本技术涉及高分子化合物和汞离子检测技术,特别提供了一种汞离子敏感的智能高分子凝胶及其制备技术。该智能高分子凝胶基于聚(N-异丙基丙烯酰胺),能够对汞离子变化做出响应,实现汞离子的快速检测。
背景技术
汞是一种对人体有害的高毒性重金属元素,在工业上具有多种用途。采矿、化石燃料、火山排放和农业等工业或自然活动,都会导致汞逐渐释放到地表水和地下水中,对环境水资源造成巨大的威胁。目前,汞被列为I类水污染物。二十世纪九十年代以来,进入海洋的汞估计总量达20万吨,汞污染引起了世界范围内的广泛关注。自然界中的汞主要以单质汞(Hg)、无机汞(Hg+
盐、Hg2+
盐及其配合物)和有机汞(烷基汞和含苯汞)的形式存在,且可以发生多种生物转化和化学转化。即使吸入或者误食微量的汞,也会对生殖系统、胃肠道、心血管系统和神经系统造成严重的伤害。此外,汞的多种形态均难以降解,一旦被水生生物吸收,就会在水生生物体的体内长期积累,并通过食物链传递,最终在人体内富集。当体内的汞含量达到一定的浓度时,人体的正常生理功能会发生紊乱,并导致多种疾病,如甲基汞中毒症、水俣病、阿尔茨海默病等。汞离子(Hg2+
)是最稳定和最常见的无机汞,我国饮用水中汞离子的健康参考水平为4.98×10-9
mol/L。因此,开发高选择性、简便和灵敏的汞离子检测方法,对于饮用水和环境水质监测具有重要的意义。
通过传统的电感耦合等离子质谱法、原子吸收光谱法及原子荧光光谱法等方法可以实现对汞离子的高精度检测,然而,这些方法需要依赖昂贵而精密的仪器,复杂的样品制备过程和复杂的仪器操作过程,难以满足对汞离子低成本、便携、简单的检测需求。近年来,出现了一些新兴的检测技术,如比色法、荧光探诊分析法及电化学分析法等。通过特定检测材料将汞离子的浓度信号转化为颜色、光或电信号,进而实现汞离子浓度的检测,在一定程度地降低了汞离子的检测成本。但是,这些检测方法所产生的颜色信号读取起来有很强个体差异性,而所产生的光、电等信号还是需要依赖一些实验室大型仪器,比如荧光分光光度计、电化学工作站等进行检测,仍然难以实现汞离子的准确检测或者低成本检测。此外,虽然部分材料展现出了优异的汞离子特异性识别性能,但是,这些原材料合成过程复杂,对制备条件要求严格,且一些有机合成的探针、高分子材料以及金属有机框架材料具有一定毒性,其应用及回收处理会加重环境负担。
CN116239720A公开了具有双重碱基面识别汞离子的温敏性线性高分子材料及其制备方法,所述温敏线性高分子材料由N-异丙基丙烯酰胺和巴比妥酸衍生物共聚合成得到。虽然该方法降低了现有汞离子检测材料的制备难度,但是,该温敏性线性高分子材料对汞离子和三价离子(例如Al3+
、Cr3+
、Fe3+
等)的选择性识别能力不高,在识别汞离子的同时也会识别三价离子,因而无法避免三价离子对汞离子检测的干扰。因此,有必要开发出合成方法简单、对汞离子特异性识别性能更好的汞离子识别材料。
实现思路