CN100485383C - 一种氧化锆镀金薄膜电极检测有机磷农药的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种有机磷农药的电化学检测方法,其特征是检测体系的采用纳米氧化锆镀金薄膜电极,伏安检测法测定有机磷农药,使得有机磷的检测过程变得简便、快速、灵敏,其最低检测限可达10-11mol/L,比常规金电极低2~3个数量级,而电极的制备工艺简单、成本低廉,便于在基层普通检测机构进行推广应用。

Description

一种氧化锆镀金薄膜电极检测有机磷农药的方法
技术领域
本发明涉及一种有机磷农药的电化学检测方法,特别是涉及应用纳米氧化锆复合化学镀金薄膜电极作为工作电极,采用伏安法测定有机磷农药的方法。
技术背景
有机磷农药占市场现有农药的70%左右,多具有高毒性,因此建立灵敏、高效的有机磷农药分析方法对于有效解决相关的卫生安全和环境污染等问题具有重要意义。气相色谱、高效液相色谱以及色谱-质谱联用技术、光谱技术等仪器分析方法具有准确、高效、灵敏、高通量等特点,已被广泛应用于农药残留分析的实际工作,但上述方法一般分析周期长、设备昂贵、且需要特殊的测试环境,因而不易推广。为满足环境中大量样品的现场快速检测要求,基于农药生化特性制得的各种酶试剂盒、速测卡被不断推出。但据调查研究表明,许多速测卡的灵敏度、重现性不高而成本较高,因此多数仅用于农药残留的初步定性筛选。在已有的有机磷农药电化学检测方法研究中,所使用的工作电极或制作方法繁琐、或电极不易清洗、或检测方法的灵敏度不高,因此不利于有机磷农药的电化学检测方法的推广应用。
发明内容
本发明目的在于克服上述缺点而提供一种有机磷农药的电化学检测方法,该发明采用纳米氧化锆复合化学镀金薄膜电极作为电化学检测的工作电极,使得有机磷的检测过程变得简便、快速、灵敏,而电极的制备工艺简单、成本低廉,便于在基层普通检测机构进行推广应用。
本发明有机磷农药的电化学检测方法,应用纳米氧化锆复合化学镀金薄膜电极作为工作电极,采用伏安检测法测定有机磷农药,其步骤是:
1)采用纳米氧化锆复合化学镀金薄膜电极作为有机磷电化学检测体系的工作电极,银/氯化银电极为参比电极,铂丝作为对电极,以硫酸钠(Na2SO4)作为支持电解液,以三口烧瓶作为电化学检测池,采用含有方波伏安法(SWV)功能的电化学分析仪作为数据采集器;
2)用95%的乙醇将有机磷农药的标准样品稀释成一系列浓度的稀释液,用于制作标准曲线;
3)测定上述系列标准样品,将工作电极插入2ml的待测样品溶液中,搅拌吸附1分钟,用去离子水冲洗工作电极后将其置于电化学检测池中,采用电化学分析仪的SWV模式,通过SWV扫描,得到有机磷农药的特征氧化峰,记录其相对峰电流或相对峰面积;
4)以相对峰电流或相对峰面积对有机磷农药的浓度制作标准曲线,通过拟合得到两者之间的关系方程;
5)通过相同的方法测得未知样品中所含相应有机磷农药的SWV氧化峰电流,用峰电流或峰面积表示,将之代入上述方程,即可计算得所测样品中某种有机磷农药的含量。
本发明有机磷农药的电化学检测方法,其核心是采用纳米氧化锆复合化学镀金薄膜电极作为有机磷电化学检测体系的工作电极,工作电极的制备方法步骤如下:
●用王水、重铬酸钾、去离子水依次对氧化铝陶瓷基体表面进行清洗,以减弱陶瓷表面的疏水性,将陶瓷基体烘干;
●在陶瓷基体上留出待制备的工作电极的形状,将其余部分用透明胶带密封;
●依次用SnCl2和银氨溶液对基体表面进行敏化与活化,以促进化学镀反应;
●将经过敏化与活化的陶瓷基体浸入纳米氧化锆与金的复合化学镀液中,加入与镀金液等量的还原液,采用恒温振荡器控制镀液的温度与震荡频率,进行金层和氧化锆微粉的共沉积;
●用去离子水冲洗基体,去掉透明胶带,吹风机吹干,用导线连接电极区域,获复合化学镀纳米氧化锆/金薄膜电极。
使用本发明制备的工作电极,在0.1M Na2SO4支持电解液中以与样品SWV测试相同的条件进行3~5次扫描,便可使工作电极再生,以便重复使用。
本发明的特点
