对重金属离子铜离子的检测论文

浅谈重金属检测传感器技术的应用论文

摘要： 随着经济的迅猛发展和社会的日新月异, 人们对重金属的开采及加工越来越频繁, 这使得不少重金属存在于大气水以及土壤中, 在很大程度上加重了环境污染, 科学技术的迅猛发展为重金属检测传感器技术的研究提供了很好的途径。针对上述背景下, 对重金属检测传感器技术研究与应用进行合理性阐述, 以促进重金属检测传感器技术的进一步发展。

关键词： 重金属检测; 传感器技术; 环境污染;

重金属污染是环境污染的一个重要组成部分, 重金属在自然界中广泛存在, 随着人类的开采、冶炼、加工活动而使得重金属转变成化学状态或化学形态广泛分布于大气、水、土壤中, 随着时间的积累而不断留存、迁移, 从而引发严重的环境污染问题;重金属甚至还会随着废水的排出而流入海洋中, 对鱼和贝类造成严重的危害;重金属还会附着在人类的鼻腔和食物上, 造成人类呼吸道感染和重金属中毒[1]。重金属具有沉积性和不可降解性, 是一种非常危险的污染源, 因此对于重金属的研究与检测是十分关键的。通过调查与研究, 发现重金属检测传感器技术主要分为离子选择性电极传感器技术、光纤化学传感器技术、生物传感器技术以及微电极矩阵传感器技术四个方面, 本文通过对这四种传感器技术在重金属检测中的研究与应用作简要分析, 以推动重金属检测传感器技术的发展。

1 离子选择性电极传感器技术。

离子选择性电极传感器技术是一种操作简单、性价比高、准确有效的重金属检测传感器技术。离子选择性电极传感器技术因为不需要提前对样品进行操作而被广泛应用于重金属的在线检测中。目前, 国内外学者对离子选择性电极传感器技术进行了大量的研究, 发现选择性高、经济简单的离子选择性电极主要分为基于聚氯乙烯膜的离子选择性电极和基于流系玻璃膜的离子选择性电极两种[2]。

1.1 基于聚氯乙烯膜的离子选择性电极。

目前在对基于聚氯乙烯膜的离子选择性电极的研究中, 主要是对离子选择性电极的重金属离子的识别以及聚氯乙烯膜的结构和性能进行研究, 同时, 对不同的载体和膜增塑剂对离子选择性电极性能的影响作简要分析, 从而提高对重金属的识别能力。

1.2 基于流系玻璃膜的离子选择性电极。

基于硫系玻璃膜的离子选择性电极良好的红外线透过性是其他离子选择性电极无法相提并论的。许多发达国家都通过购买硫系玻璃膜的离子选择性电极来用于重金属检测工作。

2 光纤化学传感器技术。

对于光纤化学传感器技术的研究比离子选择性电极传感器技术的研究还要早, 光纤化学传感器技术的研究始于美国研究所, 从那以后, 许多国家都在实验室中对光纤化学传感器技术进行研究, 并应用到重金属检测中。陈雷等人对基于聚氯乙烯膜的光纤传感器进行研究并应用到铜离子的检测中, 取得了良好的效果[3]。李学强等人将注册分析法和激光激发荧光光谱技术应用到对金属离子传感器的研制中, 使我国饮用水中的重金属检测工作取得了很大的进展。

3 生物传感器技术。

第一个生物传感器始于Red String仪器公司。之后, 又在多个公司相继推出, 这些生物传感器主要是对人类血糖和尿糖中的重金属物质进行检测。重金属物质在人体中的留存和迁移会对人体的健康造成极大的威胁, 生物传感器可以与人体生物识别因素相互影响, 以达到对人体中的重金属含量进行检测, 从而预防重金属中毒的目的。通过研究发现, 生物传感器主要分为蛋白质为基础的'生物传感器以及整个细胞为基础的重金属传感器两种。

3.1 蛋白质为基础的生物传感器。

生物识别因素主要是促进消化的酶、防止病毒入侵的抗体、增强体质的金属键键合蛋白以及脱辅基酶蛋白质。以这几种生物识别因素为基础制作蛋白质为基础的生物传感器, 用来检测铜离子、锌离子、汞离子以及铅离子等金属离子。传统的生物传感器存在灵敏度低、选择性差等一系列缺点, 因此必须研制出选择性高的新型传感器来实现对重金属离子的检测, 这种新型传感器被称为蛋白质为基础的生物传感器。

3.2 整个细胞为基础的重金属传感器。

整个细胞为基础的重金属传感器可以实现对微型有机体生物标识的检测, 它具有所受干扰因素少、反应速度快等一系列优点, 可以实现对苔藓、海藻、酵母等海洋生物中的重金属的检测。随着生物医学和环境工程的蓬勃发展, 可以通过改进主传感器的途径来解决重金属检测过程中的干扰问题, 即在基因层次上设计细胞器。

4 结语。

综上所述, 本文通过对重金属检测传感器技术研究与应用进行分析, 主要从离子选择性电极传感器技术、光纤化学传感器技术、生物传感器技术以及微电极矩阵传感器技术这四个方面作简要分析, 为传感器检测技术在重金属中的研究与应用提供理论支持, 以减少重金属污染现象的发生。

参考文献

[1]张涛, 苏倡, 刘艳, 等.泥蚶 (Tegillarca granosa) 重组铁蛋白富集重金属离子的特性及化学传感器的研究[J].海洋与湖沼, 2017, 48 (4) :870-876.

