CN105067691A - 同步检测汞、铜、铅、镉离子含量的电化学传感器的制备方法 - Google Patents

同步检测汞、铜、铅、镉离子含量的电化学传感器的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种同步检测汞、铜、铅、镉离子含量的电化学传感器的制备方法是，在氯化铵-氨缓冲体系中,利用电化学沉积的方法将氧化石墨烯氮掺杂化制备修饰玻碳电极，在醋酸/醋酸钠为支持电解质的溶液中对汞、铜、铅、镉四种离子进行电化学检测，结果表明氮掺杂还原氧化石墨烯修饰电极对四种金属离子的检测有很高的灵敏度和较低的检测限。本发明制备的电化学传感器能实现对铜、汞、铅、镉四种离子的同时及分别检测，并可成功应用于实际样品中的含量。另外，本发明制备的电化学传感器具有电极材料易于制备、成本低廉、操作简便、快速高效、灵敏度高等优点，在环境中重金属离子检测分析领域具有良好的应用前景和潜在应用价值。

Description

同步检测汞、铜、铅、镉离子含量的电化学传感器的制备方法
技术领域
本发明属于电化学传感器领域，尤其是一种快速同步检测汞、铜、铅、镉离子含量的电化学传感器的制备方法。
背景技术
随着工业的高速的发展，重金属污染对人类社会、生存环境带来了不可忽视的危害和负面影响。其中铅、镉、汞、铜等离子对环境污染以及对人类健康的危害尤为严重。铅、镉、铜、汞等重金属均为有毒金属，而且可在人体内产生蓄积，如铅离子可引发贫血症、神经机能失调和肾损伤；镉离子可引起泌尿系统的功能变化；铜离子浓度过高可使血红蛋白变性，造成呼吸、肝脏、神经系统损伤，Wilson氏症等;金属汞可破坏细胞代谢，肝脏解毒功能，使肾衰竭,在脑组织中蓄积更是危害严重。为了人类的健康发展，有一个更好的生存环境，对于这些金属离子含量的监测必须受到高度的重视。如何快速准确且定性定量地检测出环境中含有的各种有害重金属离子就成了目前亟待解决的一个主要问题。目前，重金属离子浓度检测领域主要使用的检测方法有气相色谱法、高效液相色谱法以及分光光度法等。这些方法虽然具有分离效率高、选择性好、应用范围广等优点，但是具有耗时耗力、操作繁琐、分析及日常维护成本高等不可克服的缺点。
近年来，电化学检测技术由于其操作简单、耗时短、检测限低等优点而备受青睐。因其可以进行实现连续、快速、现场、在线活体检测与分析，并且还具有便携性、简便性、灵敏性、高效性、低成本等优点已广泛应用于环境监测与控制、生物制药与临床医学、食品安全与生物发酵等相关及类似领域。电化学传感器可实现经济、实用、高效、灵敏、精确、快速、简便的检测与分析。目前已经有关于重金属离子的电化学检测的研究。LianZhu等（LianZhu,LiliXu,BaozhenHuang,NingmingJia,LiangTanandShouzhuoYao，ElectrochimicaActa115(2014)471-477）报道了纳米金-石墨烯复合材料修饰铋膜电极对镉离子和铅离子的检测，线性范围为0.50gL-1-40gL-1;HerryGunadiSudibya等（HerryGunadiSudibya,QiyuanHe,HuaZhangandPengChen，AmericanChemicalSociety,5(2011)1990-1994）利用还原氧化石墨烯(Reducedgrapheneoxide,RGO)进行蛋白质功能化制备场效应晶体管传感器应用于钙、镁、汞和镉离子的检测；XuezhongGong等（XuezhongGong,YunlongBi,YihuaZhao,GuozhenLiuandWeyYangTeoh，RSCAdv.,4(2014)24653-24657）利用功能化GO对铅、汞和铜三种离子进行检测。然而，一步电化学还原制备NG修饰GCE对金属离子的检测尚未报道，并且目前重金属离子电化学检测方法的检测范围、灵敏度、选择性、稳定性也有待进一步改善。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单、实用、高效、灵敏、精确、价廉的快速选择性同步检测汞、铜、铅、镉离子含量的电化学传感器的制备方法。
