[科普中国]-重金属薄膜

环境中重金属的监测越来越受到人们的重视，方便快捷准确灵活的在线检测手段是研究人员一直所追求的。我们研究的基于硫系玻璃材料合成的新型薄膜传感器，采用脉冲激光等离子体成膜(PLD)技术，在LAPS传感器上制备对重金属离子敏感的离子选择性薄膜，实现微型化重金属检测传感器。

简介概述重金属元素，特别是汞、镉、铅、铬等具有显著的生物毒性。在研究重金属对生物体的作用机理方面，一般认为重金属的自由离子和不稳定的络合物是主要的毒性形态。重金属及其化合物的数目很多，重金属广泛分布于大气圈、岩石圈、生物圈和水圈中。在正常情况下，其自然本底浓度难以达到有害的程度。随着城市的扩大和大规模工业生产的发展以及大范围地施用农药，大量的生活污水和工业废水排入水体，进入水体的化学物质，或者通过饮水，或者通过食物链危害人体健康，即使数量很少，通过生物富集，最终也会危害人类。所以环境中重金属的监测变得越来越重要。

检测重金属的方法有很多，如原子吸收光谱、原子发射光谱、中子活化分析法、阳极溶出伏安法、x射线荧光光谱法、等离子体感应光谱、双硫腙比色法和用悬液计测量悬液法等“oJ'。这些方法一般都是成本比较高，需要复杂的仪器和熟练的操作人员，不能或不方便在户外使用，一般是在实验室进行，即现场采样后进行离线分析，测量周期长，分析步骤复杂，分析仪器昂贵，采样频率低以及样品不易保存等缺点。在有些情况下，需要及时知道环境污染情形，以便及时迅速制定相应的处理对策，因此现场环境检测方法、移动实验室和便携式检测仪器等概念被许多研究人员提出。

硫系玻璃材料硫系玻璃是有前景的一种材料，具有化学稳定性好、长期可靠且对不同种类液态重金属离子敏感性强等优点。硫系玻璃化合物主要是以砷主族的硫化物、硒化物和碲化物为基础制成的。基于硫属玻璃材料和脉冲激光成膜技术研制的薄膜微型传感器，在LAPS上首次制备了对Fe3+敏感的薄膜。1

相关资料重金属离子选择传感器随着工业化大规模的发展，重金属广泛分布于各种水体，通过饮水、食物链以及生物富集等方式正在严重危害人体健康。重金属的监测迫在眉睫。中国海域海水水质污染加剧，特别是近岸海域污染严重，海洋生态系统继续恶化，因此，在“十五”期间国家提出了建立国家海洋生态环境现场快速监测示范系统的计划，通过海上实时采样、检测和分析来监测海洋水质的状况，从而能够快速做出决策以防止和制止污染的扩散。另一方面，重金属传感器的研究及其实时检测技术也是国际上一个重要的前沿研究课题。

研究进展已经提出一种光寻址电位传感器(Light-Addressable Potenntiometric Sensor， LAPS)等效电路模型，对模型中各参数的影响进行了评估分析，把电化学动力学理论与半导体能带理论相结合，对LAPS的原理进行了新的阐述，指出静电电位(外置偏压和电解质溶液离子强度引起的静电吸附电位)会改变LAPS的Fermi能级，影响空间电荷区的厚度，从而影响光生电流；离子交换产生的特性吸附会影响LAPS的平带电位，从而改变空间电荷区电容，导致影响光生电流。最后，基于等效电路模型和LAPS原理，对重金属薄膜LAPS传感器进行了优化设计。首次研制出了基于LAPS和脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition， PLD)技术的一种玻璃态结构的Fe离子选择薄膜传感器。合成了一种Fe离子选择电极(Fe—ISE)，并对其性能进行了研究。以该电极为PLD的靶材，在LAPS上制备了一种玻璃态结构的Fe薄膜传感器(Fe-LAPS)。2

本词条内容贡献者为:

刘军 - 副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所