Hg2+响应型智能凝胶检测光栅的构建与性能

张婷婷，潘大伟，2，巨晓洁，2，刘壮，2，谢锐，2，汪伟，2，褚良银，2

（1 四川大学化学工程学院，四川 成都 610065；2 四川大学高分子材料工程国家重点实验室，四川 成都 610065）

汞是一种具有生物蓄积性和毒性的重金属，其最丰富的氧化态Hg2+易溶于水中并被生物体摄入吸收，因而严重威胁环境生态和人类健康[1-4]。比如，Hg2+很容易在人体内与蛋白质结合，从而对肾脏和神经系统等造成危害[5-7]。由于Hg2+的剧毒危害，世界卫生组织对饮用水中Hg2+的含量进行了严格限制，其浓度不能超过阈值3×10-8mol/L[8-9]。因此，开发水中Hg2+的高灵敏检测技术对于人类健康和环境生态可持续发展具有重要意义。目前Hg2+的传统检测方法主要包括冷蒸气原子吸收光谱法（CVAAS）[10]、电感耦合等离子-质谱法（ICP-MS）[11]、高效液相色谱法（HPLC）[12]和分光光度法[13]等，但这些方法往往涉及贵重的大型仪器、复杂的操作流程，并需要高度专业的人员进行操作、测试和分析。因此，仍需开发一种能将水中Hg2+的浓度信号有效转化为易于检测分析的输出信号，从而实现便捷、高灵敏度、高选择性Hg2+检测的技术[14]。

环境响应性水凝胶材料是一种能感应外界刺激信号（如温度、pH、离子、分子等）变化，从而相应地改变自身物理/化学性质的一类智能聚合物材料[15-19]。智能水凝胶材料独特的刺激响应特性为分析检测领域的信号转换过程提供了多样化的实现途径[20-21]。特别地，通过利用智能水凝胶材料构建具有周期性起伏结构的智能凝胶光栅，可以通过其响应水中待测物质浓度变化后的体积相变，来改变智能凝胶光栅的微观结构，并进一步改变光线经过该光栅后的衍射光强度[22]。基于上述特点，则可以通过智能凝胶光栅的刺激响应性体积相变为媒介，将水中难以直接测定的待测物质浓度信号，有效转化为易于检测和分析的衍射光强度变化，从而实现水中待测物质浓度的检测。若能构建一种能选择性识别水中Hg2+的智能凝胶光栅，对于实现水中Hg2+的便捷灵敏和高选择性检测将具有重要意义。在设计构建智能凝胶光栅时，凝胶高分子网络结构与待测目标物质之间的选择性相互作用、以及该作用对凝胶高分子网络结构物理化学特性（如溶胀/收缩特性、光学特性等）的影响，对于待测目标物质的高选择性、高灵敏度检测具有关键作用；因而，需要从分子结构层面来巧妙设计和构建具有特定功能性高分子网络结构的凝胶光栅材料。迄今研究者已构建了一系列用于检测水中铅离子[23-24]、乙醇[25]、人类免疫球蛋白[26]等待测物质的智能凝胶光栅，但由于智能凝胶光栅仍属于一种新兴光栅材料，目前针对Hg2+检测的智能凝胶光栅仍鲜有报道。

基于上述问题，本文通过分子结构设计构建了Hg2+响应型智能凝胶光栅，其交联高分子网络结构中的硫脲基团可通过高选择性地与Hg2+进行强螯合作用而诱导凝胶光栅发生起伏高度变化，从而相应地改变其衍射光强度。进一步通过利用该智能凝胶光栅来构建光学检测系统，以便捷化地检测衍射光强度变化，从而实现了对水中Hg2+的高灵敏、高选择性便捷检测，其检测限可低至10-9mol/L。

