同步檢測汞、銅、鉛、鎘離子含量的電化學(xué)傳感器的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電化學(xué)傳感器領(lǐng)域，尤其是一種快速同步檢測汞、銅、鉛、鎘離子含量的電化學(xué)傳感器的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)的高速的發(fā)展，重金屬污染對人類社會、生存環(huán)境帶來了不可忽視的危害和負(fù)面影響。其中鉛、鎘、汞、銅等離子對環(huán)境污染以及對人類健康的危害尤為嚴(yán)重。鉛、鎘、銅、汞等重金屬均為有毒金屬，而且可在人體內(nèi)產(chǎn)生蓄積，如鉛離子可引發(fā)貧血癥、神經(jīng)機能失調(diào)和腎損傷；鎘離子可引起泌尿系統(tǒng)的功能變化；銅離子濃度過高可使血紅蛋白變性，造成呼吸、肝臟、神經(jīng)系統(tǒng)損傷，Wilson氏癥等；金屬汞可破壞細(xì)胞代謝，肝臟解毒功能，使腎衰竭，在腦組織中蓄積更是危害嚴(yán)重。為了人類的健康發(fā)展，有一個更好的生存環(huán)境，對于這些金屬離子含量的監(jiān)測必須受到高度的重視。如何快速準(zhǔn)確且定性定量地檢測出環(huán)境中含有的各種有害重金屬離子就成了目前亟待解決的一個主要問題。目前，重金屬離子濃度檢測領(lǐng)域主要使用的檢測方法有氣相色譜法、高效液相色譜法以及分光光度法等。這些方法雖然具有分離效率高、選擇性好、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點，但是具有耗時耗力、操作繁瑣、分析及日常維護成本高等不可克服的缺點。
[0003]近年來，電化學(xué)檢測技術(shù)由于其操作簡單、耗時短、檢測限低等優(yōu)點而備受青睞。因其可以進行實現(xiàn)連續(xù)、快速、現(xiàn)場、在線活體檢測與分析，并且還具有便攜性、簡便性、靈敏性、高效性、低成本等優(yōu)點已廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測與控制、生物制藥與臨床醫(yī)學(xué)、食品安全與生物發(fā)酵等相關(guān)及類似領(lǐng)域。電化學(xué)傳感器可實現(xiàn)經(jīng)濟、實用、高效、靈敏、精確、快速、簡便的檢測與分析。目前已經(jīng)有關(guān)于重金屬離子的電化學(xué)檢測的研究。Lian Zhu等(Lian Zhu, Lili Xu, Baozhen Huang, Ningming Jia, Liang Tan and Shouzhuo Yao，Electrochimica Acta 115 (2014) 471-477)報道了納米金-石墨稀復(fù)合材料修飾祕膜電極對鎘離子和鉛離子的檢測，線性范圍為0.50 g L1- 40 g L1; Herry Gunadi Sudibya等(Herry Gunadi Sudibya, Qiyuan He, Hua Zhang and Peng Chen，American ChemicalSociety, 5 (2011) 1990-1994)利用還原氧化石墨稀(Reduced graphene oxide, RGO)進行蛋白質(zhì)功能化制備場效應(yīng)晶體管傳感器應(yīng)用于鈣、鎂、汞和鎘離子的檢測；XuezhongGong 等(Xuezhong Gong, Yunlong Bi, Yihua Zhao, Guozhen Liu and Wey Yang Teoh,RSC Adv., 4 (2014) 24653-24657)利用功能化GO對鉛、汞和銅三種離子進行檢測。然而，一步電化學(xué)還原制備NG修飾GCE對金屬離子的檢測尚未報道，并且目前重金屬離子電化學(xué)檢測方法的檢測范圍、靈敏度、選擇性、穩(wěn)定性也有待進一步改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種簡單、實用、高效、靈敏、精確、價廉的快速選擇性同步檢測汞、銅、鉛、鎘離子含量的電化學(xué)傳感器的制備方法。
[0005]本發(fā)明同步檢測汞、銅、鉛、鎘離子含量的電化學(xué)傳感器的制備方法，將玻碳電極(GCE)浸泡在NH4Cl-NH3緩沖液配制的氧化石墨烯(GO)溶液中，用電流時間曲線法進行電化學(xué)沉積，沉積電位-1.3V、沉積時間400 S，得到氮摻雜石墨烯(NG)修飾電極。
