[发明专利]一种化学修饰碳糊电极及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及电化学分析领域，尤其涉及一种化学修饰碳糊电极及其制备方法和应用。

背景技术

在日常生活环境中，铅离子、镉离子和锌离子是主要的重金属污染物，具有明显的生物毒性，并且还不能降解。环境中只要有铅、镉和锌等重金属离子即可产生毒性效应，不仅造成环境污染，而且进入生物链后，会危害人体的正常生长发育，成为环境中具有潜在危害的重要污染物，因此对铅、镉等重金属离子的检测具有十分重要的意义。

检测铅离子、镉离子和锌离子的传统分析方法主要有原子吸收光谱法、X-射线荧光光谱法、紫外-可见分光光谱法、原子发射光谱法等。但与传统分析方法比较，电化学方法设备相对简单、易自动化、便于携带，同时兼备灵敏度高、准确度高、选择性好等优点，因此被广泛用于铅离子、镉离子和锌离子的分析，而其中的化学修饰碳糊电极的溶出伏安法是十分常用的方法。化学修饰碳糊电极的溶出伏安法因具有环境毒性小、电化学性能优良、稳定性好等优点，而越来越受到关注和重视，但是大多数的化学修饰碳糊电极的溶出伏安法检测铅离子、镉离子和锌离子的检出限仍然不够低，不能满足地表水水质监测的要求，阻碍了重金属离子碳糊电极的商品化开发。如Samo B.Hocevar等发表于Electrochimica Acta 2005,51,706–710的论文报导了一种叫含铋粉的碳糊电极，对镉、铅离子的检出限分别为1.2和0.9ppb(即1×10^－8M和6×10^－9M)；许艳霞等发表于“粮食科技与经济”,2014,39,39-42的论文报导了一种乙二胺四乙酸(EDTA)修饰碳糊电极并用于镉离子的检测，在最佳检测条件下,镉离子的检测限为1×10^-8mol/L(信噪比为3)。伍华等在“应用化工”,2012,41,880-883发表的综述文章“化学修饰碳糊电极的研究新进展”一文中报导的多种检测重金属离子的化学修饰碳糊电极，其检出限也多在10^－8M至10^－10M之间。因此，化学修饰碳糊电极还不能用于地表水水质重金属的监测，其检测性能进一步的提高已成为本领域的研究人员急需解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种化学修饰碳糊电极，该化学修饰碳糊电极的碳糊通过加入含铋固体粉末和螯合剂，两者组合在一起，作为该化学修饰碳糊电极的复合修饰剂，从而使得该化学修饰碳糊电极检测铅离子、镉离子和锌离子的检出限显著降低，与现有使用单一修饰剂的化学修饰碳糊电极的检出限相比，降低了1～3个数量级，在现有的化学修饰碳糊电极的基础上，其检测性能明显得到了提高；本发明还提供了一种化学修饰碳糊电极的制备方法和在检测环境中铅离子、镉离子和锌离子方面的应用。

第一方面，本发明提供了一种化学修饰碳糊电极，包括电极管壳，填充于所述电极管壳中的碳糊，以及与所述碳糊接触并由所述电极管壳内引出的电极引线，所述碳糊包括导电碳材料、粘合剂和复合修饰剂，所述复合修饰剂包括含铋固体粉末和螯合剂；所述含铋固体粉末为不溶于水的固体含铋物质；所述螯合剂为疏水性的，能与铅离子、镉离子和锌离子中的至少一种离子形成螯合物的试剂。

本发明所采用的螯合剂为疏水性的、对铅离子、镉离子和锌离子中的至少一种离子具有螯合作用的难溶有机小分子化合物或不溶性高分子化合物；采用的粘合剂为甲基硅油、石蜡油、矿物油、凡士林、硝酸二丁酯、硅橡胶或环氧树脂等疏水性的粘性物质；采用的导电碳材料为石墨粉、介孔碳、富勒烯或碳纳米管等现有技术中常使用的导电性碳材料；采用的含铋固体粉末为各种粒度的粉末，如微米级、纳米级粉末，以及各种微观形貌的粉末，如棒状、针状、颗粒状、花状等。

优选地，所述碳糊包括混合均匀的所述导电碳材料、所述粘合剂和所述复合修饰剂。

优选地，所述复合修饰剂包括混合均匀的所述螯合剂和所述含铋固体粉末。

优选地，所述含铋固体粉末为铋粉、氧化铋粉末或氢氧化铋粉末。

其中，铋粉为金属铋的粉末。

优选地，所述螯合剂为8-羟基喹啉、安息香肟、丁二酮肟或双硫腙。

优选地，所述碳糊中所述导电碳材料、所述含铋固体粉末、所述螯合剂与所述粘合剂的质量比为(20～90)∶(0.5～50)∶(0.5～30)∶(10～50)。

优选地，所述碳糊中所述导电碳材料、所述含铋固体粉末、所述螯合剂与所述粘合剂的质量比为(60～80)∶(0.5～10)∶(0.5～5)∶(10～30)。