1 材料和方法

1.1 实验材料

丙烯酰胺（AM），纯度>98%，阿拉丁试剂有限公司；烯丙基硫脲（ATU），纯度>98%，阿拉丁试剂有限公司；四臂聚乙二醇丙烯酰胺（tetraarm PEGAAm，分子量=5000Da），上海芃硕生物科技有限公司；2，2’-偶氮（2-甲基丙基脒）二盐酸盐（V50），纯度>98%，北京百灵威科技有限公司；聚二甲基硅氧烷（PDMS），Sylgard 184，美国Dow Corning公司；光栅母版（周期：约1.65μm，深度：约250nm），四川融科思远科技有限公司；硝酸铅、硝酸铜、硝酸镉、硝酸锌、硝酸钴、硝酸铬、硝酸铝、硝酸钡、硝酸钙、硝酸镁、硝酸镍、硝酸锰，均为分析纯，成都市科隆化学品有限公司。

1.2 实验仪器

原子力显微镜（AFM）（MultiMode 8 型号），德国布鲁克有限公司；扫描电镜（SEM）（G2 Pro型号），复纳科学仪器有限公司；数码相机（DMC LX5 型号），日本松下公司；固体表面zeta 电位分析仪（Surpass 2 型号），奥地利安东帕有限公司；X 射线光电子能谱仪（XPS）（XSAM 800 型号），英国Kratos 公司；傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）（IRPrestige-21型号），岛津仪器公司；能量色散X射线光谱仪（EDX）（model 550i型号），美国IXRF公司；阿贝折光仪（NAR-3T 型号）日本ATAGO公司；等离子体清洗系统（PDC-002-HP型号）美国Harrick 公司；阻尼式隔振光学平台（TCQ-250型号）、硅光电探测器（DSi200 型号）、He-Ne 激光器（LDM635 型号）、数据采集系统（DCS300PA型号），北京卓立汉光仪器公司。

1.3 P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅的制备

首先，采用干涉光刻法在盖玻片上制得光栅母版。然后，将PDMS 预聚液（道康宁184 和固化剂质量比10∶1）浇筑在光栅母版上，控制浇筑溶液厚度约为4.5mm，并于95℃烘胶台上固化1h，复刻得到厚度约为3mm的PDMS软印章。接着，将制得的软印章切割成7mm×7mm×3mm的尺寸备用。

接下来，基于上述制得的PDMS软印章，通过微接触印刷法一步制备P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅。称取0.0462g 单体AM 和0.0407g 单体ATU，以及0.0014g引发剂V50和0.025g大分子交联剂tetraarm PEGAAm，加入1mL去离子水并混合均匀，作为凝胶预聚液冷藏备用。在改性的盖玻片上滴0.7μL凝胶预聚液，再迅速压印上经过等离子体清洗系统改性后的PDMS 软印章，呈现“PDMS 软印章-凝胶预聚液-盖玻片”的“夹心”结构。将该“夹心”结构置于冰浴中进行紫外照射6.5min 使得其中的凝胶预聚液固化。最后，剥离PDMS软印章以得到P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅，再将其泡入去离子水中，洗去未反应的成分后保存备用。

1.4 P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅的形貌结构和组成表征

利用数码相机、SEM和AFM对P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅的形貌和结构进行表征。利用FT-IR光谱仪和EDX分析P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅的化学结构和成分。同时，将He-Ne 激光器垂直照射在处于样品池中的凝胶光栅上，用数码相机拍摄其溶胀平衡后的衍射光图样。

1.5 P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅的Hg2+响应性表征

采用固体表面zeta 电位分析仪测试P(AMco-ATU)智能凝胶光栅在不同pH下的zeta电位值。

采用XPS 对P(AM-co-ATU)凝胶的组成进行测试分析。测试时，将置于去离子水中的P(AMco-ATU)凝胶和置于10-9mol/L 的Hg2+溶液中充分响应平衡12h 后的P(AM-co-ATU)凝胶进行冷冻干燥分别制得样品。利用阿贝折光仪测试20℃时去离子水和不同Hg2+浓度水溶液的折射率。

