[发明专利]一种快速检测痕量重金属离子的方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学传感器技术领域，具体涉及一种快速检测痕量重金属离子的方法。

背景技术

重金属污染防治的前提是能够对污染物中的重金属进行快速、准确的检测。在众多的检测方法中，电化学溶出伏安法具有检测方便、经济的优势，是水体中重金属离子快速检测的首选方法之一。

重金属毒性大、在环境中不易被代谢、易被生物体富集并有生物放大效应，是一种严重危害生态环境的污染物。重金属污染防治的前提是能够对其进行快速、准确的检测。电化学溶出伏安法是目前最快速、最灵敏和最便捷的检测手段。

目前的痕量重金属离子检测电化学传感器都是以单一结构的工作电极来进行检测，这种单一结构的工作电极在电位分辨能力低，检测限不高等缺点，所以对同时存在的多种重金属离子进行同时定量检测时就会难以实现。

本发明用铋材料分别构造三种不同结构的电极阵列，具体的包括三维花朵状阵列、纳米线阵列和纳米针尖阵列，再将三种不同结构的电极阵列集成，构造出高性能的复合结构工作电极电化学传感器。

在实际检测中，充分利用三种不同结构的电极的检测特性，可以同时快速、准确的定量检测水体中痕量重金属离子。这种检测装置和应用具有低成本、高性能、环境友好的优点，可以在重金属污染物检测方面获得良好应用。

发明内容

本发明目的在于，提供一种快速检测痕量重金属离子的方法，该方法中所涉及的的装置是由电解槽、工作电极信号通道、铋电极阵列、复合结构工作电极、参比电极和对电极组成，采用电化学溶出伏安法进行检测，该方法通过三种不同结构的铋电极阵列：三维花朵状阵列、纳米线阵列和纳米针尖阵列，分别实现平面集成和立体集成，构造复合结构工作电极的电化学传感器。这种复合结构工作电极的电化学传感器具有制造成本低、性能高、可实现大面积制备等突出优点。为水体中痕量重金属能够快速检测的低成本、高性能、环境友好、可便携检测的电化学传感器。解决现有技术利用溶出伏安法检测痕量重金属离子时只应用一种结构的工作电极，检测灵敏度低和检测限不高的缺点。

本发明所述的一种快速检测痕量重金属离子的方法，该方法中所涉及的的装置是由电解槽、工作电极信号通道、铋电极阵列、复合结构工作电极、参比电极和对电极组成，采用电化学溶出伏安法进行检测，具体操作按下列步骤进行：

a、在电解槽（1）中分别固定复合结构工作电极（4）、参比电极（5）、和对电极（6），在复合结构工作电极（4）上设有铋电极阵列（3），在铋电极阵列（3）上设有工作电极信号通道（2），其中铋电极阵列（3）是由铋三维花朵状阵列，铋纳米线阵列以及铋纳米针尖阵列构成；

b、将含有铜、铅、锌、汞、镉和砷中的一种或多种的水溶液放入电解槽（1）内，复合结构工作电极（4）的每一个电极都分别连接一个工作电极信号通道（2），工作电极信号通道（2）按常规方法分别接入已有的电化学分析仪上，进行扫描定量检测，检测后的每个伏安信号，都被单独记录，最后通过伏安分析软件对三个伏安信号进行综合分析和标准曲线比较，即可得到重金属离子的种类和浓度。

 步骤a中复合结构工作电极（4）的构造为平面复合结构或立体复合结构。

步骤a铋电极阵列（3）中的铋三维花朵状阵列，每个三维花朵状铋结构，都是由二维的纳米铋薄片构成的，纳米铋薄片的厚度为20-150nm。

步骤a铋纳米线阵列（3）中的铋纳米线阵列的底部通过生长纳米线阵列的模板固定，且露出模板的铋纳米线阵列的高度为10-200μm。

步骤a铋纳米线阵列（3）中的铋纳米针尖阵列的顶部呈针尖状结构，从阵列底部截面积最大，往上部截面积逐渐变小。

步骤a铋纳米线阵列（3）中的三维花朵状阵列，铋纳米线阵列以及铋纳米针尖阵列上的铋材料为单晶。

本发明所述的一种快速检测痕量重金属离子的方法，该方法中铋纳米线阵列（3）中的三维花朵状阵列，铋纳米线阵列以及铋纳米针尖阵列的制备为：

铋纳米线阵列（3）中的三维立体花朵状阵列通过电化学沉积方法来构造，先把铋盐溶解于水溶液当中，得到含有铋离子的溶液；用导电的衬底作为工作电极，将含有铋离子的溶液作为电解液，控制电化学沉积时的电流密度，通过电化学沉积的方法制备得到铋微纳结构阵列；

铋纳米线阵列（3）中的纳米线阵列的制备是通过模板限制生长方法实现的，先制备得到中间有纳均匀米孔洞的阳极氧化铝模板，然后在模板的孔洞里面通过电沉积的方法生长铋的纳米线，最后去掉模板的上半部分，得到铋纳米线阵列，而且这些纳米线阵形的下端是通过模板连结为一体的；