四氧化三钴纳米片/氧化铟锡电极电化学检测Pb(II)的方法技术

本发明专利技术公开了一种四氧化三钴纳米片/氧化铟锡电极电化学检测Pb(II)的方法，属于二价铅离子的电化学检测技术领域。该方法所需的电化学传感器，其包括Co3O4/ITO工作电极、饱和甘汞参比电极、铂片对电极、反应池及电化学工作站，Co3O4/ITO工作电极是由电沉积‑退化处理方法制备所得，反应池中的电解液为醋酸‑醋酸钠缓冲液及含有Bi(III)的溶液，电化学方法采用差分脉冲伏安法(DPV)。本发明专利技术电化学传感器对Pb(II)的检测范围为1‑100μg L

Electrochemical detection of Pb (II) by four oxidized three cobalt nanosheets / indium tin oxide electrode

The invention discloses a method for electrochemical detection of lead (II) with cobalt trioxide nanosheet/indium tin oxide electrode, belonging to the technical field of electrochemical detection of divalent lead ions. The electrochemical sensors required for this method include Co3O4/ITO working electrode, saturated calomel reference electrode, platinum sheet pair electrode, reaction cell and electrochemical workstation. The Co3O4/ITO working electrode is prepared by electrodeposition and degradation method. The electrolyte in the reaction cell is acetic acid, sodium acetate buffer solution and solution containing Bi(III). The electrochemical method is differential pulse voltammetry (DPV). The detection range of the electrochemical sensor for Pb (II) is 1, 100, and G L.