在20℃、不同Hg2+浓度溶液条件下，利用AFM表征扫描凝胶光栅的微观形貌。测试之前，样品需要在去离子水中充分浸泡平衡24h，然后在液下（去离子水）的操作环境下进行测试。测试后取出样品，将其置于10-9mol/L的Hg2+溶液中浸泡平衡1h，再在相同浓度（10-9mol/L）Hg2+溶液的操作环境下利用AFM 对其进行测试。相似地，基于上述操作分别测试该凝胶光栅样品在10-8mol/L、10-7mol/L、10-6mol/L 的Hg2+溶液下的微观形貌。最后，利用AFM 自带软件分析测量凝胶光栅在不同Hg2+浓度溶液中的起伏高度。

1.6 P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅系统的构建及其Hg2+检测性能

通过将P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅置于石英样品池中，再将其与He-Ne 激光器、两个硅光电二极管、数据采集系统相结合，并固定在阻尼式隔振光学平台上，从而构建用于Hg2+检测的P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅系统。当用于检测水中Hg2+浓度时，将含有Hg2+的水溶液样品加入石英样品池中浸没凝胶光栅，利用He-Ne 激光器发射光束垂直照射在凝胶光栅上，并利用两个硅光电二极管分别接收光束经凝胶光栅衍射后发出的0级衍射光和1级衍射光，再由数据采集系统分析得出衍射光强度数据。检测时采用了含有不同Hg2+浓度的水溶液、以及分别含有Pb2+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Co2+、Cr3+、Al3+、Ba2+、Ca2+、Mg2+、Ni2+和Mn2+等其他干扰金属离子的水溶液作为待检样品，以研究P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅对Hg2+检测的灵敏度和选择性。其中，干扰金属离子在水溶液中的浓度均为10-6mol/L。

2 结果与讨论

2.1 Hg2+响应型智能凝胶光栅的设计策略

图1所示为基于Hg2+响应性智能凝胶光栅的检测系统及其检测原理示意图。如图1(a)所示的智能凝胶光栅检测系统，其包括样品单元中用于检测的P(AM-co-ATU)凝胶光栅、一个He-Ne 激光器、用于接收信号的两个硅光电探测器，以及一个用于分析的计算机耦合数据采集系统。如图1(b)所示，P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅能够特异性识别和捕获水中的Hg2+以实现Hg2+的超灵敏和高选择性响应。当Hg2+与P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅网络结构中的配体螯合时，使得凝胶网络交联密度增加；同时，螯合作用降低了凝胶网络内部的总电荷数量，使得凝胶网络内部的渗透压降低，从而触发其体积收缩。在该收缩过程中，由于凝胶光栅固定在样品池内的盖玻片上，因而其周期保持不变，仅凝胶光栅的高度发生变化。此时，凝胶光栅高度的变化将引起其衍射光强度变化，而通过硅光电探测器接收1 级衍射光强度（I1）和0 级衍射光强度（I0）的变化，则可以得到其衍射效率的变化。光栅的衍射效率（diffraction efficiency，DE）定义为式(1)。

图1 P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅系统及其Hg2+检测原理的示意图

最后，便可利用数据采集系统基于DE变化分析得出水中Hg2+浓度。基于P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅独特的分子结构设计，该检测系统可通过上述原理将痕量Hg2+浓度信号有效转换放大为易检测的光强度信号变化，从而实现对水中痕量Hg2+的高灵敏、高选择性检测。

2.2 P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅的制备与结构组成表征

P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅的高分子网络结构主要通过将具有硫脲基团的可聚合单体ATU 引入AM单体聚合体系，并采用大分子交联剂tetra-arm PEGAAm 作为交联剂来构建。选用tetra-arm PEGAAm作为交联剂可制备得到具有均匀稳定空间网络结构的凝胶光栅，在此情况下，一方面可提升凝胶光栅的力学性能；另一方面可赋予凝胶光栅良好的透明性，使其在激光发射波长635nm处具有良好透过率，以保证衍射光的信号质量。为了得到具有规则起伏结构的微光栅结构，采用了微接触印刷法来一步制得P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅（图2）[27-29]。

