发表在《化学传感器》（Chemosensors）杂志上的一项新研究介绍了一种利用氧化石墨烯作为离子到电子换能器的全固态离子选择性电极检测硝酸根离子的新方法。
硝酸根离子在土壤和水生环境等自然生态系统的氮循环中发挥着至关重要的作用。然而，由于现代农业实践，硝酸根离子的含量急剧增加。无机肥料的过度使用导致地表水和地下水中硝酸盐的浓度居高不下，对环境和健康造成了极大的威胁。
富营养化是水体养分超载造成的一种现象，它导致藻类不受控制地生长、氧气耗尽和水质变差。这对生物多样性、渔业和娱乐活动产生了负面影响。此外，如果硝酸盐浓度超过一定水平（欧盟规定的值为 50 毫克/升），水就不适合饮用，可能导致严重的健康问题，如大肠癌和甲状腺疾病。
INL 的研究人员已经开发出一种创新型传感器，能够稳健地检测水中低浓度的硝酸盐。传统的硝酸盐检测方法虽然有效，但耗时长、成本高。电化学传感器，尤其是电位离子选择电极，因其操作简单、成本效益高、响应速度快而成为一种很有前途的替代方法。
然而，这些电极的早期设计依赖于内部填充解决方案，使得微型化和维护具有挑战性。因此，全固态离子选择电极应运而生，它以固体基底取代了内部液体溶液，从而提高了便携性和可用性。
在这项研究中，INL 水质小组的研究人员探索了使用氧化石墨烯作为新型传感器材料，即在硝酸盐传感器的导电表面和传感膜之间使用新型材料作为中间层。论文第一作者雷纳托-吉尔（Renato Gil）说：”与原生形态的石墨烯不同，氧化石墨烯的绝缘特性和亲水性对其稳定性和电化学性能提出了质疑。不过，氧化石墨烯的伪电容效应和能够进行离子交换的官能团使其成为我们假设的一个有吸引力的候选材料”。
INL 的研究人员证明，氧化石墨烯可以在全固态硝酸盐传感器中有效地充当离子-电子转换器。所提出的传感器没有水层，因此具有出色的电位稳定性和更长的使用寿命。此外，这些传感器在同样制备的电极之间具有令人印象深刻的重现性，其分析性能与之前报道的硝酸盐传感器相当。这项研究的负责人 Raquel Queirós 补充说：”我们在多个水样上测试了所开发的传感器，包括从家用水井收集的饮用水（瓶装水和自来水）和环境水，结果证实了传感器在确定硝酸盐含量方面的准确性。
INL 的工作标志着电化学传感器领域向前迈出了重要一步，展示了氧化石墨烯作为一种替代材料在构建稳定耐用的固体接触传感器方面的潜力。这项研发不仅增强了硝酸盐检测方法，还扩大了碳基材料作为新一代固体接触式电位传感器的应用范围。
论文全文发表在 2024 年 6 月的《化学传感器》杂志上。这项研究得到了 OPTIRAS（PT-INN-0076）、NGS-新一代存储（C644936001-00000045）和 FCT（2020.04021.CEECIND）项目的资助。
https://www.mdpi.com/2227-9040/12/6/86
All-Solid-State Potentiometric Sensor Based on Graphene Oxide as Ion-to-Electron Transducer for Nitrate Detection in Water Samples
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