一种有序硅纳米孔道薄膜/氧化铟锡电极电化学检测铅离子的方法技术

本发明专利技术公开了一种有序硅纳米孔道薄膜/氧化铟锡电极电化学检测铅离子的方法，包括以下步骤：(1)将待检样品与缓冲液混合得到pH值为3.6～6.0的待测液；(2)以有序硅纳米孔道薄膜/氧化铟锡电极作为工作电极，恒电压法富集待测液中的铅离子，富集电压为‑0.8V～‑0.6V；(3)将完成富集的电极置于空白的pH值为3.6～6.0的缓冲液中，利用微分脉冲伏安法测得峰电流值，根据标准曲线计算待检样品中的铅离子浓度；所述微分脉冲伏安法扫描的起始电位为‑0.95V～‑0.65V，终止电位为‑0.4V～0.5V。本发明专利技术检测方法可实现对痕量铅离子的检测，在实际样品的检测尤其是生物复杂样品的检测中具有潜在应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新材料领域，具体涉及一种有序硅纳米孔道薄膜/氧化铟锡电极电化学检测铅离子的方法。
技术介绍
铅具有熔点低、耐腐蚀、密度高、易于加工等特点而被广泛应用于各个领域。全世界每年铅消耗量约为400万吨，但仅有1/4的铅被回收利用，其余的会以不同形式如废水，废渣等形式进入环境中从而对土壤和水体造成污染。生活中人体可能通过饮食的方式摄入微量的铅，如食用含铅的皮蛋，饮用铅含量超标的水。摄入的铅经人体吸收后，可在人体内富集。铅主要存在于骨骼中，少量富集在肝、脑、肾和血液中，富集在体内的铅根据其富集的量，富集的部位及人体自身对于铅的敏感度而表现出各种危害。铅会对造血系统造成影响，引起贫血和溶血。长期摄入铅，可引起慢性铅中毒。过量铅的摄入会对神经系统造成严重的破坏，出现头痛、记忆力减退乃至幻觉等症状。儿童对铅的敏感度相比于成年人更高，儿童铅中毒主要表现为生长缓慢、智力低下、神经萎缩等。铅中毒还可导致癌症。国家规定血液中铅含量超过100微克/升即为铅中毒，因此需要专利技术一种简单有效的检测痕量铅离子的方法。血铅含量的测定方法多种多样，常规的有原子吸收光谱法、原子发射光谱分析法、同位素稀释质谱法、电位溶出法。但是这些方法都存在一定的局限性，如原子吸收光谱法由于原子的极化率较低，对于低浓度的铅检测较为困难。同位素稀释质谱法检测灵敏且可靠，但是该方法繁琐而且费时，并且实验需要的仪器昂贵，因此在实际应用中价值不大。电位溶出法检测灵敏，抗干扰能力强，是较常用的血铅检测方法，但是仍然需要血铅仪才能测定。对于复杂样品的检测，上述方法中样品都需要经过复杂的处理才可进行检测。公布号CN101017149A的专利文献公开了一种一次性使用的血铅生物传感器，利用丝网印刷技术制作了工作电极，对电极和参比电极，工作电极在高电压氧化下，形成碳氧官能基，可以提高铅离子沉积在电极表面的能力，从而提升铅离子的检测信号。该方法克服了电化学检测血铅需要专业的仪器，但是该方法测定血铅的过程中，电极的预氧化过程较为繁琐且传感器仅可以使用一次，因此对于推广应用造成了较大的阻碍。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种有序硅纳米孔道薄膜/氧化铟锡电极电化学检测铅离子的方法，利用有序硅纳米孔道薄膜/氧化铟锡电极对铅离子的强富集作用和纳米孔道对大多数干扰物质的排阻作用，实现对铅离子快速有效地电化学定量测定。一种有序硅纳米孔道薄膜/氧化铟锡电极电化学检测铅离子的方法，包括以下步骤：(1)将待检样品与缓冲液混合得到pH值为3.6～6.0的待测液；(2)采用三电极体系，以有序硅纳米孔道薄膜/氧化铟锡电极作为工作电极，铂丝或铂片为对电极，银/氯化银电极为参比电极，恒电压法富集待测液中的铅离子，富集电压为-0.8V～-0.6V；(3)将完成富集的电极置于空白的pH值为3.6～6.0的缓冲液中，利用微分脉冲伏安法测得峰电流值，根据标准曲线计算待检样品中的铅离子浓度；所述微分脉冲伏安法扫描的起始电位为-0.95V～-0.65V，终止电位为-0.4V～0.5V。本专利技术的有序硅纳米孔道薄膜/氧化铟锡(VOMs/ITO)电极的制备方法：以氧化铟锡(ITO)透明导电玻璃作为基质，以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板，正硅酸乙酯(TEOS)为硅源，在乙醇、水混合溶液中反应，合成得到了具有圆柱形胶束结构的有序硅纳米孔道薄膜/氧化铟锡电极(CSMs/VOMs/ITO)。得到的CSMs/VOMs/ITO电极在盐酸乙醇溶液中浸泡即可去除CTAB，制得有序硅纳米孔道薄膜/氧化铟锡电极(VOMs/ITO)。本专利技术的VOMs/ITO电极具有三层结构，从外而内分别为有序硅纳米孔道薄膜、氧化铟锡、玻璃，其中有序硅纳米孔道薄膜(VOMs)厚度80～100nm，孔道结构均一，孔径为2～3nm，孔隙率高，且热稳定性和化学稳定性高，是一种有效的纳米孔道薄膜，可以有效应用于分析、传感器等领域。由于有序硅纳米孔道薄膜(VOMs)内的硅羟基在pH值为3.6～6.0的缓冲溶液中具有较负的Zeta电位，可以有效富集铅离子，提高铅离子的电化学检测灵敏度。有序硅纳米孔道薄膜负的Zeta电位是由其结构导致。有序硅纳米孔道薄膜的结构为溶胶-凝胶法所得的硅胶，其pKa值约为1.7。因此，在所用pH值范围内，由于Si-OH的电离而使材料具有负的电位。