么麗

摘 要：介紹了自組裝膜修飾電極制備、類型、結(jié)構(gòu)和主要研究方法，綜述了自組裝膜分析方法在環(huán)境監(jiān)測(cè)分析中的應(yīng)用。作為一種新方法測(cè)定酚類污染物及金屬離子組分的濃度，它具有簡(jiǎn)便、快捷、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：自組裝膜；修飾電極；環(huán)境監(jiān)測(cè)分析；應(yīng)用

自組裝膜（Self-Assembled Monolayer，SAMs）技術(shù)是在自組裝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。自組裝膜修飾電極是按需要剪裁電極表面組成和特性，通過進(jìn)一步接著多種功能分子，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的檢測(cè)，從而在環(huán)境分析等許多領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。

1 自組裝膜

1.1 制備

SAMs是自發(fā)形成的一種熱力學(xué)穩(wěn)定、排列規(guī)則的單層或多層分子膜。通過自組裝分子鏈間的范德華力作用、分子鏈內(nèi)特殊功能基團(tuán)間的作用及長(zhǎng)鏈有機(jī)分子頭基和基底之間化學(xué)鍵合作用形成。具有制備方法簡(jiǎn)單，熱力學(xué)穩(wěn)定，低缺陷和均勻一致等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，由于金屬-硫鍵作用較強(qiáng)，成膜穩(wěn)定不易損壞，可用各種物理、化學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行性質(zhì)和結(jié)構(gòu)分析。

1.2 類型和結(jié)構(gòu)

主要包括：有機(jī)硅烷衍生物的自組裝；脂肪酸及衍生物在金屬氧化物表面自組裝；烷烴在硅氫表面上的自組裝；磷酸鹽沉淀的自組裝[3]；有機(jī)硫化物在半導(dǎo)體、金屬表面的自組裝等（如圖1）。

圖1 可形成自組裝膜的硫醇分子結(jié)構(gòu)

可作為基體的材料還有：鉑、金、銀、銅、汞、鐵等。硫醇在Au基底上的自組裝膜研究最多，也最有代表性。含S有機(jī)物在Au表面形成Au的一價(jià)硫醇鹽[1]，其形成機(jī)理為：

R-SH+2Au0——R-S-Au+Au0+1/2H2

1/2RS-RS+2Au0——RS-Au+Au0

1.3 主要研究方法

巰基化合物在Au表面上形成的SAMs非常穩(wěn)定，高真空環(huán)境和光子及離子的“撞擊”其結(jié)構(gòu)也不會(huì)發(fā)生大的變化，可用幾乎所有的物理方法表征。主要研究方法有：XPS，F(xiàn)TIR，AFM，XRF，Raman Spectra，STM，SPR，QCM和傅立葉變換質(zhì)子光譜等。電化學(xué)法以界面電荷轉(zhuǎn)移及相關(guān)的過程為主要研究對(duì)象。阻抗法、電容法利用SAMs的雙電層結(jié)構(gòu)，CV法可獲得SAMs表面覆蓋度，研究SAMs對(duì)溶液中電活性物質(zhì)傳遞的阻礙作用，并通過研究含電活性基團(tuán)的SAMs電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)一步研究電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的測(cè)定。圖2為裸的和修飾后的金電極在0.1mol·L-1KCl和K3Fe（CN）6溶液中的CV圖。

2 自組裝膜在環(huán)境監(jiān)測(cè)分析中的應(yīng)用

自組裝膜在環(huán)境分析領(lǐng)域顯示出巨大的優(yōu)勢(shì)。

（1）對(duì)水體中酚類污染物進(jìn)行檢測(cè)。水體中酚類污染物含量分析是水質(zhì)檢測(cè)的重要一項(xiàng)。目前，揮發(fā)酚的測(cè)定使用國(guó)標(biāo)方法：4-氨基安替比林分光光度法，其它方法還有HPLC、GC、FIA和熒光光度法等[2]。這些方法通常存在操作比較復(fù)雜，大型儀器維護(hù)昂貴，所用試劑毒性較強(qiáng)，易造成二次污染等缺點(diǎn)。因此，SAMs作為一種簡(jiǎn)單易行，靈敏快速，無二次污染的方法，必將在酚類物質(zhì)檢測(cè)分析中發(fā)揮更大的作用，應(yīng)用前景也日益廣闊。

（2）對(duì)污染物中金屬離子進(jìn)行檢測(cè)。引入特定基團(tuán)或化合物的SAMs修飾電極對(duì)金屬離子有選擇性響應(yīng)，可用于制作離子選擇性電極。文獻(xiàn)報(bào)道周性堯?qū)㈣F氰合銅固定在谷胱甘肽SAMs修飾Au電極表面，修飾后的電極對(duì)K+具有選擇性響應(yīng)，Na+、Li+等其它堿金屬離子的存在對(duì)測(cè)定沒有干擾。冠醚類化合物和環(huán)糊精衍生物分別為第一代超分子和第二代超分子，將它們固定在電極表面制成的離子選擇性電極，可對(duì)多種簡(jiǎn)單金屬離子及重金屬離子進(jìn)行測(cè)定。

（3）分子識(shí)別。SAMs高度界面有序性、高穩(wěn)定性、分子結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)性等多種優(yōu)點(diǎn)，使它在整個(gè)分子識(shí)別領(lǐng)域主導(dǎo)地位，電荷轉(zhuǎn)移、分子大小和形狀識(shí)別及靜電作用等其它類型的分子敏感膜制備也是在SAMs基礎(chǔ)上進(jìn)行的。利用自組裝膜修飾電極的識(shí)別功能可進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)分析研究。

3 前景展望

自組裝膜技術(shù)已在環(huán)境監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究中日趨成熟，目前已取得了一定進(jìn)展和成就，自組裝膜技術(shù)將推動(dòng)檢測(cè)儀器向微型化方向發(fā)展，用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)或在線分析。

參考文獻(xiàn)

[1]Ulman A.Chem.Rev[J].1986，96：1533.

[2]奚旦立，孫裕生，劉秀英.環(huán)境監(jiān)測(cè)[M].高等教育出版社，1999.