[2]吕攀攀, 肖芳兰, 严锡娟, 等.构建一种基于双启动子模型的特异性检测镉离子的大肠杆菌传感器[J].生物工程学报, 2015, 31 (11) :1601-1611.

[3]贾朔.边超, 佟建华, 等.基于纳米金Core-satellites等离子体耦合增强效应的汞离子光纤传感器的研究[J].分析化学, 2017, 45 (6) :785-790.

检测还原糖用斐林试剂，具体操作如下1.向试管内注入2mL待测组织样液。2.向试管内注入1mL斐林试剂（质量浓度为0.1g/mL的NaOH溶液和质量浓度为0.05g/mL的CuSO4溶液等量混合均匀后再注入）3.将试管放入盛有50~65℃温水的大烧杯中加热约2min（必须加热，因为反应是吸热反应） 检测蛋白质用双缩脲试剂1.向试管内注入2mL待测组织样液。2.向试管内注入质量浓度为0.1g/mL的NaOH溶液1mL，摇匀。3.向试管内注入质量浓度为0.01g/mL的CuSO4溶液4滴，摇匀。Ps：先加NaOH溶液，后加CuSO4溶液时因为重金属离子（铜离子）会使蛋白质变性。

浅谈高中化学探究性实验教学中的实验安全

论文关键词： 高中化学 探究实验 安全与环保

论文摘 要： 新课改要求我们通过以化学实验为主的多种探究活动，使学生体验科学研究的过程，激发学习化学的兴趣，强化科学探究意识，促进学习方式的转变，在实践中培养学生的创新精神和实践能力。但是，在实验探究中，有许多实验存在安全隐患，这往往容易被忽视。本文就高中化学探究性实验教学中的实验安全案例及学生实验环保意识的培养两个方面进行了有效的分析。

中学化学课本中，将近一百七十多个化学实验，多属于有毒、易燃、易爆物的制取及性质实验，同时又接触到了工业制硫酸、硝酸、合成氨工业、炼铁、炼钢、电解、电镀等化工生产过程，可进行环保教育渗透的内容很多。在每章、每节的教学时，加强对环保教育的渗透，从化学角度出发，讲明污染源的生成及危害原理，使学生知其然，也知其所以然，从原理上明白危害的原因及防护措施。例如讲到水污染时，应重点讲明白水污染的污染源主要是含有金属离子的工业废水的任意排放及农药的使用。常见的重金属离子为钡离子、汞离子、铜离子、铬离子等。这些重金属离子可使生物体内蛋白质凝固，一旦含有这些重金属离子的水被人饮用，则会使人体中运输血液的血红蛋白凝固而导致缺氧窒息死亡。

一、高中化学探究性实验教学中的常见实验安全案例分析

（一）违反操作规定。

案例1：点燃氢气必须先检验纯度。可是，如果你在用锌和盐酸反应制取氢气的演示实验过程中，当锌粒反应完后，打开反应器的塞又装上锌粒，塞上塞就点燃，就会引起仪器爆炸。为什么会发生爆炸事故呢？这是因为你违背了点燃氢气前必须检验纯度的操作规定。实验过程中打开塞装锌粒跟实验开始时装锌粒相同，反应器里进入了空气，氢气和氧气混合，点燃都会发生爆炸。

案例2：在制乙烯时，在大试管里倒入酒精和浓硫酸，加热时，就会发生液体喷出事故。为防止这样的事故发生，在加热液体制取气体时，应加入瓷片以防爆沸。还要注意，如果你用酒精和浓硫酸加入瓷片加热制乙烯，用排水取气法收集完毕时，先撤去了酒精灯，冷水就会沿导管流入盛浓硫酸的烧瓶，以致引起烧瓶炸裂。这是因为你违背了实验操作而引起的。加热制取气体并用排水法收集，实验完毕时，应先把导管从水里撤出，再撤酒精灯。上面的操作正好颠倒了，先撤去了酒精灯，还没来得及取导管，水就沿导管流入反应器，引起仪器炸裂，溅出硫酸。

（二）用药过量发生事故。

一些实验虽然剧烈，但试剂量小并无危险，用药量稍大便会发生危险。

案例3：红磷在氧气里燃烧时，反应很剧烈，但药量少时并无危险。在做分组实验时，让学生观察红磷在氧气里燃烧时的现象，放入的药量一定要适量，不得随意用药，否则就会发生意外事故。