【技术实现步骤摘要】
四氧化三钴纳米片/氧化铟锡电极电化学检测Pb(II)的方法
本专利技术涉及二价铅离子的电化学检测
，具体涉及一种采用四氧化三钴纳米片/氧化铟锡电极电化学检测Pb(II)的方法。
技术介绍
重金属离子由于其高毒性和潜在的致癌性，作为环境和人体健康的重要有害污染物已成为世界各国日益关注的焦点。铅离子(Pb(II))在饮用水中会产生甚至低浓度的健康问题，例如消化、心理和精神疾病，尤其是对老年人和儿童。现有技术中有关Pb(II)检测的分析方法有：离子体光谱发射光谱法、原子吸收光谱法和X射线荧光光谱法，但这些分析方法中对仪器的精密度要求高，成本高、程序复杂。相比之下，电化学方法，特别是阳极溶出伏安法分析，由于其灵敏度高，成本低，样品制备简单，分析速度快，便携性好，已成为检测痕量重金属离子最常用的方法之一。而应用电化学方法对重金属离子进行检测时，其工作电极作为电化学传感器的核心部件，决定着传感器的传感性能(检测限、稳定性、灵敏度和线性范围等)。因此，获得具有电催化活性高、分散性好和稳定性好的工作电极材料是获得稳定、高效的Pb(II)电化学传感器的关键。近十几年来，金属氧化物的研究在基础科学和工业技术方面取得了重大进展。四氧化三钴(Co3O4)纳米结构是非常有前景的金属氧化物材料之一，目前已经在电化学生物传感器，电致变色器件，超级电容器，电池等方面得到了广泛的应用。其中在电化学检测Pb(II)方面，CN106404862A公开了一种检测Pb(II)的电化学传感器的制备方法，不仅能够成功检测Pb(II)，而且具有灵敏度高、检测快速、稳定性好的特点，其采用的工作电极材料为表面涂有四氧化三钴还原氧化石墨烯复合材料，其在制备过程中需要添加有毒试剂水合肼且制备时间长；Yu等(XYu,QMeng,TLuo,YJia,BSun,QLi,JLiu,XHuang,ScientificReports3(2013)2886)采用水热法合成Co3O4纳米晶体，由于其稳定的电化学性能和较强的金属离子吸附能力，电化学检测Pb(II)具有较高的灵敏度，然而，Co3O4的水热合成方法比较复杂，而且需要有机添加剂。因此，有必要开发一种温和的，易于控制的方法来制备用于金属离子检测的Co3O4纳米结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种四氧化三钴纳米片/氧化铟锡电极电化学检测Pb(II)的方法，其中工作电极四氧化三钴纳米片/氧化铟锡制备方法简单，无需添加有机化学试剂，且其将金属氧化物和Bi结合，能准确、快速、可实时在线检测Pb(II)含量。为解决上述技术问题，本专利技术所需克服的技术难题主要有：如何确定工作电极四氧化三钴纳米片/氧化铟锡的制备方法、电化学检测方法。为了解决上述技术问题，本专利技术首先提供一种电化学检测Pb(II)的工作电极。一种电化学检测Pb(II)的工作电极，其包括Co3O4/ITO工作电极、饱和甘汞参比电极、铂片对电极、反应池及电化学工作站，所述的Co3O4/ITO工作电极是由电沉积-退化处理方法制备所得，所述的反应池中的电解液为醋酸-醋酸钠缓冲液及含有Bi(III)的溶液，所述的醋酸-醋酸钠缓冲液的pH值为5.0，所述的Bi(III)的浓度为400μgL-1。作为本专利技术的一个优选方案，所述的Co3O4/ITO工作电极的制备方法为：将硝酸钴在-0.9V恒电位下电沉积在ITO表面得到Co(OH)2纳米片，然后退火煅烧得到Co3O4/ITO电极。作为本专利技术的另一个优选方案，所述的Co3O4/ITO工作电极的具体制备方法为：对ITO进行预处理的步骤；在三电极体系中，以ITO为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂电极为对电极，在0.1MCo(NO3)2溶液中，在-0.9V下电化学沉积60s，得到Co(OH)2/ITO电极膜；将制得的Co(OH)2/ITO电极膜在马弗炉中以2℃min-1的速率从室温煅烧至300℃，并于300℃保持2小时，即得Co3O4/ITO电极。本专利技术的另一任务在于提供一种电化学检测Pb(II)的方法，其采用权利要求3所述的一种电化学检测Pb(II)的电化学传感器，所述方法依次包括以下步骤：a将Co3O4/ITO工作电极、饱和甘汞参比电极、铂片对电极分别连接到所述电化学工作站上，加载-0.9V的富集电位，富集时间200s，在反应池中设置磁子，通过所述磁子来控制搅拌速度，溶液中的Pb(II)在电场力的作用下，迁移到Co3O4纳米片表面，还原成金属单质，完成Pb(II)的富集；b对所述的电化学传感器进行抗干扰及稳定性测试，对Pb(II)进行检测；c停止搅拌步骤、静置，在Co3O4/ITO工作电极上加载正向扫描电压，扫描范围是-0.75～-0.45V，富集的铅单质转变成Pb(II)溶出，由电化学工作站记录电流-电压变化情况，得到电流-电压曲线，测定不同Pb(II)浓度下的DPV溶出峰电流值，以所述DPV溶出峰电流值对待测离子浓度绘制传感曲线图。与现有技术相比，本专利技术所带来的有益技术效果为：(1)本专利技术电化学传感器的制备方法非常简单，操作方便，制备成本低廉，低能耗，无需有毒、有机添加剂，该纳米片材料的高比表面积和金属氧化物特殊的结构可以有效吸附Pb(II)，因此可提高电化学检测重金属的线性范围和传感速度；结合原位镀铋方法，促进金属离子的成核过程并增强溶出峰值电流。(2)由于DPV的峰电位是以金属离子自身的氧化还原电位决定的，每种金属离子仅会存在一个峰电位，本专利技术的富集电位和溶出电位均以Pb(II)自身的氧化还原电位决定，因此，其他离子对本专利技术的检测不产生干扰。并且能够成功检测Pb(II)，而且还具有灵敏度高，检测快速、稳定性好等特点，所制备的纳米材料可用于自来水样中Pb(II)的含量测定；(3)WHO给出饮用水中铅含量可接受的最大浓度为10μgL-1，而利用本专利技术所述的传感器铅的最低检出限分别为0.51μgL-1，其检出限分别低于饮用水中铅含量可接受的最大浓度的20倍。(4)本专利技术方法无需对实际样品进行有机物氧化等预处理，操作简便电极可多次使用，节省成本。附图说明下面结合附图对本专利技术做进一步说明：图1为本专利技术制备的Co3O4纳米片的扫描电镜(SEM)图；图2为本专利技术制备的Co(OH)2和Co3O4的X射线衍射(XRD)图；图3为本专利技术制备的Co(OH)2和Co3O4的全反射红外(ATR-IR)谱图；图4为不同修饰电极ITO电极，Co(OH)2/ITO电极，Co3O4/ITO电极在pH＝5.0的醋酸-醋酸钠缓冲液中，添加400μgL-1Bi(III)、20μgL-1Pb(II)的DPV检测响应图；图5为Co3O4/ITO电极添加与不添加400μgL-1Bi(III)的DPV图；图6主要示出了pH值对Pb(II)的峰电流影响图；图7主要示出了Bi(III)浓度对Pb(II)的峰电流影响图；图8为电化学溶出Pb(II)后Co3O4/ITO电极的SEM图；图9为Co3O4/ITO电极的重复性检测图；图10为Co3O4/ITO电极的稳定性检测图；图11是Co3O4/ITO电极对不同浓度的Pb(II)的DPV图；图12是Co3O4/ITO电极对不同浓度的Pb(II)的线性关系图。具体实施方式本专利技术提出了一种四氧化三钴纳米片/氧化铟锡本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学检测Pb(II)的电化学传感器，其特征在于：其包括Co3O4/ITO工作电极、饱和甘汞参比电极、铂片对电极、反应池及电化学工作站，所述的Co3O4/ITO工作电极是由电沉积‑退化处理方法制备所得，所述的反应池中的电解液为醋酸‑醋酸钠缓冲液及含有Bi(III)的溶液，所述的醋酸‑醋酸钠缓冲液的pH值为5.0，所述的Bi(III)的浓度为400μg L‑1。

【技术特征摘要】
1.一种电化学检测Pb(II)的电化学传感器，其特征在于：其包括Co3O4/ITO工作电极、饱和甘汞参比电极、铂片对电极、反应池及电化学工作站，所述的Co3O4/ITO工作电极是由电沉积-退化处理方法制备所得，所述的反应池中的电解液为醋酸-醋酸钠缓冲液及含有Bi(III)的溶液，所述的醋酸-醋酸钠缓冲液的pH值为5.0，所述的Bi(III)的浓度为400μgL-1。2.根据权利要求1所述的一种电化学检测Pb(II)的电化学传感器，其特征在于：所述的Co3O4/ITO工作电极的制备方法为：将硝酸钴-0.9V恒电位下电沉积在ITO表面得到Co(OH)2纳米片，然后退火煅烧得到Co3O4/ITO电极。3.根据权利要求2所述的一种电化学检测Pb(II)的电化学传感器，其特征在于：所述的Co3O4/ITO工作电极的具体制备方法为：对ITO进行预处理的步骤；在三电极体系中，以ITO为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂电极为对电极，在0.1MCo(NO3)2溶液中，在-0.9V下电化学沉积60s，得到Co(OH)2/ITO...

【专利技术属性】
技术研发人员：于磊，崔鑫，岳向国，
申请(专利权)人：潍坊科技学院，
类型：发明
国别省市：山东,37