[0006]本發(fā)明的同步檢測汞、銅、鉛、鎘離子含量的電化學(xué)傳感器的制備方法，其制備成本低廉、工藝簡單、操作簡易，使用本方法制備的電化學(xué)傳感器不僅能夠成功用于四種重金屬離子的同時檢測，而且還具有靈敏度高(檢測下限:Hg2+為0.1 ymol/L，CU2+S0.007MmoI/L, Pb2+ 和 Cd2+均為0.008 MmoI/U、選擇性好(Na+, Ca2+, Mg' K+, Al' Zn2+, Li+,Cr3+, Mn' Ni2+等離子均無響應(yīng))、穩(wěn)定性好等特點，所制備的氮摻雜石墨烯電極可用于環(huán)境中四種金屬離子含量的同時測定。
【附圖說明】
[0007]圖1 為(A) NG 與 GO 的 XPS 圖；
圖2為GO和NG樣品中氧、氮元素的含量分析圖；
圖3為NG中碳元素的高分辨XPS譜圖；
圖4為NG中氮元素的高分辨XPS譜圖；
圖5為制備的NG復(fù)合材料的掃描電鏡圖；
圖6不同修飾電極:NG/GCE、還原石墨稀(rG0)/GCE、裸GCE對四種金屬離子同時檢測的差分脈沖溶出伏安響應(yīng)圖；
圖7為NG/GCE同時檢測汞、銅、鉛、鎘四種離子的線性圖；
圖8為NG/GCE同時檢測汞、銅、鉛、鎘四種離子的線性圖。
【具體實施方式】
[0008]一種利用氮摻雜石墨烯(NG)修飾電極快速選擇性同步檢測汞、銅、鉛、鎘四種離子含量的電化學(xué)傳器的制備方法，包括以下步驟:氮摻雜石墨烯修飾玻碳電極(NG/GCE)的制備:先配制0.05M的氯化銨-氨(NH4Cl-NH3)緩沖溶液，然后用該緩沖液配制0.25 mg/mL的氧化石墨烯(GO)溶液；用電流時間曲線法在上述混合溶液中進行電化學(xué)還原并沉積，沉積電位-1.3V，沉積時間400 S，這樣氮摻雜石墨烯(NG)薄膜直接成于玻碳電極(GCE)表面。
[0009]汞、銅、鉛、鎘四種離子的電化學(xué)測定:不同濃度的四種金屬離子分別加入pH為4.5的醋酸鹽緩沖液中，利用NG/GCE結(jié)合差分脈沖溶出伏安法對四種離子進行同時測定，峰電流線性增加表明該傳感電極能夠成功檢測未知濃度的四種金屬離子，該修飾電極對這四種金屬離子均具有良好的線形關(guān)系，較寬的線性范圍，較高的靈敏度低和低檢測限。
[0010]電化學(xué)傳感器檢測汞、銅、鉛、鎘四種離子的性能評估:NG/GCE對汞、銅、鉛、鎘四種離子具有很強的選擇性，而且對Na+，Ca2+, Mg2+, K+, Al' Zn2+，Li+, Cr3+，Mn' Ni2+等離子具有較強的抗干擾能力。即使在各種陰陽離子，如Br，Cl，NO3, H2PO4, SO42等同時存在的復(fù)雜環(huán)境中，的電化學(xué)響應(yīng)也沒有明顯變化，從而排除一些常見的陰陽離子的干擾。
【主權(quán)項】
1.一種同步檢測汞、銅、鉛、鎘離子含量的電化學(xué)傳感器的制備方法，其特征在于:它包括以下步驟:氮摻雜石墨烯修飾玻碳電極的制備:先配制0.05M的氯化銨-氨緩沖溶液，然后用該緩沖液配制0.25 mg/mL的氧化石墨烯溶液；用電流時間曲線法在上述混合溶液中進行電化學(xué)還原并沉積，沉積電位-1.3V，沉積時間400 S，氮摻雜石墨烯薄膜直接成于玻碳電極表面。
【專利摘要】一種同步檢測汞、銅、鉛、鎘離子含量的電化學(xué)傳感器的制備方法是，在氯化銨-氨緩沖體系中,利用電化學(xué)沉積的方法將氧化石墨烯氮摻雜化制備修飾玻碳電極，在醋酸/醋酸鈉為支持電解質(zhì)的溶液中對汞、銅、鉛、鎘四種離子進行電化學(xué)檢測，結(jié)果表明氮摻雜還原氧化石墨烯修飾電極對四種金屬離子的檢測有很高的靈敏度和較低的檢測限。本發(fā)明制備的電化學(xué)傳感器能實現(xiàn)對銅、汞、鉛、鎘四種離子的同時及分別檢測，并可成功應(yīng)用于實際樣品中的含量。另外，本發(fā)明制備的電化學(xué)傳感器具有電極材料易于制備、成本低廉、操作簡便、快速高效、靈敏度高等優(yōu)點，在環(huán)境中重金屬離子檢測分析領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景和潛在應(yīng)用價值。
【IPC分類】G01N27/333
【公開號】CN105067691
【申請?zhí)枴緾N201510518917
【發(fā)明人】盧麗敏, 邢華坤, 徐景坤, 段學(xué)民, 朱小飛
【申請人】江西農(nóng)業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月24日