基于氧硫功能团载体的铅离子电位传感器的研究与进展.pdf

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1、第40卷分析化学(FENXIHUAXUE)特约来稿第1期2012年1月ChineseJournalofAnalyticalChemistry50～58基于氧硫功能团载体的铅离子电位传感器的研究与进展黄美荣谷国利施凤英李新贵(同济大学材料学院先进土木工程材料教育部重点实验室，材料化学研究所，上海200092)(上海师范大学建筑工程学院，上海201418)摘要系统总结归纳了基于氧硫功能团载体的铅离子电位传感器，具体涉及到葸醌、芳羧酸、羧酸酯、磷酸酯和含酰胺、硫酰胺大环化合物等。蒽醌类载体普遍具有较快的铅

2、离子响应速度，响应时间为2S。含硫芳香羧酸对铅离子的传感普遍较为敏感，构建不对称膜后，探检出限改善至6．0X10。mol／L。磷酸酯则具有很强的抗干扰能力，大部分金属离子选择系数logK均小于一3．0。而含酰胺基团的大环化合物载体已构建成微型传感器，从而可探测受限于3L测量池的样品，检出限达2．7X10～mol／L。关键词电位传感器；铅离子传感器；离子载体；蒽醌；芳羧酸；磷酸酯；硫代酰胺；综述1引言许多分析技术可用于铅离子含量分析，如原子吸收光谱法]、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱嘲、双硫腙显

3、色分光光度法、比色法等。尤其是近年报道的荧光化学传感器【6q]，使得铅离子检出限低于5×10mol／L，低于美国环保局EPA规定的饮用水标准(其允许铅含量最大值为7．2×10mol／L，即15~tg／L)。然而，昂贵的仪器使用与维修费以及特殊专业操作使得这些方法只能停留在实验室。而基于离子载体的电位传感器是一种快速高效、成本低的分析技术，特别是能够随身携带户外操作，使在线监控成为可能。自上世纪60年代末以来，已经研制出多种高性能电位铅离子传感器，如由离子缓冲剂优化的铅离子电位传感器Ⅻ、丙烯酸酯共聚物

4、基体电位铅离子传感器[1卜”等，在实时监控蓄电池、电缆、冶金工业等含铅废水的排放、以及矿泉水和食品的安全检测等方面得到了越来越多的应用。近年来，电位传感器已经不仅仅局限于单探头分析方式，一种多探头自动电位分析传感器阵列[1也已经用于亚微摩尔浓度重金属离子的同时定量分析。上述电位传感器领域所取得的长足进展与离子载体的发展是密不可分的。传感器中嵌入传感膜中的载体是决定其性能的核心组分，特别是在传感器的抗干扰方面，离子载体是传感器获得抗干扰性的唯一保证。优良的离子载体能够使得电位传感器仅仅对目标离子有响应

5、，而对共存的其它离子基本无响应。迄今为止，用于选择性与Pb配位的载体主要有合适空腔尺寸的冠醚、杯芳烃等大环化合物、含氮化合物’和聚合物，还有一些富含O，s等原子的一大类有机物。根据软硬酸碱理论，有机化合物中丰富的0，s是软碱配体，它们易于与软酸金属离子Pb。。形成较稳定的络合物，对痕量Pb均有敏感的探测作用。这些含O和S的芳香化合物包括蒽醌、羧酸、羧酸酯、磷酸酯、酰胺和硫代酰胺等。作为一类高效的铅离子载体，它们在近年来获得了广泛的研究与关注。2含氧硫功能团的铅离子电位传感器2．1基于蒽醌衍生物载体的

6、铅离子电位传感器用于电位铅离子传感器载体的蒽醌主要是羟基和烯基或烷氧基取代的9，10-蒽醌。醌上羰基氧与含双键醚链一起形成空腔结构，在非水溶剂中能与金属离子形成2：l(配体：金属离子)的稳定络合物，尤其以Pb。。为最佳。加上其酸碱性、亲脂性可通过侧基的长短来调节，因此将蒽醌类衍生物作为电位传感膜中铅离子载体的报道正在不断出现。详见表1。201卜06-30收稿；201卜08-26接受本文系国家自然科学基金(No．20974080)资助项目E-mail：huangmeirong@tongji．edu．c

7、n第1期黄美荣等：基于氧硫功能团载体的铅离子电位传感器的研究与进展51表1以葸醌衍生物为载体的电位铅离子传感器的性能参数Table1ResponsecharacteristicsofpotentiometricleadionSeNsorsbasedonanthraquinonederivativesasionophores对比研究已表明，仅仅进行卜羟基或二羟基取代所形成的9，10一葸醌衍生物，其铅离子载体的性能还较为逊色。只有再在羟基的邻位引人一定链长的含双键脂肪链或将羟基上的氢以含双键脂肪链取代[

8、2，这样所得衍生物才具有明显提升的铅离子配位能力。而且，同时引入两个脂肪链比仅仅引人一个的效果还要好。这是因为具有供电特性的键基团不仅会增加亲脂性，而且在同铅离子形成络合物时会和酚羟基一起发挥协同作用。所引入的双键的脂肪链多为丙烯基，与烯丙基相比，其末端的双键能与金属离子形成更稳定的环状空腔，故在这一系列的铅离子载体中，以1，8一二羟基一2，7一二丙烯基一9，10蒽醌的性能为最佳(表1)。从抗干扰性方面来看，由于载体与金属离子之间形成的是环状络合物，环的空间结构对离子