[发明专利]一种水样中痕量铜离子传感器及构建方法

说明书

技术领域

本发明属于一种将“环境绿色”对铜离子具有较高配位稳定常数的植酸钠盐用于制备水样中痕量铜离子传感器。

背景技术

铜元素是水中金属元素的一种,是人体必不可少的,但是过量的铜对人体的危害非常大。游离态铜离子对人体的危害要比配合态铜大得多。过量的铜离子对许多水生生物有极大的负作用,缘由是它与蛋白质中的巯基结合,干扰巯基酶的活性,如在珊瑚、水草等生态缸中若有过量的铜离子,将很快使心爱的生物毙命。铜的污染主要来源于电镀、冶金、化工等行业。所以为及时、准确地监测水的质量,确保人们获得安全饮用水,对水体中铜离子含量的测定具有非常重要的意义。目前检测重金属的技术主要有光谱法和电化学法，光谱法包括原子吸收光谱法、原子发射光谱法、原子荧光法、质谱法等；电化学法包括伏安法、极谱法、电位分析法、电导分析法等。近年来，研究较多的是使用阳极溶出伏安法检测重金属离子，它是一种很灵敏的分析方法，检测限可达10^-11mol L^-1。同时，目前对铜离子检测较多的研究注重制备一种对金属离子可特异性识别的修饰电极。一般常用于化学修饰电极的选择性识别物质有冠醚，环糊精，杯芳烃，半胱氨酸，邻二氮菲及其衍生物，壳聚糖和乙二胺四乙酸二钠盐等等，这些化合物对金属离子都有较强的络合能力。但是这些修饰电极所用的修饰材料大部分会对环境产生污染，又或者是制备这些修饰电极比较复杂。因此，如何在对金属铜离子进行精确检测时具有高的灵敏度，高的选择性，同时传感器无毒，对环境无污染且制备方法简单，将会是研究者们为之不断奋斗的目标。多壁碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键，由于共轭效应显著，多壁碳纳米管具有良好的导电性，并且其比表面积大，被认为是很好的导电聚合物复合材料。植酸钠具有较强的亲水性,较好生物相容性,无毒,对环境友好,其结构中有六个磷酸酯键,对铜离子具有很强的配位能力同时对在水相中疏水的碳纳米管具有良好的分散能力。将植酸钠官能化多壁碳纳米管，制备修饰电极复合材料，这一复合材料修饰的电极具备了碳纳米管良好的导电性，较大的比表面积和植酸钠对铜离子较强的配位能力等性质，于此同时结合阳极溶出伏安法实现了对金属铜离子高灵敏度和高选择性地检测。

迄今为止，国内外尚未有利用“绿色”植酸钠盐制备的检测水样中金属铜离子传感器。所以发明一种检测限低，灵敏度高，选择性好的检测铜离子的传感器是一个迫切需要解决的重要技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种检测限低，灵敏度高，选择性好的检测水样中痕量铜离子的传感器。

本发明的目的是这样实现的：

一种水样中痕量铜离子传感器的构建方法，包括以下步骤：

(1)称取多壁碳纳米管，加入浓硫酸和浓硝酸体积比是3：1的混酸，超声4～4.5个小时，稀释，过滤，洗涤至中性，干燥即得到活化的多壁碳纳米管；多壁碳纳米管与混酸的用量比为2.5-6.5g/mL；

(2)活化的多壁碳纳米管按照1mg/mL的比例加入到浓度为1.0×10^-2mol/L的植酸钠溶液中，超声混匀7～8个小时，得到稳定均一的植酸钠官能化多壁碳纳米管悬浮液；

(3)将ITO（氧化铟锡玻璃）电极清洗活化后，控制ITO导电面积1cm×1cm，其余面积用指甲油涂封，晾干，备用；

(4)将已经晾干的ITO电极浸入植酸钠官能化多壁碳纳米管悬浮液中，于4℃冰箱内自组装三个小时，而后，取出，用去离子水清洗，即制得植酸钠官能化碳纳米管修饰ITO电极。

环境友好型试剂肌醇六磷酸钠(Na-IP₆)，又名植酸钠，其分子的结构上含有6个非共平面的磷酸酯键，使其具有很强的螯合多价金属离子的能力，其与铜(Ⅱ)离子的配位比与其他金属离子的配位稳定。肌醇六磷酸钠是一种重要的纯天然绿色添加剂,最显著的特征是与金属离子有极强的鳌合作用,较强的抗氧化性和护色性。广泛用于果蔬汁饮料、肉制品、海产品的抗氧化和护色剂。本文主要是使用植酸钠来官能化多壁碳纳米管，将植酸钠吸附在碳纳米管的表面，利用植酸钠易与ITO表面有较强的作用，采用自组装技术，将大量碳纳米管修饰到ITO电极表面，从而形成碳纳米管交错网状结构，为沉积金属离子提供大量的表面积。同时，暴露在碳纳米管表面的植酸钠，含有大量的磷酸酯基团，容易捕获水样中的金属铜离子并与之形成络合物，制备电极对铜(Ⅱ)离子有很好的响应，并具有检测限低，灵敏度高，选择性好等优点，是一种优良的检测水样中金属铜离子的传感器。