图2 P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅的制备过程示意图

如图3(a)所示是P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅的光学照片，从图中可看出其呈现出良好的衍射现象，表明其具有良好的规整起伏结构。从图3(b)所示的凝胶光栅微观结构的SEM 图可看出，凝胶光栅表面具有规整的周期性光栅起伏条状微观结构，有利于其用于基于衍射现象的传感检测。通过利用He-Ne激光器水平照射垂直放置在样品池中的凝胶光栅，得到了其衍射光学图3(c)。从图3(c)可看出，接收屏上有清晰且明亮的0级衍射光斑和1级衍射光斑，该光学信号强度可以很好地被硅光电探测器接收并用于数据分析。

图3 P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅的形貌表征

进一步地，采用AFM 对凝胶光栅在干态和湿态下的微观结构进行了表征，如图4(a)和图4(b)所示分别是P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅在干态下的2D、3D 微观形貌结构图，该凝胶光栅的高度约为54nm，周期约为1890nm；而从如图4(c)和图4(d)所示的凝胶光栅在水中充分溶胀后的2D、3D微观形貌结构图可看出，湿态下凝胶光栅的高度约为295nm，周期约为1895nm。该结果表明，P(AM-co-ATU)凝胶光栅在体积相变过程中只有高度发生变化，而周期基本保持不变；其原因在于，该凝胶光栅经化学键结合到了硅烷化改性的盖玻片上，因而只能在凝胶光栅高度所在维度方向发生体积变化。

图4 P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅的结构表征

如图5(a)所示分别是AM 单体、ATU 单体和P(AM-co-ATU)凝胶的FTIR 谱图。在ATU 的FTIR 谱图中，3436.90cm-1和3230.95cm-1处的两个特征吸收峰对应于—NH2的不对称伸缩振动，而硫脲基团的C= = S 伸缩振动吸收峰则同时出现在1246.43cm-1和1060.71cm-1处。在AM 单体的FTIR 谱图中，3334.52cm-1附近的特征峰归属于其—NH2基团伸缩振动，而1652.38cm-1和1608.33cm-1处的峰分别归属于C= = O 和C= = C 伸缩振动。在P(AM-co-ATU)的红外光谱中，酰胺C= = O 振动吸收峰出现在1663.10cm-1附近，而硫脲基团中C= = S 伸缩振动吸收峰处的谱带被抑制。与AM和ATU相比，P(AMco-ATU)在3334.52cm-1和3192.86cm-1处的特征峰明显更宽，这是由于这两种单体的官能团之间具有很强的氢键能力所致[30]。利用EDX 对凝胶光栅的C、N、O 和S 元素进行分析，其元素分布图如图5(b)，可看出凝胶光栅中含有均匀分布的S、N、O元素。上述结果表明，成功制备得到了P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅。

2.3 P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅的Hg2+响应性能

如图6 所示为P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅在不同pH 下的zeta 电位值。从图6 中可看出，当pH为5～9 时，P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅均呈现负电位，有利于其与正电荷Hg2+的螯合。在强酸（pH<3）条件下，智能凝胶光栅中的功能性配体基团（S、N 和O）会被强烈质子化，此时带正电荷的结合基团与Hg2+之间的强静电排斥力会阻碍功能共聚物与Hg2+的络合，减少有效的Hg2+螯合位点。当pH=7 时，智能凝胶光栅的zeta 电位值为-27.89mV。而在碱性条件下（pH>7），虽然其负电性更强，但Hg2+容易与OH-反应生成氧化汞。因此，为了使其凝胶光栅具备更大电负性以便与Hg2+螯合，在配制不同浓度的Hg2+溶液用于Hg2+响应性能研究时，均采用了NaOH将Hg2+溶液中和至pH=7，以避免pH对凝胶光栅Hg2+响应性能的影响。

图6 P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅在不同pH下的zeta电位值

如图7 所示为P(AM-co-ATU)智能凝胶在识别Hg2+前、后的XPS 图。其中，如图7(a)所示为经Hg2+处理前、后的P(AM-co-ATU)智能凝胶的XPS图。从图7(a)中可以看出，未经Hg2+溶液处理的P(AM-co-ATU)智能凝胶在534.29eV、400.81eV、286.35eV、164.13eV处显示处四个特征峰；而当经过Hg2+溶液处理以后，P(AM-co-ATU)智能凝胶在102.05eV 处产生了一个归属于Hg 4f 的新特征峰。进一步地从图7(b)所示的Hg 4f 高分辨率XPS 图中可看出，100.25eV 和104.10eV 处的两个峰可分别归属于Hg 4f7/2和Hg 4f5/2。上述结果表明Hg2+成功地结合在了P(AM-co-ATU)智能凝胶上。

