一种用于检测重金属离子的电化学传感器的制备及分析方法技术

本发明专利技术提供了一种用于检测重金属离子的电化学传感器的制备方法，包括如下步骤：将多壁碳纳米管进行羧基功能化处理，再与氯化锆和2‑氨基对苯二甲酸原位合成，制得MWCNTs@UiO‑66‑NH2复合材料；将所制得的MWCNTs@UiO‑66‑NH2复合材料分散于N，N‑二甲基甲酰胺中，制得悬浮液，取悬浮液滴涂于玻碳电极的表面至所述玻碳电极的表面被悬浮液完全覆盖，将表面滴涂有悬浮液的玻碳电极置于干燥器中室温干燥得MWCNTs@UiO‑66‑NH2复合材料电化学传感器。本发明专利技术所制得的MWCNTs@UiO‑66‑NH2复合材料所制备的电化学传感器可实现对样品的超灵敏检测，同时使用本发明专利技术的分析方法可得到较为精确的分析结果。

【技术实现步骤摘要】
一种用于检测重金属离子的电化学传感器的制备及分析方法
本专利技术属于电化学传感器
，更具体涉及一种用于检测重金属离子的电化学传感器的制备方法。
技术介绍
目前重金属离子检测方法有原子吸收光谱法、原子荧光法、紫外可见分光光度法、电感耦合等离子体质谱法等。目前这些检测方法的样品预处理过程繁琐、操作复杂、仪器成本高。电化学分析法由于其灵敏度高，特异性好，样品消耗量小、简单快速等特点，成为一种极有竞争力的现场检测方法。金属有机框架(MOFs)作为一类新颖的晶体材料，具有非常高的比表面积和孔隙率，但是，其导电性能较差，限制了它在电化学传感方面的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种较为灵敏的用于检测重金属离子的电化学传感器的制备方法。根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于检测重金属离子的电化学传感器的制备方法，包括如步骤：将多壁碳纳米管进行羧基功能化处理，再与氯化锆和2-氨基对苯二甲酸原位合成，制得MWCNTs@UiO-66-NH2复合材料；将所制得的MWCNTs@UiO-66-NH2复合材料分散于N，N-二甲基甲酰胺中，制得悬浮液，取悬浮液滴涂于玻碳电极的表面至所述玻碳电极的表面被悬浮液完全覆盖，将表面滴涂有悬浮液的玻碳电极置于干燥器中室温干燥得MWCNTs@UiO-66-NH2复合材料电化学传感器。在一些实施方式中，所述多壁碳纳米管先与浓硝酸充分搅拌反应，再用去离子水清洗pH值为中性或弱酸性，将所得产品烘干，得羧基功能化的多壁碳纳米管。在一些实施方式中，所述MWCNTs@UiO-66-NH2复合材料通过无水乙醇洗涤。在一些实施方式中，所述玻碳电极的表面被磨成镜面。在一些实施方式中，表面被磨成镜面的所述玻碳电极通过无水乙醇和水超声进行清洗。一种分析方法，包括如下步骤：以MWCNTs@UiO-66-NH2复合材料电化学传感器为工作电极，以Ag/AgCl电极为参比电极，铂片电极为辅助电极，电化学测试在CHI852C电化学工作站上进行，其附属的计算机软件用作实验数据的采集和处理；在含有pH5.0的醋酸缓冲溶液的电解池中，用微量进样器取一定量的Pb2+标准溶液加入到电解池中，在-0.7V到-0.5V电位范围内进行差分脉冲扫描，记录差分脉冲伏安图，测量峰电流值。按上述方法加入不同浓度的Pb2+标准溶液，分别记录不同浓度的Pb2+标准溶液所对应的差分脉冲伏安图，且分别测量不同浓度的Pb2+标准溶液所对应的峰电流值，其线性范围为0.001-0.8μmolL-1，线性方程为：I＝8.16772C+0.00289(I:μA，C:μmolL-1)，相关系数是0.99967，检出限为0.0005μmolL-1，可得到相应电流与Pb2+浓度间的线性关系图。其有益效果为：本专利技术针对MOFs材料导电性能较差的缺点，将UiO-66-NH2和多壁碳纳米管(MWCNTs)通过异核化作用进行复合得到MWCNTs@UiO-66-NH2复合材料，由于MWCNTs的高导电性，以及UiO-66-NH2大的比表面积、高的孔隙率，两者发挥协同作用，使用该MWCNTs@UiO-66-NH2复合材料所制备的电化学传感器能够灵敏检测水溶液中的重金属离子。本专利技术所制得的MWCNTs@UiO-66-NH2复合材料所制备的电化学传感器具有多孔结构及其表面的氨基与铅离子形成配位键有利于更多的重金属离子富集于电极表面，MWCNTs@UiO-66-NH2复合材料同时具有大的比表面积以及良好的导电性。在醋酸缓冲溶液中，用差分脉冲伏安法进行测定，其响应电流随重金属离子浓度的增加而增大，利用电流信号的增大和重金属离子浓度的直接的线性关系，可实现对样品的超灵敏检测，同时使用本专利技术的分析方法可得到较为精确的分析结果。附图说明图1是本专利技术一种用于检测重金属离子的电化学传感器检测不同浓度的Pb2+标准溶液所对应的差分脉冲伏安图；图2为由图1所得的峰电流与不同浓度的Pb2+标准溶液间的线性关系图。具体实施方式下面结合具体实施例及其附图对本专利技术作进一步的说明。MWCNTs羧基功能化将多壁碳纳米管与浓硝酸在60℃充分搅拌反应12h，用去离子水离心清洗至pH值为中性或弱酸性，将所得产品放置于110℃烘箱干燥，得到羧基功能化的多壁碳纳米管。MWCNTs@UiO-66-NH2复合材料的制备称取0.2332g氯化锆，0.1812g2-氨基对苯二甲酸和0.11g羧基化的多壁碳纳米管，溶解于50mLN,N-二甲基甲酰胺中并放置于超声仪中超声30分钟使其分散均匀成溶液。将溶液转移至100mL聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中，在120℃真空条件下反应48h。待反应体系自然冷却至室温后取出，用无水乙醇进行离心洗涤3次，将样品置于100℃真空烘箱干燥8h，得到灰色固体。制备MWCNTs@UiO-66-NH2复合材料的悬浮液称取MWCNTs@UiO-66-NH2复合材料1.0mg超声分散于1.0mL的N,N-二甲基甲酰胺溶液中，得到MWCNTs@UiO-66-NH2复合材料的悬浮液。制备电化学传感器将直径为5mm的玻碳电极依次使用0.5μm和0.3μmα-Al2O3(Buehler)悬浊液在麂皮上将玻碳电极磨成镜面，分别用无水乙醇和水超声清洗，制得洁净的玻碳电极。取5μL上述悬浮液均匀滴涂于预处理好洁净的玻碳电极表面至玻碳电极的表面被悬浮液完全覆盖，然后置于干燥器中干燥，制得该电化学传感器。对上述所制备的基于MWCNTs@UiO-66-NH2复合材料的重金属离子电化学传感器的分析方法包括：以制得的MWCNTs@UiO-66-NH2电化学传感器为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极为辅助电极，电化学测试在CHI852C电化学工作站上进行，其附属的计算机软件用作实验数据的采集和处理。在含有10mLpH5.0的醋酸缓冲溶液的电解池中，用微量进样器取一定量的Pb2+标准溶液溶液加入到电解池中，在-0.7到-0.5V电位范围内进行差分脉冲扫描，记录差分脉冲伏安图，测量峰电流值。按此方法加入不同浓度的Pb2+标准溶液，记录不同浓度的Pb2+标准溶液所对应的差分脉冲伏安图，如图1所示。再根据下列线性方程绘制相应的电流与Pb2+浓度间的线性关系图，如图2所示。线性方程为：I＝8.16772C+0.00289(I:μA，C:μmolL-1)，相关系数是0.99967，检出限为0.0005μmolL-1，其线性范围为0.001-0.8μmolL-1。为了考察所提出的方法的有效性，本文通过湖水以及自来水样品进行加标回收实验分析。我们直接使用10mL样品溶液进行分析，用标准加入法加入已知浓度的Pb2+标准液进行验证。分析结果下表，可以得出回收率在97.5％-104.5％之间，证明了本文所提出的电化学检测方法的有效性和准确性。以上所述的仅是本专利技术的一些实施方式。对于本领域普通技术人员来讲，在不脱离本专利技术创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测重金属离子的电化学传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将多壁碳纳米管进行羧基功能化处理，再与氯化锆和2‑氨基对苯二甲酸原位合成，制得MWCNTs@UiO‑66‑NH2复合材料；将所制得的MWCNTs@UiO‑66‑NH2复合材料分散于N，N‑二甲基甲酰胺中，制得悬浮液，取悬浮液滴涂于玻碳电极的表面至所述玻碳电极的表面被悬浮液完全覆盖，将表面滴涂有悬浮液的玻碳电极置于干燥器中室温干燥得MWCNTs@UiO‑66‑NH2复合材料电化学传感器。

