迈向更安全的水环境：基于La2Sn2O7纳米结构的低成本双酚A电化学传感器研究

《GLOBAL CHALLENGES》：Towards Safer Water: A Low-Cost Disposable Electrochemical Sensor for Bisphenol A Using La2Sn2O7 Nanostructures

本文报道了一种基于稀土锡酸盐（La2Sn2O7）纳米结构的新型电化学传感器，该传感器对双酚A（BPA）检测表现出卓越性能（检测限1.4 nM，线性范围0.001-425.8 μM）。研究通过系统表征证实了材料的立方烧绿石结构优势，并在实际水样中验证了其高回收率（91%-99%）和稳定性，为环境监测提供了可靠技术方案。

　　

研究背景与意义

双酚A（BPA）作为典型的内分泌干扰物（EDC），通过塑料制品渗漏进入水环境，对生态系统和人类健康构成严重威胁。传统检测方法如高效液相色谱（HPLC）和质谱虽精度高，但存在设备昂贵、操作复杂等局限性。本研究旨在开发一种基于镧锡氧化物（La₂Sn₂O₇）纳米结构的电化学传感器，实现水体中BPA的快速、灵敏检测。

材料设计与表征

通过水热法合成的La₂Sn₂O₇纳米颗粒呈现20-50纳米的球形结构，X射线衍射（XRD）图谱确认其具有立方烧绿石结构（空间群Fd-3m）。高分辨透射电镜（HR-TEM）显示清晰的晶格条纹（间距0.313 nm），对应（222）晶面。X射线光电子能谱（XPS）分析证实材料中存在La³⁺、Sn⁴⁺/Sn²⁺混合价态及氧空位，这些特性共同促进了电子传输效率。

电化学性能优化

通过循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）测试表明，La₂Sn₂O₇修饰的屏幕印刷碳电极（SPCE）比裸电极电荷转移电阻降低56%（987.01 Ω·cm²）。系统优化实验确定最佳检测条件为：催化剂负载量8 μL、磷酸盐缓冲液（PBS）pH 7.0。扫描速率实验证实BPA氧化过程受扩散控制，符合两电子两质子（2e^-/2H⁺）转移机制。

传感器性能评估

安培法（i-t）检测显示传感器在0.001-425.8 μM范围内呈良好线性关系（R²>0.99），检测限达0.0014 μM。选择性测试中，传感器对呋喃他酮、茶碱等10种干扰物表现出优异抗干扰能力。重现性实验显示四个独立电极响应偏差仅±1.94%，连续100次CV循环后信号保持95%以上稳定性。

实际应用验证

在湖水、河水、自来水和瓶装水等真实水样检测中，传感器回收率达到91%-99%，与高效液相色谱（HPLC）标准方法结果高度吻合（97%-99.4%）。这表明该传感器能有效克服复杂基质干扰，适用于实际环境水样的快速检测。

技术优势与前景

La₂Sn₂O₇/SPCE传感器融合了稀土材料的催化特性和纳米结构的表面积优势，其一次性设计兼具低成本（约1美元/片）、便携式特点，为现场实时监测BPA污染提供了可行方案。未来可通过集成微流体系统进一步拓展其在环境监测领域的应用潜力。