基于铅离子印迹聚合物膜的电化学微流控传感器用于水中痕量铅的选择性检测

推荐：本研究针对水体铅污染检测中传统方法成本高、耗时长、灵敏度不足等问题，开发了一种集成铅离子印迹聚合物(Pb-IIP)膜的微流控电化学传感器。通过原位光聚合合成含Pb(II)模板、甲基丙烯酸(MAA)单体和8-羟基喹啉(8-HQ)配体的选择性亲和膜，实现了7.3 ppb的检测限和100 ppm的线性范围，对Pb(II)的响应比无膜传感器高6.1倍，在城市自来水验证中获得96.6-109%回收率。该技术为低成本、便携式水质监测提供了新方案。

　　

铅污染是威胁全球公共健康的重要环境问题，尤其对儿童神经系统发育具有不可逆的损害。尽管美国环保署(EPA)规定饮用水中铅含量不得超过15 ppb，但传统检测方法如电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)和阳极溶出伏安法(ASV)存在设备昂贵、操作复杂等局限性。现有商业传感器如默克公司的MQuant试纸条(检测限20-500 ppm)和梅特勒托利多离子选择电极(ISE，1650美元/支)仍难以兼顾灵敏度与便携性。这一技术瓶颈促使York大学的Ayobami Elisha Oseyemi和Pouya Rezai团队在《Journal of Water Process Engineering》发表创新成果，开发了一种革命性的微流控电化学传感器。

研究团队采用三大关键技术：(1)原位光聚合制备铅离子印迹聚合物(Pb-IIP)膜，以Pb(II)为模板、MAA为功能单体、8-HQ为配体；(2)数控铣削加工聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微流控芯片，集成银浆电极；(3) chronoamperometry（计时电流法）检测系统，优化0.6 V工作电压和400 μL/min流速。实验使用约克大学市政自来水作为真实水样验证。

【Effect of membrane integration on sensor performance】通过对比Pb-IIP膜、MAA基非印迹聚合物(MAA-NIP)膜、丙烯酰胺(AAM-NIP)膜及无膜传感器的性能，发现Pb-IIP膜展现出6.1 nA/ppm的灵敏度，检测限(LoD)达12 ppb，比无膜传感器提升6.1倍。FTIR和EDX表征证实了印迹位点的成功构建。

【Effect of electrolyte on lead detection】电解质优化实验表明，1 ppm KNO₃使LoD降至7.3 ppb，较KCl(31 ppb)提升4倍，这归因于NO₃^-更弱的离子配对效应。

【Sensor specificity for lead detection】特异性测试显示，Pb-IIP膜对0.1 ppm Pb(II)的响应显著高于Cd(II)(+12.5%)和Zn(II)(+54.2%)，且在50 ppm时差异扩大至69.4%(p<0.0001)，印证了印迹空腔的空间选择性。

【Sensor selectivity】在多离子竞争实验中，2:1:1(Pb:Cd:Zn)混合液的Pb响应比1:2:2混合液高26.8%，证明膜在复杂基质中的抗干扰能力。

【Lead detection in real water sample】市政自来水加标实验显示96.6-109%的回收率和<7%的相对标准偏差(RSD)，验证了实际应用的可靠性。

该研究通过创新性地将IIP膜与微流控技术解耦，避免了传统电极修饰的复杂性，以<5美元的单片成本实现了媲美纳米材料修饰电极的性能。这种模块化设计不仅为铅检测提供了符合EPA标准的便携解决方案，其技术框架还可拓展至镉(Cd)、汞(Hg)等重金属检测领域，对发展可持续的环境监测体系具有重要价值。未来通过优化膜材料组成（如换用其他功能单体或配体），该平台有望成为应对全球重金属污染挑战的通用检测工具。