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一种对作物Mg^(2+)活体检测的全固态微针型传感器制备及应用
1
作者
王志豪
樊成孝
+2 位作者
王焯
黄岚
王忠义
《农业工程学报》
北大核心
2025年第9期29-36,共8页
镁元素对作物的生长发育至关重要,通过监测作物体内镁离子的浓度变化,即可监测作物的生长状态。为实现作物茎杆Mg^(2+)快速准确原位活体检测,研制了一款微针型全固态离子选择性电极(all-solid-state ion-selective electrodes,ASS-ISEs...
镁元素对作物的生长发育至关重要,通过监测作物体内镁离子的浓度变化,即可监测作物的生长状态。为实现作物茎杆Mg^(2+)快速准确原位活体检测,研制了一款微针型全固态离子选择性电极(all-solid-state ion-selective electrodes,ASS-ISEs)。该传感器以不锈钢微针为导电基底材料,在其尖端构建石墨烯-聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT)固态转接层,并在固态转接层表面涂附离子选择性敏感膜(ion selective membrane,ISM)。首先,对传感器进行电位校准;然后,通过扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)测试、水层测试、电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy,EIS)测试等传感器性能表征方法,对针-石墨烯-PEDOT-ISM型和针-ISM型两种传感器进行对比测试;最后,将传感器应用于小麦苗茎秆Mg^(2+)原位活体检测,并设置对照试验。结果表明,传感器响应时间为7.0 s,检测限低至1.0×10^(-7) mol/L、能斯特斜率为27.04 mV/dec,寿命可达30 d以上;两种传感器的水层测试及EIS测试结果表明,石墨烯-PEDOT固态转接层结构,可以显著增加离子选择性薄膜和不锈钢基底之间的低频电容,有效抑制水层的形成,降低传感器表面的电荷转移电阻,减少信号漂移,提高响应电位的稳定性。小麦苗茎杆Mg^(2+)原位活体检测结果及纯琼脂和去离子水对照试验结果表明,该传感器可以有效检测其茎杆中Mg^(2+)浓度变化,变化范围为10^(-3.42)~10^(-3.03) mol/L,检测结果可靠。综上所述,该传感器检测限低、电位响应稳定,可用于作物茎秆Mg^(2+)浓度变化原位活体检测,应用前景广泛。
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关键词
传感器
作物Mg^(
2
+)检测
石墨烯
电位校准
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职称材料
题名
一种对作物Mg^(2+)活体检测的全固态微针型传感器制备及应用
1
作者
王志豪
樊成孝
王焯
黄岚
王忠义
机构
中国农业大学信息与电气工程学院
现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室
农业农村部农业信息获取技术重点实验室
出处
《农业工程学报》
北大核心
2025年第9期29-36,共8页
基金
国家重点研发计划(2022YFD2002300)。
文摘
镁元素对作物的生长发育至关重要,通过监测作物体内镁离子的浓度变化,即可监测作物的生长状态。为实现作物茎杆Mg^(2+)快速准确原位活体检测,研制了一款微针型全固态离子选择性电极(all-solid-state ion-selective electrodes,ASS-ISEs)。该传感器以不锈钢微针为导电基底材料,在其尖端构建石墨烯-聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT)固态转接层,并在固态转接层表面涂附离子选择性敏感膜(ion selective membrane,ISM)。首先,对传感器进行电位校准;然后,通过扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)测试、水层测试、电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy,EIS)测试等传感器性能表征方法,对针-石墨烯-PEDOT-ISM型和针-ISM型两种传感器进行对比测试;最后,将传感器应用于小麦苗茎秆Mg^(2+)原位活体检测,并设置对照试验。结果表明,传感器响应时间为7.0 s,检测限低至1.0×10^(-7) mol/L、能斯特斜率为27.04 mV/dec,寿命可达30 d以上;两种传感器的水层测试及EIS测试结果表明,石墨烯-PEDOT固态转接层结构,可以显著增加离子选择性薄膜和不锈钢基底之间的低频电容,有效抑制水层的形成,降低传感器表面的电荷转移电阻,减少信号漂移,提高响应电位的稳定性。小麦苗茎杆Mg^(2+)原位活体检测结果及纯琼脂和去离子水对照试验结果表明,该传感器可以有效检测其茎杆中Mg^(2+)浓度变化,变化范围为10^(-3.42)~10^(-3.03) mol/L,检测结果可靠。综上所述,该传感器检测限低、电位响应稳定,可用于作物茎秆Mg^(2+)浓度变化原位活体检测,应用前景广泛。
关键词
传感器
作物Mg^(
2
+)检测
石墨烯
电位校准
Keywords
sensors
crop
Mg^(
2
+)
detection
graphene
potential calibration
分类号
O657.15 [理学—分析化学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
一种对作物Mg^(2+)活体检测的全固态微针型传感器制备及应用
王志豪
樊成孝
王焯
黄岚
王忠义
《农业工程学报》
北大核心
2025
0
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