图7 P(AM-co-ATU)智能凝胶识别Hg2+前、后的XPS图

P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅在识别溶液中的Hg2+后，其硫脲基团能与Hg2+螯合形成“—S—Hg—S—”键，使得凝胶交联密度增加、体积收缩，从而引起凝胶光栅起伏高度的降低。通过上述Hg2+响应性高度变化，P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅能将溶液中的Hg2+浓度信号有效转化为易于检测的衍射光强度信号，从而用于定量的Hg2+浓度检测。对于光栅，其衍射方程表示为式(2)。

式中，d代表光栅周期参数；θ代表衍射角；m代表衍射光级数；λ代表入射光波长。由于P(AMco-ATU)智能凝胶光栅在溶液中的d、m、λ都是固定值，因而其θ亦保持不变。在此情况下，可以通过便捷地固定硅光探测器的位置来接收衍射光强度信号。

根据光栅理论公式，凝胶光栅的一级衍射效率DE的近似公式可表达为式(3)。

式中，ng和ns分别为P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅和介质的折射率；H为凝胶光栅在不同浓度的Hg2+溶液中的高度。

如图8所示为去离子水和不同浓度的Hg2+溶液在20℃下的折射率。从图8可以看出，随着样品溶液中的Hg2+溶液由0 增加到10-6mol/L，其折射率基本保持不变，因而可以排除上述Hg2+浓度对DE值的影响；同时，P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅具有纳米高度，且其绝大部分成分为水，呈现出良好的光学透明特性，其折射率亦基本保持不变。根据式(3)可知，凝胶光栅的DE值主要由其起伏高度H决定。因此，后续实验中通过测量智能凝胶光栅的起伏高度变化，即可以获得其相应DE值。

图8 不同浓度Hg2+溶液和去离子水的折射率

如图9 所示为P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅在不同浓度Hg2+溶液中的AFM 分析图。从图9 可看出，在20℃时，随着溶液中Hg2+浓度由10-9mol/L分别升高至10-8mol/L、10-7mol/L 和10-6mol/L，P(AMco-ATU)智能凝胶光栅的起伏高度H逐渐由274nm降低至259nm、252nm 和242nm，而其周期基本保持不变。进一步地，为了更直观地表示P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅的起伏高度和周期随Hg2+浓度的变化规律，研究中定义了参数相对起伏高度（RH）和相对周期（RW）。其中，RH定义为在20℃条件下凝胶光栅在不同Hg2+浓度中的起伏高度与其在去离子水中的起伏高度的比值；而RW定义为在20℃条件下凝胶光栅在不同Hg2+浓度中的周期与其在去离子水中的周期的比值。如图10 所示为P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅的相对起伏高度（RH）和相对周期（RW）随Hg2+浓度的变化规律。从图10 中可以看出，P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅在去离子水中（Hg2+浓度为0）的RH和RW值均为1。当溶液中Hg2+浓度为10-9mol/L时，其RH值降低为0.94，而进一步随着Hg2+浓度升高至10-6mol/L 而继续降低为0.82。相比之下，随着上述Hg2+浓度变化，智能凝胶光栅的RW值一直维持在约1.0。上述结果表明，P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅在识别溶液中的Hg2+浓度变化后，其仅展示出起伏高度的变化。

图9 20℃时P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅在不同Hg2+浓度溶液中的AFM分析图

图10 P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅的相对起伏高度（RH）和相对周期（RW）随Hg2+浓度的变化规律

2.4 P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅系统的高灵敏Hg2+检测性能

研究中定义了P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅的相对衍射效率（RDE）来反映DE的变化程度，其表达式如式(4)所示。