1)本发明利用复合化学镀技术,以具有高比表面积的氧化铝陶瓷为基体,加工制得了纳米氧化锆修饰的薄膜金电极。利用氧化锆对有机磷农药的选择性强亲和作用,与纳米微粉和活性氧化铝陶瓷基体共同构成的薄膜金电极的高比表面积,从而显著提高了该电极对目标测试物质—有机磷农药的检测灵敏度,以对硫磷为标准样品,采用该方法制备的工作电极其最低检测限可达10-11mol/L,比常规金电极低2~3个数量级。
2)本发明经有机磷农药样品检测后的工作电极,可通过SWV方法清洗后重复使用;该电极经清洗后可重复使用上百次,所使用的氧化铝陶瓷基体可回收清洗重复使用。
3)该方法简单,易操作。具有低成本,高效率、高灵敏度等优点,特别适合在氧化铝陶瓷基体上进行微电极的加工制作,亦适用于微流控体系集成。
4)本发明可以在普通实验室里大批量生产工作电极,能够快速地获得用于有机磷农药检测的纳米材料修饰薄膜工作电极,便于有机磷农药的高效、快速检测。亦可进一步加工成有机磷农药检测专用的微流控电化学检测装置。
本发明采用纳米氧化锆复合化学镀金薄膜电极作为电化学检测的工作电极,使得有机磷的检测过程变得简便、快速、灵敏,而电极的制备工艺简单、成本低廉,便于在基层普通检测机构进行推广应用。
附图说明
附图1实施例中已知浓度对硫磷样品作SWV扫描得到的特征氧化峰;
附图2对硫磷相对峰电流与其浓度之间数值关系所得到的拟合曲线图
具体实施方式
通过以下实施例进一步说明实现本发明氧化锆镀金薄膜电极检测有机磷农药的方法:
实施例1
纳米氧化锆/金复合化学镀薄膜工作电极的制备
●对氧化铝陶瓷基体表面(1.5×1.5cm)进行清洗,用王水浸泡,然后在重铬酸钾的酸性溶液中用超声波清洗,氧化铝陶瓷基体表面清洗完毕后,在700℃下灼烧30分钟,彻底除去基体上残留的污染物;
●在陶瓷基体上留出待制备的工作电极的形状(0.5×1.5cm),将其余部分用透明胶带密封;
●将陶瓷基体在含3g/100ml SnCl2的10%的盐酸溶液进行敏化,三分钟后用去离子水冲洗30s,再在银氨溶液(将1g/100ml AgNO3用NH3.H2O调节混浊至再澄清即可)中进行活化,即完成了陶瓷基体电极区域的活化,去离子水冲洗后便可进行纳米复合化学镀操作。
●将经过敏化与活化的陶瓷基体水平放入已经配制好的纳米氧化锆(粒径20nm左右)与镀金液的复合化学镀液中,镀金液为:亚硫酸金钠与亚硫酸钠溶液混合所得溶液(由常州化工研究所购买),其含金量为50g/L,用2.5%的亚硫酸钠稀释25倍;稀释后的镀金液中加入4mg/ml的纳米氧化锆并在100Hz下超声2分钟;
●加入与镀金液等体积的还原液37%的甲醛水溶液,采用恒温振荡器控制,镀液的温度为25~30℃,调节振荡器的震荡频率为60次/分钟,直到镀液由混浊变为澄清,即完成复合化学镀进行金层和氧化锆微粉的共沉积。
●用去离子水冲洗掉电极表面,去掉透明胶带,吹风机吹干,获氧化锆镀金薄膜电极,置入干燥器中储存待用。
有机磷农药的电化学检测
●将连接导线固定在所制备的薄膜电极上作为有机磷电化学检测体系的工作电极,Ag/AgCl(3M KCl)参比电极,Pt丝作为对电极,以0.1M Na2SO4作为支持电解液,以100ml的三口烧瓶作为电化学检测池,采用CHI842电化学分析仪;
●用乙醇作为溶剂,将有机磷农药对硫磷的标准样品稀释成一系列浓度的稀释液,用于制作标准曲线;
●将制备的工作电极插入2ml的待测样品中,搅拌吸附1分钟,用去离子水冲洗工作电极后将之置于电化学检测池中,采用电化学分析仪的SWV模式,扫描条件为:增幅0.01V,振幅0.06V,频率25Hz,扫描区域从-0.6到-0.1V,由此将在0.35Y附近得到一个尖锐的氧化峰,记录其相对峰电流(附图1);通过该法依次测定一系列含不同浓度对硫磷的标准样品。用95%乙醇溶液配置浓度为700ng/ml对硫磷,经过方波伏安扫描得到特征氧化峰(附图1),图中标注的Ia即为文中所述对硫磷的相对峰电流,其对应的扫描电位在-0.35V附近;
