[发明专利]一种镉离子电化学传感器工作电极及其制备、检测方法和应用

说明书

本发明公开了一种镉离子电化学传感器工作电极及其制备、检测方法和应用，解决了现有技术成本较高、无法对水环境中重金属Cd(Ⅱ)进行原位实时监测等问题。该镉离子电化学传感器工作电极包括LIG电极以及在其表面修饰的锡膜；所述锡膜的主体为金属锡，金属锡的表面形成有二氧化锡金属氧化物膜；所述LIG电极可以采用聚酰亚胺膜为基底，利用激光诱导技术刻蚀聚酰亚胺膜后制备得到；所述锡膜可以通过将LIG电极浸入Sn(Ⅱ)溶液中采用恒电位法沉积形成。经实验验证，本发明具有较好的抗干扰能力、可重现性以及检测稳定性和准确性；且该镉离子电化学传感器工作电极可制成类似于“试纸条”形式的产品，方便取用，也有利于检测标准化。

技术领域

本发明涉及重金属离子电化学传感器技术领域，具体涉及一种用于检测Cd(Ⅱ)的电化学传感器工作电极及其制备方法、以及利用该电化学传感器检测Cd(Ⅱ)的方法。

背景技术

一般来说，任何具有导电性的物质都可以被用作是工作电极。在采用电化学方法检测水环境中的重金属时，我们通常所使用的工作电极主要包括汞电极、金电极、玻碳电极等。汞电极是采用极谱法检测水环境中的重金属时一种特定的电极，具有表面更新快、可实现连续测定的优点，但是因为汞的环境不友好性，对生物和环境的危害很大等缺点；所以人们开发了金电极和玻碳电极；金电极和玻碳电极的导电性好，化学稳定性高，可以根据需要制成圆柱形、片状等不同的形状，但是这两种电极价格昂贵，修饰起来比较繁琐，被修饰的物质易脱落，不适宜用作原位实时监测的电极基底。

近年来，有研究者发现，可以采用激光刻蚀聚酰亚胺膜(Polyimide，PI膜)和木质素，瞬间高温诱导出导电性良好的类石墨烯材料，也就是激光诱导石墨烯(Laser-InducedGraphene，LIG)，激光诱导技术具有制备简单、成本低、效率高、无污染的优点，另外，LIG电极的形貌结构和表面官能团可以通过刻蚀深度和刻蚀速率等到很好地控制，满足各种应用的要求，具有广泛的应用前景。

聚酰亚胺薄膜是一种具有特殊五元酰亚胺基团的纤维网状聚合物，它具有良好的热稳定性，可以比较快速、均匀地吸收激光瞬间高温刻蚀产生的能量，可以通过计算机程序很好地控制刻蚀的形状。激光诱导石墨烯的原理是通过红外激光或者CO₂激光作用于材料表面，将PI膜上的三维上以sp3杂化的碳原子通过高温催化转化为平面上以sp2杂化的碳原子，从而获得具有良好的导电性的石墨烯材料，可以用于柔性电极传感器的构建上。

目前，基于LIG电极的传感器，主要是修饰金层或银层，多用于检测抗生素、病原体等，其并不适用于对水环境中Cd(Ⅱ)的检测。

发明内容

本发明的第一个目的是基于较为成熟的电化学传感器技术，提供一种镉离子电化学传感器工作电极，解决现有技术成本较高、无法对水环境中重金属Cd(Ⅱ)进行原位实时监测等问题。

本发明的第二个目的是提出一种制备上述镉离子电化学传感器工作电极的方法。

本发明的第三个目的是提出一种检测水环境中重金属Cd(Ⅱ)含量的方法，能够实现原位实时监测，操作简便、成本较低。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

第一方面，一种镉离子电化学传感器工作电极，包括LIG电极以及在其表面修饰的锡膜；所述锡膜的主体为金属锡，金属锡的表面形成有二氧化锡金属氧化物膜；所述锡膜的整体厚度为50nm～1μm。

优选地，所述LIG电极是以聚酰亚胺膜为基底，利用激光诱导技术刻蚀聚酰亚胺膜后制备得到的。除此之外，也可采用木质素等其他材料，其主要应满足能够被瞬间高温诱导出导电性良好的类石墨烯材料，作为基底用于沉积金属锡。

优选地，所述锡膜是通过将所述LIG电极浸入Sn(Ⅱ)溶液中采用恒电位法沉积形成的。

第二方面，一种制备上述镉离子电化学传感器工作电极的方法，包括以下步骤：