式中，DE和DEW分别为20℃下智能凝胶光栅在不同浓度Hg2+溶液中和在去离子水中的1级衍射效率。如图11(a)所示，随着溶液中Hg2+浓度由0逐渐增加至10-9mol/L、10-8mol/L、10-7mol/L和10-6mol/L，P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅的RDE值从1 线性减小到0.94，其检测限可达到10-9mol/L，低于世界卫生组织对饮用水中Hg2+的含量标准（3×10-8mol/L）。此外，基于该数据结果可得出相对衍射效率RDE与溶液中Hg2+浓度（[Hg2+]）的线性关系式：RDE=aln[Hg2+]+b。其中，a=-0.006，b=0.8576，其相关系数R2=0.99。此外，根据式(3)和式(4)，可进一步将一级衍射效率DE的表达式近似表示为式(5)。

图11 P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅的RDE与[Hg2+]和RH之间的关系

式中，HW为凝胶光栅在去离子水中的高度。从式(5)可看出，相对衍射效率RDE和相对起伏高度RH的关系可以描述为RDE∝。如图11(b)所示为当Hg2+浓度为0和10-9～10-6mol/L时RDE和RH2的关系图，可以看出RDE和之间呈线性关系：RDE=+b，其中a=0.1819，b=0.8182，相关系数R2=0.99。因此，上述结果表明，P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅的RDE值变化，主要是由其识别Hg2+后的起伏高度变化所引起的，而利用上述定量关系式，则可通过测量P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅在Hg2+溶液中的RDE值，来换算得到溶液中的Hg2+浓度，从而实现对水中痕量Hg2+的高灵敏定量检测。

2.5 P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅系统的高选择性Hg2+检测性能

为了研究P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅系统对Hg2+的高选择性检测性能，实验中通过在水溶液中分别加入不同的干扰金属离子（包括浓度为10-6mol/L的Pb2+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Co2+、Cr3+、Al3+、Ba2+、Ca2+、Mg2+、Ni2+和Mn2+），测定了智能凝胶光栅的RDE值。如图12所示，对于10-6mol/L的Hg2+溶液，其智能凝胶光栅的RDE值为最低的0.94；而对于10-6mol/L的干扰金属离子溶液，其智能凝胶光栅的RDE值均大于0.98，接近于智能凝胶光栅在纯水中的RDE值。该智能凝胶光栅在Hg2+溶液和干扰金属离子溶液中RDE值的显著差异表明，P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅在干扰金属离子溶液中仅发生微小的起伏高度变化，而在Hg2+溶液中则可通过识别Hg2+而发生显著的起伏高度变化。根据软硬酸碱理论（HSAB），Hg2+为软酸，共聚物的硫配体为软碱，软酸和软碱可形成稳定的络合物[31-32]。螯合配体与重金属离子的稳定常数反映了配位化合物的形成趋势。例如，据文献报道[33]，典型金属离子与基于ATU的聚合物中经S、N、O修饰的螯合配体之间的稳定性常数分别为lgK(Hg)=10.1、lgK(Pb)=4.1和lgK(Cd)=3.2。Hg2+与配体之间较大的稳定性常数表明，P(AMco-ATU)智能凝胶更容易与Hg2+形成络合物，因此，P(AM-co-ATU)智能凝胶光栅展现出了对溶液中Hg2+的高选择性。

图12 20℃时离子种类（每种离子浓度均为10-6mol/L）对RDE的影响

3 结论

综上所述，本文成功构建了一种Hg2+响应性智能凝胶光栅，该光栅可基于其硫脲基团与Hg2+之间的高选择性、强螯合作用来诱导光栅起伏高度发生变化，从而实现从水中Hg2+浓度变化到衍射光强度变化的信号转换。基于该智能凝胶光栅的光学检测系统可高灵敏、高选择性地便捷检测水中痕量Hg2+，其检测限可低至10-9mol/L，低于世界卫生组织对饮用水中Hg2+的含量标准。此外，由于环境温度对该智能凝胶光栅的Hg2+检测性能影响可忽略，因而检测时不需要固定环境温度条件，可在常温等条件下实现便捷检测。该工作为面向水中痕量Hg2+的便捷灵敏检测技术的开发提供了新思路。

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