CN108375597B - 一种电化学沉积与xrd联用技术定量检测草甘膦的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种检测分析技术领域内的一种电化学沉积与XRD联用技术定量检测草甘膦的方法,其先采用在CuSO4电解液中添加待检测的草甘膦溶液,将三电极置于电解池中,连接电化学工作站,进行恒电势电沉积;然后清洗裁切电沉积的导电玻璃,进行XRD检测,根据不同浓度的草甘膦溶液的Cu沉积层在XRD图谱上显示出不同的衍射峰强,定量检测草甘膦含量。本发明通过恒电势电沉积方法,待检测的草甘膦作为添加剂,电沉积具有特定形貌的Cu于工作电极导电玻璃表面,根据XRD衍射图谱的不同,检测出添加剂的浓度或种类的变化。为草甘膦农药残留的定量检测提供了一种便捷方案。

Description

一种电化学沉积与XRD联用技术定量检测草甘膦的方法
技术领域
本发明涉及一种检测分析技术领域,特别涉及对草甘膦农药的定量检测技术。
背景技术
草甘膦作为一种典型的非电活性有机磷农药,被广泛用于农业生产、园林维护等领域。目前,已报道的检测草甘膦方法主要有气相色谱法、高效液相色谱法,以及电化学传感器方面。这些方法灵敏度高,稳定性好,但是色谱法样品前处理过程复杂,仪器检测设备高,传感器制备方法繁琐,因此,一种制备方法简单、成本低的检测技术,成为当前草甘膦检测研究的热点。
XRD技术作为一种有力的材料表征手段,最主要应用于晶体的定性、定量分析。XRD是指具有特定波长的X射线照射到结晶性的物质上时,X射线因在结晶内遇到规则排列的原子或离子而发生散射,散射X射线在某些相位的方向上得到加强,从而显示与结晶结构相对应的衍射现象。其具有对样品损失小、无污染、灵敏度高、检测时间短等优点,可获得完整的晶体结构信息包括晶胞参数,晶粒尺寸,微观应力,点阵常数,织构取向度等。常规的XRD定量检测方法,即Rietveld全谱拟合法,主要应用于矿物、水泥相中晶相的定量分析。但这一种定量分析方法对实验的基本要求高,样品的制备方法、晶体的择优取向等因素,都会影响X射线衍射谱图数据的准确性和精确性。且常规XRD分析方法本身具有一定的局限性:样品量需要几十毫克左右,过少的样品会对分析结果造成影响,而且,其定量、定性分析需依赖于已有的标准晶体学数据库如CSD、ICSD,参照数据库中已收录的晶体结构及晶胞参数进行分析。现有技术中未见将XRD技术用于草甘膦农药的定量检测的方案。
电化学沉积法具体指在金属或金属氧化物在电场作用下,沉积在工作电极表面的过程。因其具有操作简单、条件温和,获得纳米沉积层结构和形貌可控等优点,被广泛应用于制备金属或金属氧化物及电子工业中的镀层,纳米材料,复合电极材料或电催化材料。添加剂作为一种有效的控制电沉积层形貌的方法,可以获得均一、稳定的沉积层。现有技术中未见将电化学沉积法用于草甘膦农药的定量检测的方案。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种电化学沉积与XRD联用技术定量检测草甘膦的方法,使草甘膦的定量检测更加方便、快速、检测成本低。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是这样的:
一种电化学沉积与XRD联用技术定量检测草甘膦的方法,依次包括如下步骤:
(1) 采用导电玻璃为工作电极,铂电极为对电极,饱和甘汞电极为参比电极的三电极体系,导电玻璃依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗,然后晾干;在CuSO4电解液中添加待检测的草甘膦溶液,将三电极置于电解池中,连接电化学工作站,进行恒电势电沉积;
(2) 电沉积结束后,取出导电玻璃,用去离子水反复冲洗电沉积层表面的电解液,样品于室温下自然晾干;干燥后的导电玻璃裁至合适大小,直接进行XRD检测。
(3)根据不同浓度的草甘膦溶液的Cu沉积层在XRD图谱上显示出不同的衍射峰强,定量检测草甘膦含量。
本发明通过恒电势电沉积方法,待检测的草甘膦作为添加剂,电沉积具有特定形貌的Cu于工作电极导电玻璃表面。通过XRD对Cu沉积层进行快速检测,获得晶体的结构、择优取向及晶胞参数等信息,不同浓度或种类的添加剂对电沉积层形貌的影响不同,XRD衍射图谱也不同,因此,根据XRD衍射图谱的不同,可以检测出添加剂的浓度或种类的变化。本发明的有益技术效果是:(1) 本发明首次提出了一种电化学沉积法与XRD联用的技术用于定量检测分析。(2) 首次将待测物作为添加剂加入到电解液中,根据待测物浓度的增加,金属沉积层的XRD衍射峰强产生变化,不仅可以检测电化学活性物质,也适用于非电化学活性物质的检测。(3) 摆脱了常规XRD定量检测依赖于标准晶体学数据库和标准物质的局限,有效避免了在制样过程中样品的择优取向,减小XRD衍射峰强的误差。通过该方法可以快速、方便、准确地测定溶液中草甘膦的含量。为草甘膦农药残留的定量检测提供了一种便捷方案。