【技术特征摘要】
1.一种用于检测重金属离子的电化学传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将多壁碳纳米管进行羧基功能化处理，再与氯化锆和2-氨基对苯二甲酸原位合成，制得MWCNTs@UiO-66-NH2复合材料；将所制得的MWCNTs@UiO-66-NH2复合材料分散于N，N-二甲基甲酰胺中，制得悬浮液，取悬浮液滴涂于玻碳电极的表面至所述玻碳电极的表面被悬浮液完全覆盖，将表面滴涂有悬浮液的玻碳电极置于干燥器中室温干燥得MWCNTs@UiO-66-NH2复合材料电化学传感器。2.根据权利要求1所述的用于检测重金属离子的电化学传感器的制备方法，其特征在于，所述多壁碳纳米管先与浓硝酸充分搅拌反应，再用去离子水清洗至pH值为中性或弱酸性，将所得产品烘干，得到羧基功能化的多壁碳纳米管。3.根据权利要求1所述的用于检测重金属离子的电化学传感器的制备方法，其特征在于，所述MWCNTs@UiO-66-NH2复合材料通过无水乙醇洗涤。4.根据权利要求1所述的用于检测重金属离子的电化学传感器的制备方法，其特征在于，所述玻碳电极的表面被磨成镜面。5.根据权利要求4所述的用于检...

【专利技术属性】
技术研发人员：王璐，
申请(专利权)人：大丰跃龙化学有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32