CN110927236A - 一种基于电化学传感器检测工业废水铅离子含量的方法 - Google Patents

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张立
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姚佳清
厉央央
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    • G01N27/4115—Composition or fabrication of the electrodes and coatings thereon, e.g. catalysts

Abstract

本发明公开了一种基于电化学传感器检测工业废水铅离子含量的方法，该方法包括电化学电极体系和电极材料的选择：选择三电极体系结构，工作电极的基底采用导电玻璃电极，参比电极采用饱和甘汞电极，辅助电极采用铂电极；电化学传感器的初步制备:配制0.2mol/L的硝酸银溶液，采用计时电流法的电化学沉积方式进行电化学材料修饰；电化学传感器制备条件的选择：采用梯度实验的方法确定电沉积时间、搅拌速度以及富集时间；铅离子含量的检测：以0.1mol/L的硝酸钾溶液为底液，配置梯度浓度的硝酸铅溶液，采用脉冲溶出伏安法测定铅离子浓度，并绘制溶出峰电流和铅离子浓度的工作曲线。本发明方法的稳定性和抗干扰性能强，检测速度快，制备成本低廉，易于推广。

Description

一种基于电化学传感器检测工业废水铅离子含量的方法
技术领域
本发明涉及工业废水重金属检测领域，尤其涉及一种基于电化学传感器检测工业废水铅离子含量的方法。
背景技术
重金属是指相对密度在5g/cm3以上的金属，其中铅离子(Pb2+)是典型代表。饮用水中铅离子含量的超标对人身体健康具有重要的危害，会导致大脑和神经系统不同程度的损伤。
而化工厂、电厂等地的工业废水中常常含有大量的铅离子，未经处理的工业废水进入自然水域会严重危害饮用水源。因此，工业污染物排放标准(GB25466-2010)将我国工业废水铅离子最高容许排放质量浓度为0.5mg/L。
铅离子的高毒性和工业废水中的广泛分布性，使得人们迫切需要一种可靠的、有效的、低廉的工业废水中铅离子含量检测方法。
现有的检测方法主要有原子吸收光谱法(AAS)、原子荧光光谱法(AFS)、质谱法(MS)，但这些方法都存在造价昂贵的问题，并且容易受到外界干扰，都需要在实验室条件下完成。相比较而言，本发明所提出的铅离子电化学传感器造价相对低廉，并且具有快速、准确、简便的特定，所制备的铅离子电化学传感器的稳定性和抗干扰能力也比较好。
发明内容
鉴于以上所述的现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于电化学传感器检测工业废水铅离子含量的方法，对工业废水中铅离子的快速、准确测定具有重要的意义。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于电化学传感器检测工业废水铅离子含量的方法，该方法包括以下步骤：
(1)电化学电极体系和电极材料的选择：选择包括工作电极、参比电极和辅助电极的三电极体系结构，工作电极的基底采用1cm×6cm的导电玻璃电极ITO，参比电极采用饱和甘汞电极SCE，辅助电极采用铂电极Pt；
(2)电化学传感器的初步制备：配制0.2mol/L的硝酸银溶液，采用计时电流法(CA)的电化学沉积方式进行电化学材料修饰，当导电玻璃电极上出现银白色的薄膜时，修饰过程完成；
(3)电化学传感器制备条件的选择：采用梯度实验的方法确定最佳电沉积时间为300s和富集时间为90s，搅拌方式采用磁力搅拌，搅拌速度以不产生漩涡为标准；
(4)铅离子含量的检测：以0.1mol/L的硝酸钾溶液为底液，并配置1-8μmol/L的硝酸铅溶液，在步骤(3)设置的电化学传感器制备条件基础上，采用差分脉冲溶出伏安法测定铅离子浓度，并绘制溶出峰电流和铅离子浓度的工作曲线；根据检测的工业废水中铅离子峰值电流，比对工作曲线可得到工业废水中铅离子含量。
进一步地，所述步骤(2)中，采用计时电流法(CA)的电化学沉积方式进行化学材料修饰，具体为：在烧杯中配置200mL浓度大小为0.2mol/L的硝酸银溶液作为电化学沉积溶液。采用三电极体系将步骤(1)中的导电玻璃电极、饱和甘汞电极和铂电极连接至电化学工作站，控制导电玻璃电极浸入硝酸银溶液的长度为4cm，计时电流法的参数设置为：初始电位为0，低电位设置为-0.5V，高电位设置为0，初始阶跃极性设置为阴极，阶跃次数为1次，脉冲时间设置为300s。
