改性氧化石墨烯复合修饰电极在检测水体中痕量重金属离子的电化学检测方法技术

本发明专利技术提供改性氧化石墨烯复合修饰电极在检测水体中痕量重金属离子的电化学检测方法，包括：将氧化石墨烯超声分散于含有铋的Nafion溶液中，得GO‑Bi‑Nafion悬浊液；将GO‑Bi‑Nafion悬浊液均匀涂覆在经抛光、清洗、吹干处理后的玻碳电极表面，即得GO‑Bi‑Nafion/GCE。所研制的氧化石墨烯材料满足水体中重金属离子检测和深度去除的要求。高的电化学活性的电极材料应用于电化学传感器水体中重金属的快速测定，样品处理简单，且成本低，速度快同时检测痕量重金属等优点，促进我国重金属水污染检测与处理技术的发展产业化后将具有很大的经济和社会效益。

Electrochemical detection method for detecting trace heavy metal ions in water by modified graphene oxide composite modified electrode

The invention provides a modified graphene oxide composite modified electrode in the detection of trace heavy metal ions in water by electrochemical detection method, the ultrasonic dispersion of graphene oxide in Nafion solution containing bismuth, GO Bi Nafion GO Bi suspension; Nafion suspension evenly coated on glassy carbon electrode surface after polishing after the treatment, cleaning and drying, which was GO Bi Nafion/GCE. The developed graphene oxide materials can meet the requirements of heavy metal ion detection and deep removal. Rapid determination of high electrochemical activity of electrode materials used in heavy metal electrochemical sensors in water sample, and low cost, fast speed and detection of trace heavy metals and other advantages, promote the development of industrial water pollution in China heavy metal detection and processing technology will have great economic and social benefits.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于分析检测领域，特别涉及改性氧化石墨烯复合修饰电极在检测水体中痕量重金属离子的电化学检测方法。
技术介绍
电化学方法因为其杰出的低检测限、低成本以及简单方便的操作而在重金属离子的检测领域发挥着重要作用。阳极溶出伏安法(ASV)应用于检测水体中的金属浓度研究中，但电极材料的选择在测量痕量金属离子含量时发挥着重要作用。如何进行电极修饰以提高电极效率，使重金属离子的检测限达到最好，且重复性和稳定性最好，是目前对金属离子检测非常重要的研究方向。常见的电极材料(如碳、金等)都可用于重金属离子的检测，采用碳纳米管材料、金纳米颗粒等修饰后电极性能大大提高。金属镀膜电极材料方面，汞膜电极是研究历史最长的电极之一，最近新兴电极材料有铋膜电极。因此，本专利技术将石墨烯修饰玻碳电极，使其电极表面电化学活性增强来检测水体中痕量重金属离子，以促进重金属水污染检测与处理技术的发展。阳极溶出伏安法(ASV)成为检测重金属离子的主要的电化学法，但传统的ASV主要采用镀汞膜电极作为工作电极，由于汞对人体的毒害非常大，因此，需要开发新型的环保的电极材料极代替汞。因改性的氧化石墨烯比面积大，含碳物质对重金属离子的吸附主要发生在酸性官能团上(羧基基团和内酯酸基团)，氧化石墨烯表面含有大量的羟基、羧基和含氧官能团，其表面具有更强的对重金属离子吸附力，可提升电极的检测灵敏度。专利CN201510518917.5公开了一种同步检测汞、铜、铅、镉离子含量的电化学传感器的制备方法，利用电化学沉积的方法将氧化石墨烯氮掺杂化制备修饰玻碳电极，在醋酸/醋酸钠为支持电解质的溶液中对汞、铜、铅、镉四种离子进行电化学检测。但检出限较高，无法满足部分重金属元素痕量检测的要求。
技术实现思路
为了克服上述问题，提高检测的灵敏性，本专利技术对电极修饰材料进行改进，通过Nafion溶液的粘结作用将氧化石墨烯粘结在玻碳电极表面，但实验中发现，当Nafion的质量分数大于0.5％后，氧化石墨烯的溶解度变差，易发生团聚，无法形成均匀的分散体系，电极的导电性下降，因此，本专利技术在Nafion溶液中加入一定量的铋元素，由于铋离子为三价，能够均匀的沉积在石墨烯片层中间，有效防止石墨烯纳米片间的堆积，并提高了氧化石墨烯的分散度，增大了活性表面积。另外，铋离子的掺杂还有效改善了Nafion膜的导电性，在不破坏Nafion膜选择渗透性的同时，构建多级孔道的结构载体，充分利用石墨烯超高的比表面积和优良的导电性能克服了Nafion膜导电性差的缺陷。