[发明专利]用于检测铅离子和/或镉离子的电化学传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于检测铅离子和/或镉离子的电化学传感器及其制备方法和应用，该电化学传感器包括反应端表面修饰有负载中空球形氧化铋的有序介孔碳的玻碳电极，负载中空球形氧化铋的有序介孔碳以有序介孔碳为载体，有序介孔碳表面负载有中空球形氧化铋。其制备方法包括将负载中空球形氧化铋的有序介孔碳修饰在玻碳电极反应端表面。本发明的电化学传感器具有稳定性高、使用寿命长、检测范围宽、检测极限低、选择性好、抗干扰能力强等优点，其制备方法具有制作工艺简单、成本低廉、操作便捷、无污染且应用范围广等优点，该电化学传感器可用于检测铅离子和/或镉离子，具有操作简单、成本低廉、响应时间快、灵敏度高等优点，有着很好的应用前景。

技术领域

本发明属于电化学传感器技术领域，涉及一种用于检测铅离子和/或镉离子的电化学传感器及其制备方法和应用。

背景技术

重金属污染物具有致突变、致癌和致畸效应，主要通过呼吸道和消化道等途径侵入人体，严重危害人体健康和生态环境。其中铅离子(Pb²⁺)和镉离子(Cd²⁺)作为其最常见和最稳定的存在形式，广泛存在于农业生产，矿物工程，电解电镀等领域的废渣和废水中。世界健康组织(WHO)规定饮用水中铅离子总含量不能超过0.005mg/L，镉离子总含量不能超过0.001mg/L。因此，获得一种绿色环保、成本低廉且可以同时快速灵敏地检测水体中的铅镉离子浓度的电化学传感器是极其必要的。

关于检测铅镉离子的传统电极主要是滴汞电极或悬汞电极，但是由于汞元素具有剧毒性而逐渐被铋系电极取代。现有铋系电极的制备方法分为在电极表面原位/异位沉积铋膜和预沉积含铋元素物质于电极表面，但是这两种方法都额外增加了铋系电极制备步骤，所制得铋系电极的灵敏度较低，不适于大规模制备便携式传感器，且在电极表面原位/异位沉积铋膜的主要缺点是需要合理调控铋盐溶液的浓度以防止铋离子水解形成络合物。因此，亟需研究出一种比表面积大、孔径规整有序、分散性能好、热稳定性好、导电性好的含有铋系物质的功能型纳米材料，在将该材料用于制备传感器工作电极时能够简化传感器工作电极的制备步骤，且在提高传感器灵敏度的同时使得由该材料制备得到的工作电极能够直接用于检测重金属离子。

现今，随着环境检测技术及电化学传感器技术的日益成熟，各式各样的电化学传感器已经被研发并用于检测各种目标物质。然而，传统检测技术大多数只能同时检测某一种物质，而不能同时检测两种或多种物质，这主要是由于传感器表面修饰的物质只能对特定分子产生特异性信号。另外，现有用于检测重金属离子的电化学传感器的制备过程繁琐，检测灵敏度较低。为了提高环境样品实时检测效率，研发出一种可以同时检测两种或多种目标物质的电化学传感器是极其必要的，这也是现阶段研究中亟需解决的技术问题。此外，在构建电化学传感器的过程中，工作电极作为其中重要的一部分，如何提高它的稳定性和电子传导能力也是研究的热点和重点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种稳定性高、使用寿命长、检测范围宽、检测极限低、选择性好、抗干扰能力强的用于检测铅离子和/或镉离子的电化学传感器极其制备方法和应用，该电化学传感器能够检测铅离子和/或镉离子，且对于铅离子和镉离子的检测均能获得较好的检测范围和检测极限。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于检测铅离子和/或镉离子的电化学传感器，包括一三电极系统中用作工作电极的玻碳电极，所述玻碳电极反应端表面修饰有负载中空球形氧化铋的有序介孔碳；所述负载中空球形氧化铋的有序介孔碳是以有序介孔碳为载体，所述有序介孔碳表面负载有中空球形氧化铋。

上述的电化学传感器中，进一步改进的，所述负载中空球形氧化铋的有序介孔碳中有序介孔碳与中空球形氧化铋的质量比为1∶1～2；所述负载中空球形氧化铋的有序介孔碳的比表面积为1100m²/g～1510m²/g；所述负载中空球形氧化铋的有序介孔碳具有介孔结构，孔径为2nm～3nm。