南乌拉尔国立大学的研究人员开发出一种新型高灵敏度的水溶液汞离子检测方法。他们研发了一种特殊的电极，能够在短短两分钟内检测出浓度极低的汞这种有害金属。
据研究人员介绍，他们工作的独特之处在于使用一种含有稀土金属镨的高熵氧化物对电极进行改性。由于这种成分，该电极能够检测浓度低至1纳摩尔的汞。为了便于理解，这个数值低于最大允许浓度，约为每升200纳克。
“我们用一种特殊的纳米粉末改性了标准的玻碳电极（许多电化学传感器的基础电极）。”南乌拉尔国立大学后工业聚集区环境问题实验室的研究员罗曼·莫罗佐夫说道。 “想象一下电极表面是一片沙漠。”传统的电极就像光滑的沙子，一滴汞会直接滚落上去。而改性后的导体则像一块多孔海绵；这种结构使其活性表面积增加了两倍。我们特意在氧化物结构中添加了镨（Pr）。这种元素会在晶格中产生“空位”——氧原子缺失的空隙。这些空位就像陷阱一样，能够主动吸引汞离子。当离子进入这样的陷阱时，就更容易发生反应并被还原成金属汞。该装置可以检测到这一点。
水体汞污染是一个全球性的严重问题。这种金属会在生物体内积累，并引发严重的疾病。例如，日本的水俣病就是由工业汞排放引起的。然而，检测饮用水、土壤或食品（如茶和咖啡）中的汞含量非常困难。世界卫生组织规定的最大允许浓度极低，仅为 0.001 毫克/升。世界各地的科学家都在致力于解决这个问题。车里雅宾斯克化学家们的方法取得了令人瞩目的成果：该传感器能够可靠地检测浓度范围为 1 至 5 纳摩尔 (nM) 的汞。检测限仅为 0.15 nM。这使得即使是痕量的汞也能被检测到。此外，即使存在其他“竞争性”离子（铅、铜、铁）和有机物质（尿素、苯酚），该传感器也能准确可靠地识别汞。
科学家们通过向样品中添加微量汞，在实际条件下测试了该装置的研发成果。该装置已成功应用于自来水、土壤、茶叶和咖啡提取物的检测。在所有情况下，该装置均展现出极高的准确度（回收率在85%至95%之间）。
除了准确度之外，车里雅宾斯克研发的这项技术还具有另外两个重要优势：分析速度快、使用方便。与需要复杂昂贵设备（例如原子发射光谱仪或色谱仪，价格可能高达数千万卢布）的传统方法不同，这项新方法使用了一种小型装置。
相关研究是在一台价值150万卢布的固定式恒电位仪上进行的。目前正在进行使用便携式传感器测定汞含量的实验，该传感器价格约为30万卢布，可与标准笔记本电脑甚至智能手机连接使用。电极本身是一次性的，但其生产仅需不到1毫克的稀土金属，因此该技术具有成本效益。
“尽管初始组件——基础电极和便携式装置——是在台湾生产的，但在俄罗斯建立此类系统的生产线并不困难，”研发人员评论道。 “至于稀土金属，我们的方法所需的量极少，不会影响该方法的成本或可用性。”
研究人员表示，环保机构可能是这项技术的潜在客户和用户。这种便携式分析仪将显著节省检测时间和成本，能够快速部署到潜在污染地点，并获得可靠的现场结果。利用这种新方法，茶叶、咖啡和海鲜生产商可以快速检测原材料中的汞含量。这项发明在医学诊断领域也具有应用前景：通过将该材料应用于其他生物标志物，可以制造用于尿液或汗液分析的传感器。当然，车里雅宾