进一步地，所述步骤(3)中，通过梯度实验的方法选定最优的电化学实验参数，具体为：将电沉积时间依次设置为150s/300s/450s/600s/750s，然后将在步骤(2)中的制备条件下初步制备成功的电化学传感器依次用于10μmol/L硝酸铅溶液含量的测定，当t＝300s时，峰电流最大，将t＝300s作为最佳电沉积时间。采用磁力搅拌的方式，以搅拌速度不产生漩涡为标准，溶出峰电流随富集时间的增大而增大，当富集时间大于90s时，峰电流出现减小的趋势，因此选取富集时间t＝90s作为最佳富集时间。
进一步地，所述步骤(4)中，差分脉冲溶出伏安法的参数设置如下：富集点位为-1.0V，富集时间为90s，静息时间为120s，起始扫描电位为-0.8v，终止扫描电位为-0.2v，扫描速度为50mV/s，采样间隔为0.001s。绘制的溶出峰电流和铅离子浓度的工作曲线中，铅离子的峰电流与其浓度在1-8μmol/L的范围内呈线性关系，线性度R2为0.9985。
本发明和现有发明相比具有的有益效果：
(1)本发明的稳定性和抗干扰性能优秀，环境包容性较好，且检测速度较快，耗时较短。
(2)本发明的制备成本较为低廉，解决了传统方法(原子吸收光谱法等)造价较高，难以推广的问题。
附图说明
图1为电化学传感器的电化学沉积过程三电极体系示意图；
图2为导电玻璃电极外层电沉积覆盖银膜示意图；
图3为三电极体系结构示意图；
图4为峰电流和铅离子浓度曲线。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、所实现的目的以及效果，以下结合具体实施例并且配合附图详予说明。
如图1所示，本发明提供的一种基于电化学传感器检测工业废水铅离子含量的方法，该方法包括以下步骤：
(1)电化学电极体系和电极材料的选择：为了排除电极电势因为极化电流而产生较大误差，选择包括工作电极、参比电极和辅助电极的三电极体系结构，工作电极的基底采用1cm×6cm的导电玻璃电极ITO，参比电极采用饱和甘汞电极SCE，辅助电极采用铂电极Pt；三电极体系结构示意图如图2所示，图2中，C为辅助电极，W为工作电极，R为参比电极。工作电极的基底选择具有良好导电特性的导电玻璃电极(ITO)，参比电极选择饱和甘汞电极，辅助电极选择铂电极。铅离子电化学传感器的修饰沉积采用三电极体系，极大的避免了极化电流的问题，使得测量结果就更加准确，抗干扰能力更强。
(2)电化学传感器的初步制备：配制0.2mol/L的硝酸银溶液，采用计时电流法(CA)的电化学沉积方式进行电化学材料修饰，具体为：在烧杯中配置200mL浓度大小为0.2mol/L的硝酸银溶液作为电化学沉积溶液。采用三电极体系将步骤(1)中所述的导电玻璃电极、饱和甘汞电极和铂电极连接至电化学工作站，控制导电玻璃电极浸入硝酸银溶液的长度为4cm，计时电流法的参数设置为：初始电位为0，低电位设置为-0.5V，高电位设置为0，初始阶跃极性设置为阴极，阶跃次数为1次，脉冲时间设置为300s。如图3所示，当导电玻璃电极上出现银白色的薄膜时，纳米银修饰过程完成，可依据此现象粗略推断该传感器是否初步制备完成。
(3)电化学传感器制备条件的选择和优化：采用梯度实验的方式选定最优的电化学实验参数，具体为：将电沉积时间依次设置为150s/300s/450s/600s/750s，然后将在步骤(2)的制备条件下初步制备成功的电化学传感器依次用于10μmol/L硝酸铅溶液含量的测定，当t＝300s时，峰电流最大，将t＝300s作为最佳电沉积时间。电化学传感器采取溶出伏安法进行铅离子含量的测定，而搅拌速度和富集时间对结果具有重要的影响。采用磁力搅拌的方式，以搅拌速度不产生漩涡为标准，溶出峰电流随富集时间的增大而增大，当富集时间大于90s时，峰电流出现明显减小的趋势，因此选取富集时间t＝90s作为最佳富集时间。
(4)铅离子含量的检测：以0.1mol/L的硝酸钾溶液为底液，并配置1-8μmol/L的硝酸铅溶液，在步骤(3)设置的电化学传感器制备条件基础上，采用差分脉冲溶出伏安法测定铅离子浓度，其中，差分脉冲溶出伏安法的参数设置如下：富集点位为-1.0V，富集时间为90s，静息时间为120s，起始扫描电位为-0.8v，终止扫描电位为-0.2v，扫描速度为50mV/s，采样间隔为0.001s。检测原理如下：
Figure BDA0002309061350000041