案例4：配制银氨溶液时，如果加入过量的氨水，且不随配随用，久置后再用，溶液中生成了容易爆炸的物质，用时就会引发爆炸事故。此实验要防止加入过量氨水，银氨溶液必须随配随用，不能久置。

案例5：铜和热浓硫酸反应，铜和硝酸反应。尽量控制反应物的用量，只要能得到正确的有明显的结果，学生能观察到其物质的存在，了解和掌握它的性质就可以了。

（三）药品混入杂质。

案例6：在用氯酸钾和二氧化锰的混合物加热制取氧气时，错把木炭粉当作二氧化锰加入试管与氯酸钾混合，使得药品中混入了杂质，造成了爆炸事故。因此用药时要认真辨清药物，不得马虎从事。

案例7：做甲烷的演示实验时，有人没有把空气排净就点燃甲烷气体，产生爆炸事故。此实验应先做甲烷的性质实验，再点燃甲烷气体，以防空气的混入，保证甲烷的纯度，避免爆炸事故的发生。

（四）使用失落标签未经鉴定的试剂发生事故。

案例8：在配制溶液时错把硫酸当盐酸使用，造成伤害事故。凡失落标签的'试剂一定要检验确定后再使用，以避免伤害事故的发生。

（五）实验室空气不流通。

案例9：在演示氯气、硫化氢、二氧化氮、一氧化碳等有毒气体时，或学生实验可燃性气体。如制氢气、乙烯、乙炔等时，如果实验室空气不流通，有毒、易燃气体逸散到空气中越积越多，达到一定浓度，会引起师生中毒或其他意外事故。因此实验室应安置通风橱、换气扇等通风设施，必须做到实验室空气流通。

二、学生实验安全和环保意识的培养  教师是对学生进行教育的主要实施者，教师的思想、言行对学生有最直接最有效的影响，从“安全意识”的培养角度来说，教师应做到以下几点：

（一）一丝不苟做好演示实验。

教师在演示实验中的一举一动都直接影响学生动手实验时的态度和方法，因此，哪怕是最常用仪器的使用也丝毫不能大意，对于一些有危险隐患的实验更要充分备课，引导学生把不安全因素想全想透。

（二）合理使用反例。

对于一些可以在实验室模拟的错误操作导致的后果，教师可设计一些错误的反例加以验证，以加深学生印象。如不纯的可燃气体点燃爆炸，水倒入浓H?2SO?4中进行稀释的后果；加热时先撤酒精灯导致水回流引起试管炸裂等，只要条件允许，装置设计合理，不会引起事故的均可一试。

（三）严格监督，培养学生良好的实验习惯。

学生进入实验室亲身体会的印象是最深的，中学生的年龄特点决定了他们对什么都好奇，好动是他们的天性。因此，在平时学生实验中除了讲清楚规范操作，安全要求外，加强监督也是必不可少的一个环节。

（四）增强防范意识，培养自救能力。

例如：强酸、强碱溅到身上时的处理，偶遇紧急情况时应如何处理和进行自救。

（五）利用录像实验辅助教学真实可信。

对于一些较复杂、有危险、要求高、时间长的实验，不适合课堂演示，则拍成录像，于课堂播放。这样，既保证了实验的真实性和直观性，又便于观察实验现象，同时也提高了课堂密度。

案例10：如讲“碳还原二氧化碳”时，很多同学很难想象这个反应实验该怎样做。我经过多次试验之后，确定采用铁管作为木炭还原二氧化碳的反应器，然后把实验拍成2分钟的录像，这样把一个复杂、反应时间长的实验带到课堂，起到了良好的效果。其次，为了改进实验教学，在制取一些有毒物质（气体、液体）时，要不断改进实验装置，尽量避免气体外逸或液体泄漏乱淌。对有害尾气要增加吸收或转化装置，不能任意排入大气中。如制取二氧化硫、硫化氢、二氧化氮、氯气等有毒气体时，对其尾气的处理，可用碱溶液（如氢氧化Na溶液）来吸收。

三、收获与反思

综上所述，只要我们了解各种化学实验事故发生的引发原因，遵循操作规程，认真仔细地进行操作，就可避免各种事故的发生，做到安全实验。在实验操作中，还要教育学生一定要严格遵守操作规程进行操作，防止学生一昧追求趣味而乱动手摆弄。要求学生在制取有毒气体时，尽量利用少量的反应物来制取少量的有毒物质，把污染减少到最低程度。安全实验的关键是要按照操作规定进行实验，危险也能变为安全。反之，安全也变得不安全。但也不要害怕，也不必满腹恐惧不敢动手实验；要熟悉操作规定，了解反应规律，不懂要问，不可蛮干。否则，在实验过程中一旦发生事故，危及师生的安全，甚至严重致残造成终生不幸，且会影响学生学习化学的兴趣，事关重大，务必高度警惕。

参考文献

[1] 关于化学实验教学中的安全问题

[2] 夏正盛.高中化学课程标准教师读本[M].武汉：华中师范大学出版社，2003：44-46.