[发明专利]一种氮掺杂碳纳米管修饰的电化学传感器及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器，更具体地说，是涉及一种氮掺杂碳纳米管修饰的电化学传感器及其应用。

背景技术

铅作为一种灰白色、质软的重金属，是环境监测中“五毒元素”之一，对人类健康和环境有严重的危害。铅以无机物或粉尘形式吸入人体或通过水、食物经消化道侵入人体后，损害人体的消化系统、神经系统及造血系统等等，因此铅离子的检测也越来越受到各国重视。

目前已报道的微量铅的检测方法有双硫腙分光光度法、极谱法、X射线荧光光谱法(XRF)、火焰原子吸收分光光度法(FAAS)、石墨炉原子吸收分光光度法(GFAAS)、电感耦合等离子体法(ICP)^]等。这些方法对仪器要求高、分析成本较昂贵，同时复杂的样品前处理过程也不适宜于高通量的、实时的现场筛查技术。

由于碳纳米管具有独特的中空结构、高的比表面积、良好的导电性、以及显著的力学、电化学和场发射性能等，因此其在诸多领域有着良好的应用前景。近年来，通过对碳纳米管进行氮掺杂，以提高碳纳米管的应用性能，成为碳纳米管合成和应用领域的研究热点之一。经过氮掺杂的碳纳米管中，电负性大的氮原子取代碳原子，与纯碳纳米管相比，其导电性增强使得纳米管表现出金属性，而且电子传递性提高，电阻系数降低。

发明内容

为了克服现有铅离子检测技术的不足，本发明的目的在于提供一种氮掺杂碳纳米管修饰的电化学传感器及其应用。本发明的电化学传感器结构简单，能快速、灵敏的检测铅。

为了实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案：

    一种氮掺杂碳纳米管修饰的电化学传感器，为三电极体系传感器， 该电化学传感器采用表面涂覆有氮掺杂碳纳米管响应膜的玻碳电极作为工作电极；所述工作电极的制备方法如下：

将氮掺杂碳纳米管加入到乙醇中，超声振荡5-20min，使其分散成均匀的质量体积浓度为0.1-0.5g/L的悬浮液；取10～40μl上述悬浮液滴注到玻碳电极上，自然展开铺平，在红外灯下干燥，得到涂覆有响应膜的玻碳电极，即工作电极；其中所述氮掺杂碳纳米管直径80～120nm，长度10～30μm。

本发明中，所述电化学传感器三电极中的参比电极为Ag/AgCl电极，辅助电极为Pt电极。

本发明中，超声振荡时，53kHz，温度为25℃。

本发明中，所述氮掺杂碳纳米管的制备方法参照文献（王利军，解丽丽，李永伦，袁昊，李庆华，李全芝；氮掺杂竹节状碳纳米管的催化合成[J].化学学报,2007, 65, 913.）制备，具体如下：将NiNO₃与NaY分子筛按照重量比（0.5～2）：1的比例混合后，用蒸馏水溶解、过滤、烘干，将烘干样品研磨后放入小瓷舟中，石英管式炉加热到1023～1223K，然后以恒定的流速通入N₂/二乙胺混合气体，恒温保持1～4h，自然冷却，即得黑色CNx与Ni/NaY催化剂的混合物，在HF溶液中去除分子筛催化剂后即得氮掺杂碳纳米管。

本发明还提供氮掺杂碳纳米管修饰的电化学传感器于检测微量铅的应用。

将氮掺杂碳纳米管修饰的电化学传感器用于检测微量铅的方法具体如下：在待测溶液中加入BR缓冲溶液，以0.1M KCl为支持电解质，放入电解池中，以氮掺杂碳纳米管修饰玻碳电极为工作电极，Ag/AgCl (饱和KCl)电极为参比电极，铂电极为辅助电极；在-0.7～0V电位范围内，以10mV∕s的扫描速度进行循环伏安扫描；

每次扫描结束，将三电极置于空白底液(BR缓冲溶液)中循环扫描至无峰，用二次蒸馏水冲洗，滤纸吸干后即可进行下一次扫描，实验均在室温下进行；

测定铅离子的最佳条件：测定介质BR缓冲液pH ＝3；KCl支持电解质pH =1。（确定修改） 

本发明的有益效果在于：

1.  电化学传感器制作方法简单易行，成本低廉；

2. 本发明克服了碳纳米管难于修饰电极的不足，以溶于水的乙醇为分散剂，

得到了氮掺杂碳纳米管来修饰的电化学传感器，该传感器可以用来检测铅离子；