[发明专利]一种同时检测镉和铅离子的电化学传感器及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及痕量重金属离子电化学传感器领域，具体是用于痕量分析镉和铅的一种氮掺杂微孔碳修饰电极材料以及Nafion/氮掺杂微孔碳/铋膜修饰玻碳电极的制备方法。

背景技术

近年来，剧毒重金属(如镉，铅等)污染问题日益严重。剧毒重金属主要通过金属冶炼、化石燃料燃烧、采矿和污水排放等途径进入生态系统，而后在土壤、水体和大气中循环，并易通过食物链在生物体内迁移、富集。镉不是人体必需元素。通过吸入被镉污染的烟尘以及摄入被镉污染的食物、水会引起中毒。镉及镉的化合物已经被国际癌症研究机构(IARC)归为致癌物。铅是一种对人体多器官有高毒性的一种重金属，据2004年世界卫生组织关于全球人类健康风险评估，全球0.6％疾病是由于铅污染导致的。因此，实现快速、准确、现场检测痕量镉和铅对生态环境以及人类健康意义重大。

比较成熟的传统的检测重金属离子的方法主要有原子吸收光谱法(Atomic Absorption Spectroscopy)和各种仪器联用技术，如电感耦合等离子体质谱法(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)、电感耦合等离子体原子发射光谱分析(Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry)等。但这些传统的检测手段都比较耗时、且设备费用昂贵。有些方法还需要复杂的前处理，因此不适合在线及现场分析检测。相对而言，阳极溶出伏安法是实现在线、快速检测痕量重金属离子的一类有效的手段。其中，差式脉冲阳极溶出伏安法(DPASV)以其高灵敏度的特性而被广泛应用。

实现高灵敏度、低检测限检测的关键在于工作电极的修饰材料。修饰电极材料应具体有电子传输快、电化学活性面积大、耐酸碱等特点。目前应用于修饰的材料有碳纳米管、石墨烯、纳米金属及金属氧化物等纳米材料。但上述修饰材料或存在分散性差、修饰后易聚集、或具有酸碱稳定性差、导电性不高等问题。因此，有必要研发新型的修饰电极材料，用以提高电化学检测重金属的灵敏度和稳定性。

发明内容

本发明目的在于提供一种同时检测镉和铅离子的电化学传感器及制备方法，该传感器是由电化学工作站，工作电极，对电极，参比电极，电解池组成，其中，工作电极以玻碳电极为基底，表面修饰Nafion/氮掺杂微孔碳复合膜，该电化学传感器可以实现痕量镉、铅离子的同时检测，检测限分别为1.5μg/L、0.05μg/L。本发明中的工作电极制备方法简单、环保。工作电极结合了杂原子、Nafion可有效吸附重金属离子以及铋与待测重金属可形成合金的特点，可显著提高玻碳电极传感重金属离子的灵敏度。该电化学传感器重现性好，抗干扰能力强且检测限低，可应用于镉离子和铅离子现场分析。

本发明所述的一种用于同时检测镉、铅离子的电化学传感器，该传感器是由电化学工作站，工作电极，对电极，参比电极，电解池组成，以银/氯化银电极和铂丝作为参比电极(4)和对电极(3)，工作电极(2)是由玻碳电极基底(6)，原位电镀铋膜(7)，氮掺杂微孔碳(8)组成，电解池(5)中的电解液为含有铋离子(Bi³⁺)和待测镉离子(Cd²⁺)、铅离子(Pb²⁺)的乙酸-乙酸钠缓冲溶液，工作电极(2)、对电极(3)和参比电极(4)的一端分别连接在电化学工作站(1)上，工作电极(2)、对电极(3)和参比电极(4)的另一端分别放置在电解池(5)中的电解液中。

所述的同时检测镉、铅离子的电化学传感器的制备方法，按下列步骤进行：

a、在室温下，将硝酸锌和二甲基咪唑分别溶于甲醇中，然后将二甲基咪唑的甲醇溶液倒入到硝酸锌的甲醇溶液中，静置24小时，离心分离，用甲醇和N,N-二甲基甲酰胺洗涤，室温干燥得到白色粉末沸石咪唑类金属骨架化合物-8，再将沸石咪唑类金属骨架化合物-8放入瓷舟，将瓷舟放入管式炉，以温度5℃/min上升到600℃，煅烧5小时，然后以温度5℃/min降温速率降至室温，得到黑色粉末，再用35wt.％的盐酸浸泡，搅拌24小时，过滤留取黑色粉末，用去离子水洗涤，放入烘箱温度60℃干燥，即得到氮掺杂微孔碳(8)；

b、将氮掺杂微孔碳(8)溶于N,N-二甲基甲酰胺中，再滴加Nafion液，配制成1-3mg/L的N,N-二甲基甲酰胺-Nafion悬浮液，超声至均匀分散；