[发明专利]一种二氧化锰-聚吡咯复合电极及其制备方法和在重金属检测中的应用

说明书

本发明提供了一种二氧化锰‑聚吡咯复合电极及其制备方法和在重金属检测中的应用。本发明采用电化学原位修饰的方法，采用三电极体系，在电极表面修饰金属镍、聚吡咯、二氧化锰构成复合电极。该电极将具有导电性的聚吡咯与良好催化活性的氧化锰相复合，极大的提高了氧化还原反应过程中离子传输和电子转移的速度，增加电极对金属离子检测的灵敏度，降低了检测限。同时，电极表面共聚物与金属的复合结构，增加了电极的稳定性，使电极可以重复循环使用。该复合电极可用于同时检测微量Hg²⁺、Pb²⁺和Cu²⁺离子。

技术领域

本发明属于电化学传感器领域，具体为重金属离子电化学检测领域，涉及一种二氧化锰-聚吡咯复合电极及其制备方法和在重金属检测中的应用。

背景技术

重金属是指比重大于5的金属，包括金、银、铜、铁、铅、汞等。随着重金属的开采、冶炼和加工，导致造成不少重金属进入大气、水、土壤，引起严重的环境污染。如随废水排出的重金属，即使浓度小，也可在藻类和底泥中积累，被鱼和贝类体表吸附，产生食物链浓缩，从而造成公害。重金属在人体内能和蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中富集，如果超过人体所能耐受的限度，会造成人体急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒等，对人体会造成很大的危害。

活性和持久性表明污染物在环境中的稳定程度。活性高的污染物质，在环境中或在处理过程中易发生化学反应，毒性降低，但也可能生成比原来毒性更强的污染物，构成二次污染。如汞可转化成甲基汞，毒性更强。与活性相反，持久性则表示有些污染物质能长期地保持其危害性，如重金属铅具有毒性且在自然界难以降解，并可产生生物蓄积，长期威胁人类的健康和生存。

在天然水体中一般重金属产生毒性的范围大约在1～10mg/L之间，而汞等产生毒性的范围在0.01～0.001mg/L之间。因此，对微量重金属离子的即时检测至关重要。

目前认可的重金属分析方法有：紫外可分光光度法(UV)、原子吸收法(AAS)、原子荧光法(AFS)、电感耦合等离子体法(ICP)、X荧光光谱(XRF)、电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)等，但是这些检测方法，仪器成本高，操作复杂，检测时间长，同时检测精度和重复性无法保证。而电化学方法检测速度快，数值准确，可用于现场等环境的应急检测。因此，开发可用于重金属离子快速检测的电化学传感电极尤为重要。

聚吡咯由吡咯单体聚合而来，是一种无定型且不溶不融的黑色固体。聚吡咯具有较高的导电性，生物相容性和环境稳定性，而且单体活性较高，非常容易实现氧化聚合，而且无毒，对环境友好。聚吡咯在传感器，电子器件及功能化薄膜等诸多领域都具有广阔的应用前景。

因此，本发明将聚吡咯与具有催化活性的二氧化锰复合，所制备的复合电极具有灵敏度高、稳定性好等优点，实现了对微量重金属离子的快速检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可同时检测汞、铅和铜离子的重金属离子检测电极，并保证其可靠性与稳定性。

本发明提供了一种用于重金属检测的二氧化锰-聚吡咯复合电极及其制备方法。

本发明的目的是提供一种二氧化锰-聚吡咯复合电极，以金属电极为基底，包括工作电极、参比电极与辅助电极，包括电极基底和电极修饰层，其中工作电极、参比电极和辅助电极在电极的同一平面集成，金属电极表面修饰金属镍层，工作电极表面修饰二氧化锰-聚吡咯修饰层。

聚吡咯具有半导体特性，因此利用聚吡咯暴露在检测的分子或离子中导电率的变化与检测物的浓度存在的定量关系即可实现检测分析。此外，聚吡咯还具有良好的导电性、化学稳定性和生物兼容性，能够与多种活性材料复合，增强提高其催化性能和稳定性。聚吡咯与高催化活性的氧化物复合能显著改善催化剂的导电环境，更大程度发挥其催化性能，获得更高灵敏度的化学传感器。