铅离子有其特定的溶出电位(-0.4V-0.6V)，其溶出峰电流与铅离子浓度在一定范围内呈线性相关。根据测定结果绘制溶出峰电流和铅离子浓度的工作曲线。绘制的溶出峰电流和铅离子浓度的工作曲线中，铅离子的峰电流与其浓度在1-8μmol/L的范围内具有良好的线性关系，线性度R2为0.9985。根据检测的工业废水中铅离子峰值电流，比对工作曲线可得到工业废水中铅离子含量。
实施例
选择三电极体系结构，工作电极的基底采用1cm×6cm的导电玻璃电极(ITO)，参比电极采用饱和甘汞电极(SCE)，辅助电极采用铂电极(Pt)。配置浓度大小为0.2mol/L的硝酸银溶液作为电沉积溶液，电沉积时间为300s。
其余电化学参数设置如下：初始电位为0，低电位设置为-0.5V，高电位设置为0，初始阶跃极性设置为阴极，阶跃次数为1次。电化学沉积结束后，导电玻璃电极表面出现均匀致密银白色的薄膜(Ag)，电沉积修饰部分完成。然后分别以0.1mol/L的硝酸钾溶液为底液，如图4所示，配制1-8μmol/L的铅离子测定溶液共8种浓度溶液，每种浓度溶液之间浓度相差1μmol/L，每种浓度溶液各200mL，每次取50mL，在磁力搅拌(不出现漩涡)的情况下，采用计时电流法预富集，富集结束之后，静置120s之后，采用差分脉冲溶出伏安法进行检测。
在E＝-0.5V的电位下会出现铅离子的溶出峰，记录峰值电流。不同铅离子浓度的待测溶液具有不同的溶出电流，溶出电流与铅离子的浓度在1-8μmol/L的范围内呈现线性关系，绘制成溶出峰电流和铅离子浓度的工作曲线。
然后采集工业废水200mL，然后依照上述实验流程取50mL样品对其进行检测，记录其峰值电流，并与已有实验数据进行线性比对，从而得出铅离子含量。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各的实施例进行了描述，但并非因此限制了本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，直接或者间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于电化学传感器检测工业废水铅离子含量的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)电化学电极体系和电极材料的选择：选择包括工作电极、参比电极和辅助电极的三电极体系结构，工作电极的基底采用1cm×6cm的导电玻璃电极ITO，参比电极采用饱和甘汞电极SCE，辅助电极采用铂电极Pt；
(2)电化学传感器的初步制备：配制0.2mol/L的硝酸银溶液，采用计时电流法(CA)的电化学沉积方式进行电化学材料修饰，当导电玻璃电极上出现银白色的薄膜时，修饰过程完成；
(3)电化学传感器制备条件的选择：采用梯度实验的方法确定最佳电沉积时间为300s和富集时间为90s，搅拌方式采用磁力搅拌，搅拌速度以不产生漩涡为标准；
(4)铅离子含量的检测：以0.1mol/L的硝酸钾溶液为底液，并配置1-8μmol/L的硝酸铅溶液，在步骤(3)设置的电化学传感器制备条件基础上，采用差分脉冲溶出伏安法测定铅离子浓度，并绘制溶出峰电流和铅离子浓度的工作曲线；根据检测的工业废水中铅离子峰值电流，比对工作曲线可得到工业废水中铅离子含量。
2.根据权利要求1所述的一种基于电化学传感器检测工业废水铅离子含量的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，采用计时电流法(CA)的电化学沉积方式进行化学材料修饰，具体为：在烧杯中配置200mL浓度大小为0.2mol/L的硝酸银溶液作为电化学沉积溶液。采用三电极体系将步骤(1)中的导电玻璃电极、饱和甘汞电极和铂电极连接至电化学工作站，控制导电玻璃电极浸入硝酸银溶液的长度为4cm，计时电流法的参数设置为：初始电位为0，低电位设置为-0.5V，高电位设置为0，初始阶跃极性设置为阴极，阶跃次数为1次，脉冲时间设置为300s。
3.根据权利要求1所述的一种基于电化学传感器检测工业废水铅离子含量的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，通过梯度实验的方法选定最优的电化学实验参数，具体为：将电沉积时间依次设置为150s/300s/450s/600s/750s，然后将在步骤(2)中的制备条件下初步制备成功的电化学传感器依次用于10μmol/L硝酸铅溶液含量的测定，当t＝300s时，峰电流最大，将t＝300s作为最佳电沉积时间。采用磁力搅拌的方式，以搅拌速度不产生漩涡为标准，溶出峰电流随富集时间的增大而增大，当富集时间大于90s时，峰电流出现减小的趋势，因此选取富集时间t＝90s作为最佳富集时间。
