引言

随着工业化进程的加快，有害重金属污染物对环境和人类健康的威胁日益加剧。铅（Pb²⁺）作为其中一种重要的污染物，即使在微量浓度下也会对人体造成严重损害。因此，开发高效、便携且低成本的铅离子检测方法显得尤为迫切。本文将介绍一种创新的探针注入聚合物单体传感器，该传感器不仅具备高灵敏度和选择性，还能实现快速现场检测，为环境保护和公共健康提供有力支持。

正文

一、传感器的制备与结构特点

该传感器采用了一种名为聚（十二烷基甲基丙烯酸酯-共-乙二醇二甲基丙烯酸酯）（poly(LMC-co-EGDMA)）的多孔聚合物单体材料，并通过物理吸附法引入了色变离子指示剂NDBP分子。这种双层互穿的大孔/介孔结构使得NDBP分子能够均匀分散并牢固固定在其内部，从而显著提高了对Pb²⁺的选择性和响应速度。

为了优化传感器性能，研究人员还对其表面形貌、孔径分布以及热稳定性进行了详细表征。扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）图像显示，未负载NDBP时，聚合物呈现出密集的花簇状排列；而在负载后，这些空隙被有效填充，证明了NDBP的成功植入。此外，X射线光电子能谱（XPS）分析进一步证实了Pb²⁺与NDBP之间的稳定络合关系。

二、检测原理与优化参数

基于NDBP分子特有的光学性质，在与Pb²⁺结合时会发生明显的颜色变化——从淡桃红色转变为深紫红色。通过紫外可见漫反射光谱（UV-Vis-DRS），可以观察到吸收峰位移至约543 nm处，这为定量分析提供了可靠的依据。实验表明，当溶液pH值设定为8左右时，传感器表现出最佳的信号响应；而最佳NDBP用量为每克0.2毫摩尔，传感器用量为4毫克。同时，温度升高也有利于提升检测效率，但过高则可能导致材料降解。

值得注意的是，该传感器具有出色的抗干扰能力，在存在其他常见金属离子的情况下仍能保持较高的选择性。具体来说，它仅对Pb²⁺产生明显反应，而对Cu²⁺、Co²⁺等干扰较少。更重要的是，整个检测过程仅需短短40秒即可完成，远快于传统方法所需时间。

三、实际应用验证

为了检验传感器的实际应用效果，研究人员选取了几种典型样本进行测试，包括自来水、地下水、河流水以及香烟中的烟草提取物。结果显示，无论是在自然水体还是工业废水中，传感器均能准确测定出极低浓度下的Pb²⁺含量，回收率高达98.9%-99.1%，相对标准偏差不超过1.8%。特别是对于香烟样品，其检测结果与电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）高度一致，再次验证了该传感器的有效性和可靠性。

结论

综上所述，这款新型探针注入聚合物单体传感器凭借其独特的结构设计和优异的性能表现，在超痕量Pb²⁺检测领域展现出了巨大潜力。它不仅操作简便、成本低廉，而且便于携带，非常适合用于现场快速筛查和实时监测。未来，随着技术不断进步和完善，相信这类智能传感器将在更多应用场景中发挥重要作用，助力构建更加安全健康的生态环境。

Scheme 1. 聚（LMC-co-EGDMA）整体柱形成机制。

Fig. 1. （a）聚（LMC-co-EGDMA）整体材料的表面微观图（FE-SEM），描绘了介孔颗粒，其尺寸范围为 9.24 纳米- 30.25 纳米，平均尺寸为 20 纳米（黄色标签），以及大孔颗粒，其尺寸范围为 67.53 纳米- 167.66 纳米，平均尺寸为 117纳米（白色标签），（b）聚（LMC-co-EGDMA）NDBP-Pb²⁺的表面微观图（FE-SEM）。（c，d）聚（LMC-co-EGDMA）整体材料和聚（LMC-co-EGDMA）NDBP-Pb²⁺的深度形态可视化（HR-TEM）。（e，f）聚（LMC-co-EGDMA）整体材料和聚（LMC-co-EGDMA）NDBP-Pb²⁺的 SAED 图案。（g，h）聚（LMC-co-EGDMA）整体材料和[Pb²⁺ -NDBP]传感器的 EDAX 分析，（i，j）聚（LMC-co-EGDMA）整体材料和[Pb²⁺-NDBP]传感器的宽角和低角 p-XRD 图案（k，l）聚（LMC-co-EGDMA）整体材料和[Pb²⁺ -NDBP]传感器的 BET 和 BJH。

Fig. 2. （a）NDBP 探针和[NDBP - Pb²⁺]复合物的优化结构几何形状，（b）FMO 能量状态（最高占据分子轨道和最低未占据分子轨道），（c）使用 TD - DFT 分析对 NDBP 探针和[NDBP - Pb²⁺]复合物的理论吸光度光谱研究。

原文链接: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.137247