[发明专利]一种玻碳电极修饰及检测痕量重金属的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种玻碳电极修饰及检测痕量重金属的方法，是以氧化石墨烯/铋膜修饰玻碳电极为工作电极检测痕量重金属。是一种用于现场测定重金属离子的电化学传感器。属于电化学传感器领域。 

技术背景

随着城市的扩大和大规模工业的发展，大气、土壤、水环境中均存在重金属污染，重金属具有富集性，又不易代谢，很难在环境中降解。重金属污染是危害最大的水污染问题之一。目前，很多科技工作者致力于采用电化学溶出伏安法测定重金属离子含量。电化学溶出伏安法是以电解过程中所得的电流-电压曲线为基础来进行分析的方法，具有检测下限低、多种元素识别能力特点，适用于在线和现场检测。 

近年来，铋膜电极和其他环保型的材料的出现，能够替代汞膜电极以降低对环境的污染毒性。在电分析性能方面，铋膜修饰电极具有高灵敏度、非常好的电化学溶出信号、相连的峰不产生干扰、较宽的阴极电位范围和对溶解的氧表现出惰性等。石墨烯是sp²杂化碳原子排列成蜂窝状六角平面晶体，厚度仅为单层。石墨烯具有比表面积大、机械强度高、热导性高等独特的性质，同时也是理想的电化学材料。它具有不含有金属杂质、生产成本低等明显的优点。 

本发明综合铋膜无毒和氧化态石墨烯良好的性能，在玻碳电极上修饰氧化态石墨烯，并镀上铋膜，能实现现场对水溶液中重金属离子的检测，具有检测灵敏度高、重复性好、快速、无毒等特点，是一种良好的测定现场水溶液中痕量重金属离子的方法。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种玻碳电极修饰及检测痕量重金属的方法，是以氧化石墨烯/铋膜修饰玻碳电极为工作电极检测痕量重金属。采用示差脉冲伏安法，以修饰的玻碳电极为工作电极，甘汞电极作为参比电极，铂丝作为辅助电极，实现对水溶液中的铅、镉离子的在线检测。 

本发明需要解决的关键技术： 

1、玻碳电极的抛光 

玻碳电极一种较好的惰性电极，具有导电性好，硬度高，光洁度高，化学性能稳定，还可以作化学修饰电极。在修饰前，必须保证玻碳表面呈镜面和清洁，否则严重地影响测量。 

2、氧化石墨烯电极的制备 

石墨烯具有比表面积大、机械强度高、热导性能好，但在水溶液中的溶解性不佳。氧化石墨烯与石墨烯结构大体相同，但在二维基面上连有一些亲水基团，能在水中均匀分散。本发明用购买的氧化单层石墨烯(0.5mg/mL)，滴涂至玻碳电极表面，室温下晾干成膜。 

3、铋膜电极的制备 

将铋膜修饰到玻碳电极上，通常有三种方法：预镀铋膜法、同位镀铋膜法、基于铋及其化合物对电极基体的修饰方法。本发明中采用预镀铋膜法，在将电极放置在样品溶液中分析检测之前，先将铋离子电沉积在氧化石墨烯修饰的玻碳电极上，使用时快速、方便，重现性较好。 

4、检测过程中参数的设定 

整个反应过程中有几个重要的反应参数设置：(1)水溶液PH条件；溶液的 酸碱度影响溶出峰分离度、测定灵敏度及重现性。(2)富集电位；峰面积会随着富集电位的负移而增大，但电位达到一定值，峰电流增加不明显；(3)富集时间；富集重金属的量随着富集时间增大，检测的灵敏度会提高，但到一定时间后，峰面积变化不明显。(4)静置时间；富集完成后，需要停止搅拌，使溶液静置片刻，然后再扫描溶出。静置过程中，被还原富集的金属在铋膜表面均匀扩散，形成铋齐，才能得到峰形好且稳定的溶出峰。峰面积随静置时间的延长而增大，最后趋于稳定。本发明推荐静置时间10s。 

以上述分析，本发明的技术方案是： 

购买玻碳电极为工作电极，甘汞电极作为参比电极，铂丝作为辅助电极，在玻碳电极上修饰氧化石墨烯后，预镀铋膜，再对水溶液中重金属离子进行检测。 

检测过程如下： 

(1)前处理： 

将电位于-0.3V保持30s，使电极表面得到清洗活化。 

(2)富集： 

富集电位选择-1.0V～-1.4V，富集时间选择180s～300s，静置时间选择0～30s。最终选择的是富集电位-1.3V，富集时间240s，静置时间10s。 

(3)溶出： 

采用差分脉冲溶出伏安法，反向扫描，记录溶出伏安曲线。 

本发明的优点是： 

实现现场的水溶液中的重金属离子快速检测，实验结果准确性高、检出 限低、重现性好、检测成本低及微型化、易便携等优点。 

附图说明

图1：电化学传感器三电极体系； 

图2：电极示意图；