CN109298040A - 一种应用AuNPs/AgNWs/PDMS可塑电极检测铅离子的方法 - Google Patents

一种应用AuNPs/AgNWs/PDMS可塑电极检测铅离子的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种应用AuNPs/AgNWs/PDMS可塑电极检测铅离子的方法。以AuNPs/AgNWs/PDMS可塑电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝为辅助电极组成三电极系统，将该三电极系统置于铅离子待测液和支持电解质中，设置富集时间为500s，富集电位为‑1V，静止时间30s，记录‑0.7～‑0.2V电压范围内的Pb2+方波溶出伏安曲线，并利用标准曲线法进行样品的定量分析。本发明目的在于提供一种对铅离子具有较高的选择性，较高的灵敏度，且比较容易操作的电化学分析法。

Description

一种应用AuNPs/AgNWs/PDMS可塑电极检测铅离子的方法
技术领域
本发明涉及电化学传感器领域，具体涉及一种基于PDMS的柔性银纳米线/纳米金复合电极(AuNPs/AgNWs/PDMS电极)在铅离子测定中的应用。
背景技术
铅是人体唯一不需要的微量元素，它是一种稳定的不可降解的污染物，在环境中可长期积累。环境铅污染对人类的毒害足以影响人的终生。铅对于神经系统是极为敏感的毒素，会因此引发行为功能变化。食品中的铅大部分来源于动植物在水体或土壤中的富集。因此，水环境中铅的分析测定具有重要的理论价值和现实意义。现有的重金属铅离子检测方法有原子光谱法、电化学分析法和生物分析法等。原子光谱法虽灵敏度高，但是样品前处理和检测过程较复杂，难以实现现场或在线检测，仪器设备的安装环境和使用维护要求较高。电化学检测方法因其具有设备小型化，操作简单，检测速度快等特点，正在成为人们的研究热点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对铅离子具有较高的选择性，较高的灵敏度，且比较容易操作的电化学分析法。本发明以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为柔性基底，用聚乙烯醇与丙三醇混合溶液在柔性基底上修饰亲水表层，并利用银纳米线乙醇溶液作为导电层,并在该导电层利用电化学沉积法沉积纳米金颗粒，制备出纳米金柔性电极。在此基础上为铅离子的测定提供一种新的分析方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
以AuNPs/AgNWs/PDMS可塑电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝为辅助电极组成三电极系统，将该三电极系统置于铅离子待测液和支持电解质中，设置富集时间为500s，富集电位为-1V，静止时间30s，记录-0.7～-0.2V电压范围内的Pb2+方波溶出伏安曲线，并利用标准曲线法进行样品的定量分析。
进一步地，所述支持电解质含0.1mol/L酒石酸-酒石酸钠缓冲溶液，pH为4.8。
进一步地，所述AuNPs/AgNWs/PDMS可塑电极包括：PDMS为基底，银纳米线为导电层，纳米金颗粒为电化学沉积层，所述纳米金颗粒沉积在银纳米线上。
本发明利用PDMS良好的柔韧性并结合银纳米线良好的导电性，制得一种对铅离子具有高灵敏度的电极，且该电化学分析方法操作简单、检测时间短、准确度和灵敏度高，可广泛应用于实际样品测定。
附图说明
图1为不同浓度铅离子溶液的方波溶出伏安曲线。
图2为不同pH对铅离子的响应结果。
图3为不同缓冲溶液对铅离子的响应结果。
图4为不同富集电位对铅离子的响应结果。
图5为不同富集时间对铅离子的响应结果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但本发明不以任何形式受限于实施例内容。实施例中所述实验方法如无特殊说明，均为常规方法；如无特殊说明，所述实验试剂和材料，均可从商业途径获得。
下述实施例AuNPs/AgNWs/PDMS可塑电极的制备方法为：
采用光刻技术制作PDMS基片。在洁净的硅片表面旋涂光刻胶，遮蔽含有电极图形的掩膜版，最后进行曝光及显影，得到硅片模板。将硅片模板置于一次性培养皿中，浇注质量比为10:1的PDMS混合溶液；再放入真空干燥器中负压抽净PDMS混合溶液中的气泡，用时2h；取出后放入80℃的恒温烘箱中加热固化1h，并切分成12个电极基片；将做好的电极基片用胶带(购自美国3M公司)处理清除表面附着的灰尘，然后放入紫外臭氧清洗机中清洗2min，得到带有固定形状凹槽的PDMS基片。
PDMS基片表面亲水层修饰。具体步骤如下：(1)配制质量百分数为4％PVA与7％PVP的混合水溶液；(2)将制备好的PDMS基片浸泡于PVA和PVP混合溶液中20min，再放入60℃的真空烘箱中干燥2h；(3)重复步骤(2)一次；(4)将PDMS基片放入100℃的真空烘箱中热固定20min；(5)重复步骤(2)、(4)一次，得到表面亲水层修饰的PDMS基片。
