基于Kretschmann构型的表面等离子体共振传感器检测废水中氰化物离子的研究

为解决工业废水中氰化物(CN?)污染监测难题，印度理工学院罗尔基分校团队开发了一种基于Kretschmann构型的表面等离子体共振(SPR)传感器。该研究将丙二腈修饰的自由碱基双稠合卟啉(MAFBP)包埋于多孔二氧化硅基质中，实现了0-10 μM浓度范围内CN?的高灵敏度检测（6.9 nm/μM），检测限达0.14 μM。该传感器兼具选择性高、成本低、响应快（<10秒）等优势，为环境污染物监测提供了新方案。

　　

氰化物作为剧毒物质，在采矿、制药等工业领域广泛应用，其废水排放对生态环境和人类健康构成严重威胁。世界卫生组织(WHO)规定饮用水中氰化物限值为1.9 μM，但现有检测技术普遍存在响应慢、选择性差、设备复杂等问题。表面等离子体共振(SPR)技术虽具有高灵敏度优势，却鲜见用于氰化物检测的研究报道。

印度理工学院罗尔基分校的Rohit K. Vishwakarma团队在《Microchemical Journal》发表研究，创新性地将丙二腈修饰的自由碱基双稠合卟啉(MAFBP)作为识别元件，通过溶胶-凝胶法将其包埋于多孔二氧化硅基质，构建了Kretschmann构型SPR传感器。该研究采用磁控溅射制备46.7 nm银膜，结合光谱 interrogation 技术，系统评估了传感器性能。

主要技术方法

1. 采用磁控溅射在SF11玻璃基底沉积银膜
2. 溶胶-凝胶法制备MAFBP-二氧化硅复合传感层
3. 光谱 interrogation 模式检测共振波长偏移
4. 实际水样验证（8个不同地点采集）
5. 通过FTIR和比色试纸条进行方法学验证

研究结果
传感器芯片表征
XPS分析证实MAFBP成功包埋于二氧化硅基质，FESEM显示多孔结构有利于CN^?扩散。银膜厚度经椭圆偏振仪精确校准为46.7±0.5 nm，表面粗糙度<1 nm确保SPR信号质量。

氰离子检测性能
随着CN^?浓度（0-10 μM）增加，共振波长发生43.5 nm蓝移，符合Langmuir吸附模型。传感器展现6.9 nm/μM的灵敏度，检测精度达0.012 nm^?1。特异性实验表明，MAFBP对CN^?的选择性比常见干扰物（Cl^?、NO₃^?等）高15-20倍。

实际样本验证
采集的工业废水样本检测结果与标准方法偏差<8%，回收率92-107%。传感器在pH 6-9范围内保持稳定，连续使用30次后信号衰减<5%。

结论与意义
该研究首次将MAFBP的分子识别特性与SPR技术相结合，突破了传统氰化物检测方法的局限：

1. 通过卟啉-氰离子的超分子相互作用实现特异性识别
2. 多孔二氧化硅基质既保护银膜又增强传质效率
3. 检测限(0.14 μM)远低于WHO标准，响应时间<10秒
4. 成本仅为传统HPLC方法的1/20

这项工作为环境污染物监测提供了新型光学传感平台，其设计策略可拓展至其他有毒离子检测。作者指出，未来通过微流控芯片集成和纳米结构优化，有望实现现场实时监测。研究获得印度科技部(DST)、科学与工程研究委员会(SERB)等项目支持，相关技术已申请专利保护。