选择性配体功能化的化学电阻传感器，以足够的灵敏度、特异性和鲁棒性检测水介质中的银(I)离子。化学电阻传感器是基于调节传感器薄膜本身的电子结构，消除了对反电极或参比电极的需要。

实验方法

在他们的设备中，剥离的几层石墨烯(FLG)薄片的渗透网络连接到两端的两个铜触点，并暴露于银离子，使得只有FLG而不是触点与离子相互作用。FLG是一种半金属，具有很高的面内电导率，很容易通过掺杂进行调节，这是所提出的传感器中信号转导的关键特性。对于在水环境中的应用，更重要的是FLG基面是化学惰性的，尽管它可以通过吸附芳香分子而非共价功能化。为了使FLG功能化，银(ⅰ)特异性配体，如八氧嘧啶，可以被吸附到膜上并与其发生电子相互作用，从而赋予选择性，同时防止与干扰离子相互作用。当银离子结合到FLG表面上的鱼肌浆蛋白时，鱼肌浆蛋白的能级发生变化。这将导致薄膜的电阻降低。随着分析物浓度的增加，络合银离子的量也增加，电阻的大小也改变。

传感器的组件，成品传感器的图片

化学电阻传感器制造的详细说明。

用pH 3硝酸重置传感器。传感器需要1小时才能达到先前的基线，之后银(I)可以再次加入溶液中。

结论

这些传感器的线性范围为60 ppm至60 ppm，为饮用水应用提供了足够的灵敏度。与受体分子共价键合所需的表面缺陷丰富的膜相比，在这些传感器中具有π堆积选择性分子的FLG膜在真实样品环境中更具化学稳定性，这在其他耐化学性传感器设计中很常见。这也是bathocuproine首次用于无试剂银(I)检测，不同于以前报道的铜(I)检测，后者需要使用还原剂。银(I)传感器的开发不同于游离氯传感器的基于氧化还原的响应，而是基于络合反应的响应，络合反应可用作检测各种其他金属阳离子的模板。

https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.129023。