●以相对峰电流(Ia,单位:A)对对硫磷的浓度(C,单位ng/ml)制作标准曲线,(附图2)通过拟合得到两者之间的关系方程为:Ia×(-1e5)=0.03010C+3.721,该方程的线性相关系数R2=0.9931;将其经过转换得到C(x)=-3.322e6 Ia—123.6,可由此方程根据测得的相对峰电流计算得未知样品中含有的对硫磷浓度。
●通过相同的方法测得未知样品中所含相应对硫磷的SWV氧化峰电流(用峰电流表示),将之代入上述方程,即可计算得所测样品中对硫磷的含量。
本实施例对硫磷为标准样品,最低检测限可达10-11mol/L,比常规金电极低2~3个数量级。未知样品中对硫磷含量的计算实例:
按照上述方法对含未知浓度对硫磷的样品x进行SWV扫描,在-0.35V处得到相应的氧化峰相对峰电流为-5.7×1e-5A,将此值作为Ia带入上述线性方程C(x)=-3.322e6 Ia—123.6经过计算可得到未知样品中含有对硫磷的浓度为65.72ng/ml。

Claims (8)

1、一种有机磷农药的电化学检测方法,其特征是检测体系的专用工作电极为:纳米氧化锆镀金薄膜电极,采用伏安检测法测定有机磷农药,其步骤是:
1)采用纳米氧化锆复合化学镀金薄膜电极作为有机磷电化学检测体系的工作电极,银/氯化银电极为参比电极,Pt丝作为对电极,以Na2SO4溶液作为支持电解液,以三口烧瓶作为电化学检测池,采用含有CV、SWV功能的电化学分析仪作为数据采集器;
2)用乙醇将有机磷农药的标准样品稀释成一系列浓度的稀释液,用于制作标准曲线;
3)测定上述系列标准样品,将工作电极插入2ml的待测样品溶液中,搅拌吸附1分钟,用去离子水冲洗工作电极后将之置于电化学检测池中,采用电化学分析仪的方波伏安法模式,通过SWV扫描,得到有机磷农药的特征氧化峰,记录其相对峰高或相对峰面积;
4)以相对峰高或相对峰面积对有机磷农药的浓度制作标准曲线,通过拟合得到两者之间的关系方程;
5)通过相同的方法测得未知样品中所含相应有机磷农药的SWV氧化峰,用相对峰高或相对峰面积表示,将之带入上述关系方程,计算得所测样品中某种有机磷农药的含量。
2、根据权利要求1所述有机磷农药的电化学检测方法,其特征是所述电化学分析仪的SWV模式,扫描条件为:增幅0.01V,振幅0.06V,频率25Hz,扫描区域从-0.6到-0.1V。
3、根据权利要求1所述有机磷农药的电化学检测方法,其特征是所述工作电极,在0.1MNa2SO4支持电解液中以与样品SWV测试相同的条件进行3~5次扫描,再生重复使用。
4、根据权利要求1所述有机磷农药的电化学检测方法,其特征是所述纳米氧化锆镀金薄膜电极的制备步骤如下:
●用王水、重铬酸钾的酸性溶液、去离子水依次对氧化铝陶瓷基体表面进行清洗,以减弱陶瓷表面的疏水性,将陶瓷基体烘干;
●在陶瓷基体上留出待制备的工作电极的形状,将其余部分用透明胶带密封;
●依次用SnCl2和银氨溶液对基体表面进行敏化与活化,以促进化学镀反应;
●将经过敏化与活化的陶瓷基体浸入纳米氧化锆与金的复合化学镀液中,加入与镀金液等量的还原液,采用恒温振荡器控制镀液的温度与震荡频率,进行金层和氧化锆微粉的共沉积;
●用去离子水冲洗基体,去掉透明胶带,吹风机吹干,用导线连接电极区域,获纳米氧化锆镀金薄膜电极。
5、根据权利要求4所述有机磷农药的电化学检测方法,其特征是所述氧化铝陶瓷基体表面清洗,清洗完毕后,在700℃下灼烧30分钟。
6、根据权利要求4所述有机磷农药的电化学检测方法,其特征是所述镀金液为:亚硫酸金钠与亚硫酸钠溶液混合所得溶液,其含金量为50g/L,用2.5%的亚硫酸钠稀释25倍,稀释后的镀金液中加入4mg/ml的纳米氧化锆并在100Hz下超声2分钟。
7、根据权利要求4所述有机磷农药的电化学检测方法,其特征是所述还原液为37%的甲醛水溶液。
8、根据权利要求4所述有机磷农药的电化学检测方法,其特征是所述恒温振荡器控制镀液的温度为25~30℃,振荡器的震荡频率为60次/分钟。
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