[发明专利]用于水性介质中进行分析的基于由共轭聚合物功能化的碳纳米管的化学传感器

说明书

本发明涉及支持化学探针的共轭聚合物及其用于制备基于碳纳米管的化学传感器的用途，该化学传感器允许选择性检测水中的分析物。

技术领域

本发明涉及流体(通常为水相)中离子化学种类(物类)的检测、识别和选择性定量。更具体地，本发明涉及一种微型化学传感器，其专门用于水性溶液的分析。传感器包含碳纳米管，碳纳米管在其表面上通过带有合适化学基团并使得能够进行此种检测、识别和定量的共轭聚合物进行功能化。描述了传感器的制备方法和用途。

背景技术

近年来，特别是由于环境、食品、工业和家庭安全或医疗诊断领域中的标准逐渐严格，对用于检测化学种类和测量其浓度的可靠方法的需求已大大增加。

对于监测水质，液体介质中离子种类的检测和分析是特别感兴趣的，无论是评估其硬度、其消毒程度(特别是通过追踪氯衍生的种类)或检测存在的污染物，例如硝酸根、磷酸根或重金属的阳离子。已经确定了这些无机离子的平均极限浓度。在这种情况下，高性能测量设备的开发至关重要。

通常，使用专门的测量设备(特别是FTIR、质谱法、色谱法、原子吸收法等)对通过自动方法或操作员现场采集的样品进行实验室分析，来进行液体(通常为水性)介质中分析物(待检测的种类)的检测以及浓度的精确测定。这些技术使得可以高精度地详细识别样品中存在的所有分析物。然而，现场取样的需求大大增加了分析成本，并且不允许实时收集数据。此外，所使用的仪器通常是相对复杂、昂贵且笨重的系统，使其不适合用于现场测量。此外，其响应时间和/或执行测量所需的时间通常很长。

化学传感器代表了对繁重实验室设备的一种有趣的替代选择，因为它们能够连续或通过单独的测量(随时间)对流体中的离子种类进行现场检测。

使用各种条件来限定化学传感器，诸如灵敏度或选择性。

化学传感器的灵敏度表示关联化学种类浓度与传感器信号变化的曲线斜率。灵敏度取决于目标浓度范围，而目标浓度范围取决于目标应用。灵敏度必须在目标范围内尽可能高。目标化学试剂的最低可检测浓度是灵敏度极限。优选其尽可能低。在进行污染物分析的情况下，优选小于规定的极限浓度。优选地，关联浓度与传感器信号的曲线是直线。优选地，在化学种类浓度增加或减少时灵敏度相同。否则，观察到滞后现象，其必须尽可能低。

传感器的选择性表示其优先于溶液中存在的其它种类检测目标种类的能力。这意味着传感器对目标种类的灵敏度大大优于其它种类。

除了这些基本限制，传感器性能还可以通过其它参数来表征。因此，优选的是，传感器尺寸较小，制造简单并且使用材料量少以便具有尽可能低的生产成本，并且在其运行过程中能耗低。

传感器与通信系统不同，通信系统将来自传感器的模拟信号转换为数字化数据，然后将其传输给用户。由传感器及其通信系统组成的组件可以称为探针或测量节点，也可以仅称为传感器。在下文中，它被称为探针。探针应以最简单且最可能人性化的方式将数据传输给用户；并且还应成本低、能耗低且尽可能紧凑。

传感器可以是一次性使用的，也可以长期使用。长期而言，它可以提供定期数据(每分钟、每小时、每天一次、每月一次)或连续提供。对于长期运行，其使用寿命是一个重要参数。使用寿命定义为一时间周期，在该时间周期内，来自于传感器的响应(任选地，电子的或通过软件进行校正)以应用所需的精度与分析物浓度相关。使用寿命可能取决于查询频率。通常要求使用寿命大于3个月，优选大于或等于2年。

在定期或连续使用的情况下，来自传感器的响应可能会随着时间而漂移。如果准确地知道这种漂移，则可以电子的或通过软件进行校正。如果了解不充分，则传感器应进行定期重新校准以确保寻求的测量精度。

传感器的响应时间(在与待检测的种类接触后获得90％响应所需的时间)必须短，其恢复时间(在撤空所讨论的种类后返回到信号基值所需的时间)也必须短。根据应用，可接受的响应时间可从几毫秒到几分钟不等。