若pH值高于6.0，铅离子容易发生水解，影响最终检测结果。本专利技术选用的缓冲体系首先要保证铅离子游离分布于溶液中，作为优选，所述缓冲液为浓度为0.02mol/L～0.5mol/L的醋酸-醋酸钠缓冲液，pH值为3.6～5.6。由于缓冲体系的pH会改变硅羟基与铅离子的结合能力，本专利技术根据铅离子的DPV峰电流信号强度，得出pH的最优条件，更为优选，所述缓冲液的pH值为5.6。在pH值为5.6的缓冲条件下，本专利技术的检出限为0.087nM，检测范围为100pmol/L-1μmol/L。为了保证待测液的pH值和缓冲容量，待检样品与缓冲液的混合比例为1:1～1:100。作为优选，混合比例为1:40。本专利技术采用三电极体系，有序硅纳米孔道薄膜/氧化铟锡电极作为工作电极，铂电极作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极。富集电压一般需要高于铅离子的氧化还原电位，使得离子能够在电极表面沉积。富集电压为-0.8V～-0.6V，在该恒电压条件下，本专利技术实现只针对铅离子的富集。若电压低于-0.8V，ITO层会被还原；电压高于-0.6V会导致铅离子无法富集，后续无法检测到铅离子。进一步优选，富集电压为-0.75V。作为优选，恒电压富集时间为20s～600s。富集时间短，铅离子富集量不够，微分脉冲伏安法的电化学信号弱，无法准确检测待测样品的铅离子含量；富集时间过长，会使检测时间冗长，并且造成电极表面形态的变化。更为优选，富集时间为420s。富集过程中，对待测液进行持续搅拌。作为优选，所述搅拌为磁力搅拌。本专利技术采用微分脉冲伏安法(DPV)可以得到铅离子溶出电流信号。起始电位主要是根据ITO电极自身能够承受的最大电位和铅离子溶出的电位制定的，ITO电极在小于-1.0V的电位下，自身会发生氧化还原反应，而使电极被破坏，因此我们起始电位最低值不能低于-1.0V，铅离子溶出的DPV峰电位为-0.55V，因此起始电位必须低于-0.55V。终止电位的选择是根据峰的宽度决定的，终止电位只需要使得铅离子的峰形完全产生即可。进一步优选，微分脉冲伏安法扫描的起始电位为-0.75V，终止电位为-0.2V。当铅离子浓度为100pmol/L-1μmol/L时，DPV峰电流与铅离子浓度的对数具有线性关系，可实现对铅离子的定量检测。步骤(3)中，所述标准曲线的建立方法为：(a)制备一组铅离子浓度的对数值呈梯度分布的pH值为3.6～6.0的标准品；(b)采用三电极体系，以有序硅纳米孔道薄膜/氧化铟锡电极作为工作电极，铂丝或铂片为对电极，银/氯化银电极为参比电极，恒电压法富集各标准品中的铅离子，富集电压为-0.8V～-0.6V；(c)将完成富集的电极置于空白的pH值为3.6～6.0的缓冲液中，利用微分脉冲伏安法测得各标准品的峰电流值，所述微分脉冲伏安法扫描的起始电位为-0.95V本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有序硅纳米孔道薄膜/氧化铟锡电极电化学检测铅离子的方法，包括以下步骤：(1)将待检样品与缓冲液混合得到pH值为3.6～6.0的待测液；(2)采用三电极体系，以有序硅纳米孔道薄膜/氧化铟锡电极作为工作电极，铂丝或铂片为对电极，银/氯化银电极为参比电极，恒电压法富集待测液中的铅离子，富集电压为‑0.8V～‑0.6V；(3)将完成富集的电极置于空白的pH值为3.6～6.0的缓冲液中，利用微分脉冲伏安法测得峰电流值，根据标准曲线计算待检样品中的铅离子浓度；所述微分脉冲伏安法扫描的起始电位为‑0.95V～‑0.65V，终止电位为‑0.4V～0.5V。

【技术特征摘要】
1.一种有序硅纳米孔道薄膜/氧化铟锡电极电化学检测铅离子的方法，包括以下步骤：(1)将待检样品与缓冲液混合得到pH值为3.6～6.0的待测液；(2)采用三电极体系，以有序硅纳米孔道薄膜/氧化铟锡电极作为工作电极，铂丝或铂片为对电极，银/氯化银电极为参比电极，恒电压法富集待测液中的铅离子，富集电压为-0.8V～-0.6V；(3)将完成富集的电极置于空白的pH值为3.6～6.0的缓冲液中，利用微分脉冲伏安法测得峰电流值，根据标准曲线计算待检样品中的铅离子浓度；所述微分脉冲伏安法扫描的起始电位为-0.95V～-0.65V，终止电位为-0.4V～0.5V。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述缓冲液为浓度为0.02mol/L～0.5mol/L的醋酸-醋酸钠缓冲液，pH值为3.6～5.6。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述缓冲液的pH值为5.6。4.如权利要求2或3任一项所述的方法，其特征在于，待检样品与缓冲液的混合比例为1:1～1:100。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，富集的时间为20s～6...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘吉洋，程博文，周璘，袁坤，奚凤娜，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33