4.根据权利要求书1所述的一种基于电化学传感器检测工业废水铅离子含量的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，差分脉冲溶出伏安法的参数设置如下：富集点位为-1.0V，富集时间为90s，静息时间为120s，起始扫描电位为-0.8v，终止扫描电位为-0.2v，扫描速度为50mV/s，采样间隔为0.001s。绘制的溶出峰电流和铅离子浓度的工作曲线中，铅离子的峰电流与其浓度在1-8μmol/L的范围内呈线性关系，线性度R2为0.9985。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111693583A (zh) * 2020-05-20 2020-09-22 南京医科大学 聚芦丁-银纳米粒子-玻碳电极及其制备方法
CN112630283A (zh) * 2020-12-18 2021-04-09 河南城建学院 (e, e)-1,1′-双(2-吡啶乙烯基)二茂铁作为电化学传感器的应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080245670A1 (en) * 2005-10-21 2008-10-09 Isis Innovation Limited Electrochemical Detection of Arsenic
CN101975811A (zh) * 2010-08-27 2011-02-16 中国科学院烟台海岸带研究所 用于现场痕量重金属检测的电化学传感器
CN104132976A (zh) * 2014-06-11 2014-11-05 中国科学院长春应用化学研究所 Ito导电玻璃表面电沉积超稳定金属薄膜原位构建电极的方法
CN105891294A (zh) * 2016-06-23 2016-08-24 中国科学院长春应用化学研究所 一种应用电化学分析法检测重金属离子的方法
CN107991372A (zh) * 2017-11-22 2018-05-04 大连大学 一种用于铅离子检测的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080245670A1 (en) * 2005-10-21 2008-10-09 Isis Innovation Limited Electrochemical Detection of Arsenic
CN101975811A (zh) * 2010-08-27 2011-02-16 中国科学院烟台海岸带研究所 用于现场痕量重金属检测的电化学传感器
CN104132976A (zh) * 2014-06-11 2014-11-05 中国科学院长春应用化学研究所 Ito导电玻璃表面电沉积超稳定金属薄膜原位构建电极的方法
CN105891294A (zh) * 2016-06-23 2016-08-24 中国科学院长春应用化学研究所 一种应用电化学分析法检测重金属离子的方法
CN107991372A (zh) * 2017-11-22 2018-05-04 大连大学 一种用于铅离子检测的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
冯丽锦: "纳米材料修饰电极的制备及其对铅离子和双氧水的检测", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111693583A (zh) * 2020-05-20 2020-09-22 南京医科大学 聚芦丁-银纳米粒子-玻碳电极及其制备方法
CN112630283A (zh) * 2020-12-18 2021-04-09 河南城建学院 (e, e)-1,1′-双(2-吡啶乙烯基)二茂铁作为电化学传感器的应用
CN112630283B (zh) * 2020-12-18 2023-01-17 河南城建学院 (e, e)-1,1′-双(2-吡啶乙烯基)二茂铁作为电化学传感器的应用

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