电极制备。将无水乙醇与水按9:1的体积比混合作为溶剂，配制浓度为5mg/mL的银纳米线溶液，将银纳米线溶液均匀地铺展在PDMS基片表面的凹槽内，于室温下放置干燥一天以上，即制备出AgNWs/PDMS可塑电极，然后，以AgNWs/PDMS为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝为辅助电极，浸入1mg/ml KAuCl4和0.5mol/L H2SO4的混合电解液中，于-0.2V电位条件下，利用电化学工作站在其表面进行纳米金颗粒的沉积得到AuNPs/AgNWs/PDMS，室温下放置干燥一天。
实施例1 AuNPs/AgNWs/PDMS电极对不同浓度铅离子的循环伏安响应
首先，将三电极体系置于0.1mol/L酒石酸-酒石酸钠缓冲溶液(pH 4.8)中，然后，设置富集时间为500s，富集电位为-1V，静止时间30s，记录-0.7～-0.2V电压范围内的不同浓度Pb2+溶液方波溶出伏安曲线，Pb2+的溶出峰电流随着Pb2+浓度的增加而逐渐增大。如附图1所示。
实施例2为不同pH对铅离子的响应结果
Pb2+会在中性和弱碱性条件下水解，测定缓冲溶液的pH应为酸性。将三电极体系置于0.1mol/L酒石酸-酒石酸钠缓冲溶液中，设置富集时间为500s，富集电位为-1V，静止时间30s，-0.7～-0.2V电压范围内，考察了pH值分别为3.0、3.5、4.0、4.25、4.5、5.0、5.5的酒石酸-酒石酸钠溶液中Pb2+溶出的峰电流变化趋势。当pH在3.0～5.5之间时峰电流值随pH的增大逐渐升高，之后逐渐减小，故本实验选择pH值4.5的缓冲溶液。如附图2所示。
实施例3不同缓冲溶液对铅离子的响应结果
不同缓冲溶液会影响铅离子测定的准确性。本实验考察了柠檬酸-柠檬酸钠、酒石酸-酒石酸钠、醋酸-醋酸钠(浓度为0.1mol/L，并用NaOH调节pH值为4.5)作为缓冲溶液时0.1mg/L Pb2+标准溶液的溶出伏安曲线。在酒石酸-酒石酸钠溶液中Pb2+溶液的峰电流最大，其方波溶出伏安曲线的峰形最尖锐。其原因可能是Pb2+与酒石酸在电场作用下配合反应，对目标离子的还原反应起到了催化作用，从而使峰电流增加。另外，酒石酸也可能通过配位的形式成为Pb2+扩散的载体进而加快了扩散速度、使峰电流增加。如附图3所示。
实施例4不同富集电位对铅离子的响应结果
将三电极体系置于0.1mol/L酒石酸-酒石酸钠缓冲溶液(pH 4.8)中，然后，设置富集时间为500s，静止时间30s，记录-0.7～-0.2V电压范围内，富集电位为-0.5V、-0.6V、-0.7V、-0.8V、-0.9V、-1.0V、-1.1V时，Pb2+溶液方波溶出伏安曲线。从-0.5V～-1.0V溶出峰电流不断增加，说明电位越负，溶液中的Pb2+越容易扩散到电极表面进行还原；但当电位继续降低时，溶出峰电流则呈现逐渐降低的趋势，这可能是更负的电位为溶液中的一些杂离子的析出提供了条件，影响了Pb2+的析出，因此选择-1.0V为最佳富集电位。如附图4所示。
实施例5不同富集时间对铅离子的响应结果
将三电极体系置于0.1mol/L酒石酸-酒石酸钠缓冲溶液(pH 4.8)中，然后设置富集电位为-1V，静止时间30s，记录-0.7～-0.2V电压范围内，富集时间为100s、200s、300s、400s、500s、600s、700s的0.1mg/L Pb2+溶液方波溶出伏安曲线，记录溶出峰电流。在富集过程中，Pb2+在电极表面析出的量随富集时间的延长而逐渐增多，当富集时间为500s时峰电流趋于平缓，说明溶液中铅离子析出量基本达到饱和，故考虑节约时间，选择500s为优化的富集时间。如附图5所示。
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种应用AuNPs/AgNWs/PDMS可塑电极检测铅离子的方法，其特征在于，以AuNPs/AgNWs/PDMS可塑电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝为辅助电极组成三电极系统，将该三电极系统置于铅离子待测液和支持电解质中，设置富集时间为500s，富集电位为-1V，静止时间30s，记录-0.7～-0.2V电压范围内的Pb2+方波溶出伏安曲线，并利用标准曲线法进行样品的定量分析。
2.如权利要求1所述的一种应用AuNPs/AgNWs/PDMS可塑电极检测铅离子的方法，其特征在于，所述支持电解质含0.1mol/L酒石酸-酒石酸钠缓冲溶液，pH为4.8。
3.如权利要求1所述的一种应用AuNPs/AgNWs/PDMS可塑电极检测铅离子的方法，其特征在于，所述AuNPs/AgNWs/PDMS可塑电极包括：PDMS为基底，银纳米线为导电层，纳米金颗粒为电化学沉积层，所述纳米金颗粒沉积在银纳米线上。
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