自組裝膜修飾電極在環(huán)境監(jiān)測分析中的應(yīng)用

么麗

摘 要：介紹了自組裝膜修飾電極制備、類型、結(jié)構(gòu)和主要研究方法，綜述了自組裝膜分析方法在環(huán)境監(jiān)測分析中的應(yīng)用。作為一種新方法測定酚類污染物及金屬離子組分的濃度，它具有簡便、快捷、經(jīng)濟實用等特點。

關(guān)鍵詞：自組裝膜；修飾電極；環(huán)境監(jiān)測分析；應(yīng)用

自組裝膜（Self-Assembled Monolayer，SAMs）技術(shù)是在自組裝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。自組裝膜修飾電極是按需要剪裁電極表面組成和特性，通過進一步接著多種功能分子，實現(xiàn)對目標(biāo)物的檢測，從而在環(huán)境分析等許多領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。

1 自組裝膜

1.1 制備

SAMs是自發(fā)形成的一種熱力學(xué)穩(wěn)定、排列規(guī)則的單層或多層分子膜。通過自組裝分子鏈間的范德華力作用、分子鏈內(nèi)特殊功能基團間的作用及長鏈有機分子頭基和基底之間化學(xué)鍵合作用形成。具有制備方法簡單，熱力學(xué)穩(wěn)定，低缺陷和均勻一致等優(yōu)點。同時，由于金屬-硫鍵作用較強，成膜穩(wěn)定不易損壞，可用各種物理、化學(xué)方法對其進行性質(zhì)和結(jié)構(gòu)分析。

1.2 類型和結(jié)構(gòu)

主要包括：有機硅烷衍生物的自組裝；脂肪酸及衍生物在金屬氧化物表面自組裝；烷烴在硅氫表面上的自組裝；磷酸鹽沉淀的自組裝[3]；有機硫化物在半導(dǎo)體、金屬表面的自組裝等（如圖1）。

圖1 可形成自組裝膜的硫醇分子結(jié)構(gòu)

可作為基體的材料還有：鉑、金、銀、銅、汞、鐵等。硫醇在Au基底上的自組裝膜研究最多，也最有代表性。含S有機物在Au表面形成Au的一價硫醇鹽[1]，其形成機理為：

R-SH+2Au0——R-S-Au+Au0+1/2H2

1/2RS-RS+2Au0——RS-Au+Au0

1.3 主要研究方法

巰基化合物在Au表面上形成的SAMs非常穩(wěn)定，高真空環(huán)境和光子及離子的“撞擊”其結(jié)構(gòu)也不會發(fā)生大的變化，可用幾乎所有的物理方法表征。主要研究方法有：XPS，F(xiàn)TIR，AFM，XRF，Raman Spectra，STM，SPR，QCM和傅立葉變換質(zhì)子光譜等。電化學(xué)法以界面電荷轉(zhuǎn)移及相關(guān)的過程為主要研究對象。阻抗法、電容法利用SAMs的雙電層結(jié)構(gòu)，CV法可獲得SAMs表面覆蓋度，研究SAMs對溶液中電活性物質(zhì)傳遞的阻礙作用，并通過研究含電活性基團的SAMs電化學(xué)性質(zhì)進一步研究電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，從而實現(xiàn)對目標(biāo)物的測定。圖2為裸的和修飾后的金電極在0.1mol·L-1KCl和K3Fe（CN）6溶液中的CV圖。

2 自組裝膜在環(huán)境監(jiān)測分析中的應(yīng)用

自組裝膜在環(huán)境分析領(lǐng)域顯示出巨大的優(yōu)勢。

（1）對水體中酚類污染物進行檢測。水體中酚類污染物含量分析是水質(zhì)檢測的重要一項。目前，揮發(fā)酚的測定使用國標(biāo)方法：4-氨基安替比林分光光度法，其它方法還有HPLC、GC、FIA和熒光光度法等[2]。這些方法通常存在操作比較復(fù)雜，大型儀器維護昂貴，所用試劑毒性較強，易造成二次污染等缺點。因此，SAMs作為一種簡單易行，靈敏快速，無二次污染的方法，必將在酚類物質(zhì)檢測分析中發(fā)揮更大的作用，應(yīng)用前景也日益廣闊。

（2）對污染物中金屬離子進行檢測。引入特定基團或化合物的SAMs修飾電極對金屬離子有選擇性響應(yīng)，可用于制作離子選擇性電極。文獻報道周性堯?qū)㈣F氰合銅固定在谷胱甘肽SAMs修飾Au電極表面，修飾后的電極對K+具有選擇性響應(yīng)，Na+、Li+等其它堿金屬離子的存在對測定沒有干擾。冠醚類化合物和環(huán)糊精衍生物分別為第一代超分子和第二代超分子，將它們固定在電極表面制成的離子選擇性電極，可對多種簡單金屬離子及重金屬離子進行測定。

（3）分子識別。SAMs高度界面有序性、高穩(wěn)定性、分子結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)性等多種優(yōu)點，使它在整個分子識別領(lǐng)域主導(dǎo)地位，電荷轉(zhuǎn)移、分子大小和形狀識別及靜電作用等其它類型的分子敏感膜制備也是在SAMs基礎(chǔ)上進行的。利用自組裝膜修飾電極的識別功能可進行環(huán)境監(jiān)測分析研究。

3 前景展望

自組裝膜技術(shù)已在環(huán)境監(jiān)測基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究中日趨成熟，目前已取得了一定進展和成就，自組裝膜技術(shù)將推動檢測儀器向微型化方向發(fā)展，用于環(huán)境監(jiān)測的現(xiàn)場或在線分析。

參考文獻

[1]Ulman A.Chem.Rev[J].1986，96：1533.

[2]奚旦立，孫裕生，劉秀英.環(huán)境監(jiān)測[M].高等教育出版社，1999.