基于PANI/Ag-ZIF-8杂化材料的便携式电化学传感器用于痕量重金属离子检测

针对重金属离子（HMIs）检测中传统方法成本高、操作复杂的问题，研究人员开发了基于聚苯胺（PANI）和银掺杂ZIF-8（Ag-ZIF-8）的便携式电化学传感器。该传感器通过差分脉冲溶出伏安法（DPSV）实现了对Pb2+和Cu2+的高灵敏度检测，最低检测限分别达0.003 μM和0.006 μM，在自来水与松花江实际水样中验证了其可靠性，为MOF基探针的简易化设计提供了新思路。

　　

重金属离子（HMIs）如铅（Pb²⁺）和铜（Cu²⁺）因其不可逆的毒性效应，对环境和人类健康构成严峻威胁。尽管高效液相色谱（HPLC）等传统检测技术精度较高，但存在设备昂贵、操作繁琐等局限。电化学方法凭借便携、快速和低成本的优势成为研究热点，但电极材料的导电性和活性位点不足制约了其性能提升。金属有机框架（MOF）材料虽具有高比表面积和可调孔隙结构，但绝缘性有机配体导致其电导率低下。如何通过材料改性突破这一瓶颈，成为当前研究的关键挑战。

黑龙江省自然科学基金支持的研究团队在《Inorganic Chemistry Communications》发表论文，提出了一种创新解决方案：将导电聚合物聚苯胺（PANI）与银掺杂的ZIF-8（Ag-ZIF-8）复合，构建了PANI/Ag-ZIF-8/GCE传感器。该设计巧妙结合了PANI的高导电性和Ag-ZIF-8的丰富活性位点，通过差分脉冲溶出伏安法（DPSV）实现了对Pb²⁺和Cu²⁺的超灵敏检测，在自来水与松花江水样中验证了其实际应用潜力。

关键技术方法
研究采用溶剂热法合成Ag-ZIF-8，通过透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）表征其形貌与结构；利用循环伏安法（CV）和DPSV评估电化学性能；通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和X射线光电子能谱（XPS）分析化学组成。实际水样检测前，采用标准加入法进行回收率验证。

研究结果

1. 材料表征：SEM和TEM显示Ag-ZIF-8保持ZIF-8的菱形十二面体结构（粒径26.8 nm），元素映射证实Ag均匀分散。XRD证实Ag掺杂未改变ZIF-8晶体结构，XPS显示Ag⁺与Zn²⁺的协同配位作用。
2. 电化学性能：PANI/Ag-ZIF-8/GCE的CV曲线显示氧化还原峰电流显著增强，表明PANI提升了电子转移效率。DPSV测试中，Pb²⁺和Cu²⁺的溶出峰分离度达200 mV，避免了相互干扰。
3. 检测限与选择性：单独检测时，Pb²⁺和Cu²⁺的LOD分别为0.003 μM和0.006 μM；同步检测时LOD为0.004 μM和0.008 μM。共存离子实验显示，传感器对Hg²⁺和Cd²⁺的抗干扰能力优异。
4. 实际应用：自来水样本中Pb²⁺回收率为98.2%-102.4%，松花江水样中Cu²⁺回收率达97.8%-103.1%，相对标准偏差（RSD）均低于5%。

结论与意义
该研究通过PANI与双金属MOF的协同效应，解决了传统MOF材料导电性差的问题，为便携式HMIs检测提供了新策略。传感器在低浓度检测、选择性和实际样本适用性方面表现突出，其设计思路可拓展至其他MOF基传感平台的开发。研究成果不仅对环境污染监测具有实用价值，也为生命健康领域的重金属暴露风险评估提供了可靠工具。作者Yuxin Song等特别指出，该方法无需复杂仪器，适合资源有限地区的推广使用，符合“健康中国”对公共卫生监测的技术需求。