本发明的进一步改进在于,步骤(1)中的工作电极为氧化铟锡导电玻璃,其工作面积为2.5~3.5 cm2;电沉积过程中的温度控制在22~28℃,恒电势沉积电位为-0.6~-1.0V,沉积时间为2200~2600s,电化学工作站扫描速率为48~52 mV/s,利用PBS缓冲液控制电解液pH在3.2~3.5。进一步的优选方案是:导电玻璃工作面积为3.0 cm2;电沉积过程中的温度控制在室温25℃,恒电势沉积电位为-0.8V,沉积时间为2400 s,电化学工作站扫描速率为50 mV/s,利用0.1 mol/L PBS缓冲液控制电解液pH在3.35。沉积过程中的电沉积条件如沉积电位、沉积时间、电解液浓度等影响因素会对检测结果产生不同影响,采用上述方案,可以获得更加准确的检测结果。
本发明的进一步改进在于,所述氧化铟锡导电玻璃的长×宽尺寸为1.0cm × 3.0cm。步骤(1)中超声清洗时间为5~15 min。步骤(1)中采用的CuSO4电解液浓度为0.09~0.12mol/L。
本发明的进一步改进在于,步骤(2)中沉积有金属铜样品的导电玻璃,在进行XRD检测时,将其裁至1.0 cm × 1.0 cm大小。该尺寸的导电玻璃偏于装载在XRD的检测平台上。
在进行XRD检测时,采用Cu靶;管电压为40 kV;管电流为40 mA;测角圆半径:250mm;索拉狭缝:4.0 mm;入射狭缝及防发散狭缝:0.01~10 mm;以石墨单色器滤波, 扫描速度8°/min,扫描范围设定为2θ=10~80°。采用该方案可以减小XRD衍射峰强的误差。
附图说明
图1 是本发明电化学沉积Cu沉积层的扫描电镜图。
图2是Cu电沉积层加入草甘膦前后透射电镜对比图。
图3是添加不同浓度草甘膦后的Cu沉积层的(111)晶面的XRD衍射图。
图4 是XRD峰强与草甘膦浓度对数的线性关系曲线图。
具体实施方式
实施例1
一种电化学沉积与XRD联用技术定量检测草甘膦的方法,依次包括如下步骤:
(1)采用导电玻璃为工作电极,铂电极为对电极,饱和甘汞电极为参比电极的三电极体系;工作电极为氧化铟锡导电玻璃,其工作面积为1.0 cm × 3.0 cm;导电玻璃依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗10 min,然后晾干。于0.01 mol/L的CuSO4电解液中分别添加待检测的草甘膦溶液,将三电极置于电解池中,连接电化学工作站,开始进行恒电势电沉积。
(2)恒电势沉积沉积电位为-0.8 V,电沉积时间为2400s,电沉积过程中的温度控制在室温25℃,电化学工作站扫描速率为50 mV/s,利用0.1mol/L PBS缓冲液控制电解液pH在3.35;电沉积结束后,取出导电玻璃,用去离子水反复冲洗电沉积层表面的电解液,样品于室温下自然晾干。将干燥后的沉积有样品的导电玻璃裁至合适大小,其尺寸为1.0 cm ×1.0 cm,以便于放入XRD样品台,无需将Cu沉积层从导电玻璃上剥离,直接进行XRD检测。XRD的检测条件:采用Cu靶;管电压为40 kV;管电流为40 mA;测角圆半径:250 mm;索拉狭缝:4.0 mm;入射狭缝及防发散狭缝:0.01-10 mm。以石墨单色器滤波, 扫描速度8 °/min,扫描范围设定为2θ = 10°~80°。
(3)根据不同浓度的草甘膦溶液的Cu沉积层在XRD图谱上显示出不同的衍射峰强,达到定量检测草甘膦的目的。
实施例2
与实施例1的不同之处在于,工作电极氧化铟锡导电玻璃工作面积为2.5cm2;电沉积过程中的温度控制在22℃,恒电势沉积电位为-0.6V,沉积时间为2200s,电化学工作站扫描速率为48mV/s,利用PBS缓冲液控制电解液pH在3.2。步骤(1)中,超声清洗时间为5min;采用的电解液浓度为0.09mol/L的CuSO4电解液。
实施例3
与实施例1的不同之处在于,工作电极氧化铟锡导电玻璃工作面积为3.5 cm2;电沉积过程中的温度控制在28℃,恒电势沉积电位为-1.0V,沉积时间为2600s,电化学工作站扫描速率为52 mV/s,利用0.1mol/L PBS缓冲液控制电解液pH在3.5。步骤(1)中,超声清洗时间为15 min;采用的电解液浓度为0.12mol/L的CuSO4电解液。
实施例4
与实施例1的不同之处在于,工作电极氧化铟锡导电玻璃工作面积为1.0 cm×2.0cm;电沉积过程中的温度控制在25℃,恒电势沉积电位为-0.6V,沉积时间为2600s,电化学工作站扫描速率为50mV/s,利用PBS缓冲液控制电解液pH在3. 35。步骤(1)中,超声清洗时间为9 min;采用的电解液浓度为0.10mol/L的CuSO4电解液。