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种改性氧化石墨烯复合修饰电极，包括：玻碳电极；涂覆在玻碳电极上的氧化石墨烯-铋-Nafion层；所述氧化石墨烯-铋-Nafion层由氧化石墨烯、铋离子、Nafion均匀混合而成。优选的，所述氧化石墨烯-铋-Nafion层中，氧化石墨烯：铋：Nafion的质量比为：4～5:1～2:1～2×103。本专利技术实验发现：氧化石墨烯：铋：Nafion三者中，当Nafion比例系数小于1×103时成膜的选择渗透性较差，电极的准确度和精确度下降；当Nafion比例系数大于2×103时，电极的导电性下降，氧化石墨烯的分散不均匀，易团聚。当铋离子的比例系数大于2时，成膜的选择渗透性下降，易受到其他杂质重金属离子的干扰，成膜的化学稳定性下降；当铋离子的比例系数小于1时，无法形成有效地多级孔道体系，电极导电性大幅下降。本专利技术还提供了一种改性氧化石墨烯复合修饰电极传感器，由上述的任一电极作为工作电极制备而成。本专利技术还提供了一种改性氧化石墨烯复合修饰电极的制备方法，包括：将氧化石墨烯超声分散于含有铋的Nafion溶液中，得GO-Bi-Nafion悬浊液；将GO-Bi-Nafion悬浊液均匀涂覆在经抛光、清洗、吹干处理后的玻碳电极表面，即得GO-Bi-Nafion/GCE。优选的，所述GO-Bi-Nafion悬浊液中，氧化石墨烯；铋：Nafion的质量比为：4～5:1～2:1～2×103。优选的，所述含有铋的Nafion溶液含有铋的Nafion溶液中铋的浓度为0.5～1.0mgL-1，Nafion的质量分数为0.5～1.0％。本专利技术还提供了一种改性氧化石墨烯复合修饰电极在检测水体中痕量重金属离子的电化学检测方法，包括以上述的改性氧化石墨烯复合修饰电极为工作电极，采用阳极溶出伏安法，分别测定水体中重金属离子。优选的，所述重金属离子包括：铜、铅、锌、铁、钴、镍、锰、镉、汞、钨、钼、金、银。更优选的，所述重金属离子为铅。优选的，所述阳极溶出伏安法的检测参数为：电沉积电位-1.4V,电沉积时间180s；静止电位-1.35V，静止时间10s；扫描速率5mV/s,扫描范围-1.4V～-1.35V。优选的，所述阳极溶出伏安法的检测过程中，电解液中含有0.1M的醋酸盐和400μgL-1Bi3+。本专利技术实验中发现：在电解液中加入400μgL-1Bi3+，检测精度提高1～1.8％左右。可能是由于铋离子的存在促进了金属的富集和溶出效率。本专利技术的有益效果：1)将改性的氧化石墨烯材料超声分散后，通过胶黏剂在玻碳电极表面制备复合修饰电极，用于下一步实验的电化学测试。将被测重金属离子在适当的底液及外加电压下先电解富集于工作电极上，然后使外加电压向正的方向扫描，使其氧化溶出得一阳极溶出峰，根据峰电位和峰电流可作为重金属离子的定性和定量分析。2)所研制的氧化石墨烯材料满足水体中重金属离子检测和深度去除的要求。高的电化学活性的电极材料应用于电化学传感器水体中重金属的快速测定，样品处理简单，且成本低，速度快同时检测痕量重金属等优点，促进我国重金属水污染检测与处理技术的发展产业化后将具有很大的经济和社会效益。3)采用石墨烯材料修饰的玻碳电极检测水中痕量重金属离子，其中对铅离子(Pb2+)和镉离子(Cd2+)的检测限分别达到0.2ug/L和0.1ug/L。选择性好(Na+,Ca2+,K+,Al3+,Li+,Cr3+等离子均无响应)、稳定性好等特点，所制备的石墨烯材料修饰的玻碳电极可用于环境中重金属离子含量的同时测定。4)制备方法简单、实用性强、易于推广。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1将1.0ml的氧化石墨烯的水溶液(浓度为2.3mg/mL)加入质量分数为0.75％的Nafion溶液(含有浓度为0.5mg/L的铋离子)中，混合均匀并超声分散30min形成GO-Bi-Nafion悬浊液。将玻碳电极(直径3mm)依次在含0.3、0.05μm的Al2O3浆的麂皮上抛光至镜面，之后依次在无水乙醇、稀硝酸和二次水中超声清洗，最后用二次水冲洗干净。电极表面用氮气吹干后，用微量注射器在电极中心滴加5μLGO-Bi-Nafion悬浊液，待溶剂挥发后，用去离子水冲洗电极表面并在空气中晾干，得到GO-Bi-Nafion复合膜修饰玻碳电极，标记本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性氧化石墨烯复合修饰电极，其特征在于，包括：玻碳电极；涂覆在玻碳电极上的氧化石墨烯‑铋‑Nafion层；所述氧化石墨烯‑铋‑Nafion层由氧化石墨烯、铋离子、Nafion均匀混合而成。

【技术特征摘要】
1.一种改性氧化石墨烯复合修饰电极，其特征在于，包括：
玻碳电极；
涂覆在玻碳电极上的氧化石墨烯-铋-Nafion层；
所述氧化石墨烯-铋-Nafion层由氧化石墨烯、铋离子、Nafion均匀混合而成。
2.如权利要求1所述的改性氧化石墨烯复合修饰电极，其特征在于，所述氧化石墨烯-铋
-Nafion层中，氧化石墨烯：铋：Nafion的质量比为：4～5:1～2:1～2×103。
3.一种改性氧化石墨烯复合修饰电极传感器，其特征在于，包括权利要求1或2任一所述
电极。
4.一种权利要求1或2所述的电极的制备方法，其特征在于，包括：
将氧化石墨烯超声分散于含有铋的Nafion溶液中，得GO-Bi-Nafion悬浊液；
将GO-Bi-Nafion悬浊液均匀涂覆在经抛光、清洗、吹干处理后的玻碳电极表面，即得
GO-Bi-Nafion/GCE。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述GO-Bi-Nafion悬浊液中，氧化石墨烯；
铋：Nafion的质...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘秀玉，黄惠，
申请(专利权)人：山东省科学院新材料研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37