用于 Pb2+ 离子灵敏与选择性检测的分子印迹 SPR 传感器

《IEEE Sensors Journal》：Molecularly Imprinted SPR Sensor for Sensitive and Selective Detection of Pb2+-Ions

　　

摘要：

铅污染对环境和人体健康构成重大风险，因此需要灵敏可靠的检测策略。在此，通过在金表面直接构建配位驱动识别层，开发了一种 Pb²⁺ 离子印迹表面等离子体共振 (SPR) 传感器。表面表征证实了印迹聚合物层的成功形成以及聚合物基质中存在金属 - 配体相互作用。该传感器能够在 5–100 ppb 范围内实时检测 Pb²⁺ 离子，具有低检测限 (LOD = 3.079 ppb) 和定量限 (LOQ = 9.331 ppb) 以及良好的线性。结合行为符合 Freundlich 等温线，表明印迹过程中产生了异质识别位点。选择性研究表明，Pb²⁺ 离子的识别受基于配位的相互作用支配，从而能够有效区分竞争金属离子。在人工废水中的传感性能保持稳定，突显了其在复杂基质中的鲁棒性。这些结果提供了一种可靠且灵敏的 SPR 平台，用于实时监测痕量 Pb²⁺ 离子，为环境应用提供了巨大的潜力。

I. 引言

工业化和集约化农业活动导致化学污染物广泛污染天然水资源，对生态系统和人体健康构成重大风险 [1], [2], [3], [4]。重金属尤其值得关注，因为其具有持久性、低浓度毒性以及生物富集倾向 [5]。其中，铅离子 (Pb²⁺) 问题尤为严重，因为暴露与之相关的是严重的不良健康影响 [6], [7], [8]。水体环境中 Pb²⁺ 浓度可能变化数个数量级。它们可能从低于 1 ppb 的痕量水平变化到严重工业或采矿相关污染下近 1000 ppm [9]。废水的化学复杂性进一步使监测和处理变得复杂。因此，在源头可靠地检测 Pb²⁺ 和其他重金属对于可持续水资源管理和环境保护至关重要 [10], [11], [12], [13], [14]。传统分析技术，包括电感耦合等离子体发射光谱法 (ICP-OES) [15], [16]、电感耦合等离子体质谱法 (ICP-MS)、原子吸收光谱法 (AAS) [17], [18], [19] 和伏安法 [20], [21] 提供了高精度的 Pb²⁺ 离子定量。然而，它们的常规使用往往受到高运营成本、劳动密集型样品制备、耗时程序以及需要专业实验室基础设施的限制。