本发明的性能测试,其结果如下:
图1是电化学沉积所得的Cu沉积层的扫描电镜图,由图中可以看出,在导电玻璃上成功制备出具有枝晶结构的金属Cu沉积层。
图2是本发明电化学沉积得到的Cu沉积层加入草甘膦前后的对比图。从图中可以明显的看到加入草甘膦后的Cu沉积层(图b),其枝晶结构的长度、粗细减小。这是由于电解液中的部分Cu2+与草甘膦发生反应,抑制了其他Cu2+在工作电极表面的正常还原,Cu晶体晶核生成速度大于晶粒生长速度,晶粒尺寸变小。
图3为加入不同浓度的草甘膦后的XRD衍射图谱(111)晶面的峰强变化图。曲线a为加入最低浓度草甘膦的XRD衍射峰强,随着草甘膦浓度的增加,由曲线b~f可以看出,晶体Cu主峰(111)晶面的XRD衍射峰峰强逐渐降低。这是因为草甘膦与Cu2+反应后,正常还原的晶体Cu减少,XRD检测得到的Cu衍射峰强降低。因此,XRD的峰强对于草甘膦的检测有很好的响应关系。
以标准草甘膦溶液的浓度对数为横坐标,XRD衍射图谱的Cu主峰(111)晶面峰强值为纵坐标,得到如图4所示的线性关系曲线。如图所示,草甘膦浓度范围在1.0×10-10 mol/L~1.0×10-5 mol/L内时,草甘膦的浓度与XRD的衍射峰强存在良好的线性关系,线性相关系数为0.9958,线性方程为Y=-187.371X-133.952。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明的技术范围作任何限制,故凡是依据本发明的技术实质对上述实施例所作的任何微细修改、等同变化与修饰,均落在本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种电化学沉积与XRD联用技术定量检测草甘膦的方法,其特征在于依次包括如下步骤:
(1) 采用导电玻璃为工作电极,铂电极为对电极,饱和甘汞电极为参比电极的三电极体系,导电玻璃依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗,然后晾干;在CuSO4电解液中添加待检测的草甘膦溶液,将三电极置于电解池中,连接电化学工作站,进行恒电势电沉积;
(2) 电沉积结束后,取出导电玻璃,用去离子水反复冲洗电沉积层表面的电解液,样品于室温下自然晾干;干燥后的导电玻璃裁至合适大小,直接进行XRD检测;
(3) 根据不同浓度的草甘膦溶液的Cu沉积层在XRD图谱上显示出不同的衍射峰强,定量检测草甘膦含量。
2.根据权利要求1所述的一种电化学沉积与XRD联用技术定量检测草甘膦的方法,其特征在于:步骤(1)中的工作电极为氧化铟锡导电玻璃,其工作面积为2.5~3.5 cm2;电沉积过程中的温度控制在22~28℃,恒电势沉积电位为-0.6~-1.0V,沉积时间为2200~2600s,电化学工作站扫描速率为48~52 mV/s,利用PBS缓冲液控制电解液pH在3.2~3.5。
3.根据权利要求2所述的一种电化学沉积与XRD联用技术定量检测草甘膦的方法,其特征在于:步骤(1)中的工作电极为氧化铟锡导电玻璃,其工作面积为3.0 cm2;电沉积过程中的温度控制在室温25℃,恒电势沉积电位为-0.8V,沉积时间为2400 s,电化学工作站扫描速率为50 mV/s,利用0.1 mol/L PBS缓冲液控制电解液pH在3.35左右。
4.根据权利要求2所述的一种电化学沉积与XRD联用技术定量检测草甘膦的方法,其特征在于:所述氧化铟锡导电玻璃的长×宽尺寸为1.0cm × 3.0 cm。
5.根据权利要求1所述的一种电化学沉积与XRD联用技术定量检测草甘膦的方法,其特征在于:步骤(1)中超声清洗时间为5~15 min。
6.根据权利要求1所述的一种电化学沉积与XRD联用技术定量检测草甘膦的方法,其特征在于:步骤(1)中采用的CuSO4电解液浓度为0.09~0.12mol/L。
7.根据权利要求1所述的一种电化学沉积与XRD联用技术定量检测草甘膦的方法,其特征在于:步骤(2)中沉积有金属铜样品的导电玻璃,在进行XRD检测时,将其裁至1.0 cm ×1.0 cm大小。
8.根据权利要求1所述的一种电化学沉积与XRD联用技术定量检测草甘膦的方法,其特征在于:步骤(2) 进行XRD检测时采用Cu靶;管电压为40 kV;管电流为40 mA;测角圆半径:250 mm;索拉狭缝:4.0 mm;入射狭缝及防发散狭缝:0.01~10 mm;以石墨单色器滤波, 扫描速度8°/min,扫描范围设定为2θ = 10°~80°。
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