本发明同步检测汞、铜、铅、镉离子含量的电化学传感器的制备方法，将玻碳电极（GCE）浸泡在NH4Cl-NH3缓冲液配制的氧化石墨烯(GO)溶液中，用电流时间曲线法进行电化学沉积，沉积电位-1.3V、沉积时间400s，得到氮掺杂石墨烯(NG)修饰电极。
本发明的同步检测汞、铜、铅、镉离子含量的电化学传感器的制备方法，其制备成本低廉、工艺简单、操作简易，使用本方法制备的电化学传感器不仅能够成功用于四种重金属离子的同时检测，而且还具有灵敏度高（检测下限:Hg2+为0.1μmol/L，Cu2+为0.007μmol/L,Pb2+和Cd2+均为0.008μmol/L）、选择性好(Na+,Ca2+,Mg2+,K+,Al3+,Zn2+,Li+,Cr3+,Mn2+,Ni2+等离子均无响应)、稳定性好等特点，所制备的氮掺杂石墨烯电极可用于环境中四种金属离子含量的同时测定。
附图说明
图1为(A)NG与GO的XPS图;
图2为GO和NG样品中氧、氮元素的含量分析图;
图3为NG中碳元素的高分辨XPS谱图；
图4为NG中氮元素的高分辨XPS谱图；
图5为制备的NG复合材料的扫描电镜图；
图6不同修饰电极：NG/GCE、还原石墨烯(rGO)/GCE、裸GCE对四种金属离子同时检测的差分脉冲溶出伏安响应图；
图7为NG/GCE同时检测汞、铜、铅、镉四种离子的线性图；
图8为NG/GCE同时检测汞、铜、铅、镉四种离子的线性图。
具体实施方式
一种利用氮掺杂石墨烯（NG）修饰电极快速选择性同步检测汞、铜、铅、镉四种离子含量的电化学传器的制备方法，包括以下步骤：氮掺杂石墨烯修饰玻碳电极（NG/GCE）的制备：先配制0.05M的氯化铵-氨(NH4Cl-NH3)缓冲溶液,然后用该缓冲液配制0.25mg/mL的氧化石墨烯(GO)溶液；用电流时间曲线法在上述混合溶液中进行电化学还原并沉积，沉积电位-1.3V，沉积时间400s，这样氮掺杂石墨烯(NG)薄膜直接成于玻碳电极（GCE）表面。
汞、铜、铅、镉四种离子的电化学测定：不同浓度的四种金属离子分别加入pH为4.5的醋酸盐缓冲液中，利用NG/GCE结合差分脉冲溶出伏安法对四种离子进行同时测定，峰电流线性增加表明该传感电极能够成功检测未知浓度的四种金属离子，该修饰电极对这四种金属离子均具有良好的线形关系，较宽的线性范围，较高的灵敏度低和低检测限。
电化学传感器检测汞、铜、铅、镉四种离子的性能评估：NG/GCE对汞、铜、铅、镉四种离子具有很强的选择性，而且对Na+,Ca2+,Mg2+,K+,Al3+,Zn2+,Li+,Cr3+,Mn2+,Ni2+等离子具有较强的抗干扰能力。即使在各种阴阳离子,如Br-,Cl-,NO3 -,H2PO4 -,SO4 2-等同时存在的复杂环境中，的电化学响应也没有明显变化，从而排除一些常见的阴阳离子的干扰。

Claims (1)

1.一种同步检测汞、铜、铅、镉离子含量的电化学传感器的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：氮掺杂石墨烯修饰玻碳电极的制备：先配制0.05M的氯化铵-氨缓冲溶液,然后用该缓冲液配制0.25mg/mL的氧化石墨烯溶液；用电流时间曲线法在上述混合溶液中进行电化学还原并沉积，沉积电位-1.3V，沉积时间400s，氮掺杂石墨烯薄膜直接成于玻碳电极表面。
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