非汞绿色同时检测水体中多种重金属离子的方法技术

本发明专利技术提供一种“非汞绿色同时检测水体中多种重金属离子的方法”，采用电分析化学原理，根据重金属离子的性质，建立同时检测多种重金属离子的高灵敏度、高可靠性、高分辨率的重金属离子检测方法；为了克服传统汞膜电极机械性能差，而且具有毒性以及对环境的二次污染等难题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电化学检测领域。
技术介绍
电化学分析法在环境监测中的应用非常普遍[1]，但多是单一常规分析方法，如电位法、电导法、库仑法、溶出伏安法、ORP、COD、BOD的测定等。近期，Christidis等[2,3]报道了一种现场重金属离子的电化学测量仪器，可以测定铅、镉、锌、镍、铜、汞等重金属离子。Yun等[4]报道了一种小型无线遥控的电化学环境监测系统，可以监测现场水体中重金属离子污染情况。潘跃峰等[5]研制了水污染动态实时监测的便携式电子舌分析仪，邹绍芳[6]等也报道了一种基于微电极阵列的自动环境监测电子舌，用于测定锌、镉、铅、铜、锰和砷等重金属离子。上述研究大多基于汞膜电极阳极溶出伏安法原理。由于汞是剧毒的，使用汞会造成二次污染，所以近年人们研究使用非汞溶出伏安技术，包括铋膜电极[7]、锑膜电极[8-9]、镓膜电极[10]以及合金电极[11]等。特别是铋基电极，由于其低毒、廉价、稳定、电位范围宽，是汞基电极最合适的替代品。2000年Wang等[12]首次提出铋膜电极溶出伏安法，便立即引起学术界的极大关注[13-14]。近十年来关于铋膜电极测定环境水质重金属离子的研究工作越来越广泛和深入[15-17]。Li等[18]研究了用铋膜电极同时测定环境水体中Cr(VI)、Pb(II)和Cd(II)，检测限分别为5.27、2.47和1.39ppb；Hwang等[19]以Bi粉在碳电极上形成纳米Bi颗粒测定了微量Pb(II)和Cd(II)，检测限分别为0.41和0.49mug/L；Rico等[20]、Hwang等[21]、Kadara等[22]及Chuanuwatanakul等人[23]研究了丝网印刷(Screen-Printed)Bi膜电极的制备以研制小型便携式重金属离子分析仪，而Kokkinos等[24-25]则研究了一次性使用的Bi膜电极重金属离子传感器的制备方法，检测限达到数十ppb。为了提高铋膜电极的检测灵敏度，Xu等[26]使用多壁碳纳米管研制了MWCNTs-Nafion/Bi复合电极，对Pb、Cd的检测限分别达到25和40ng/L；Nunes等[27]探讨了铋膜电极的电沉积条件；Alberich等[28]研究了溶出峰分裂的影响因素；Hwang等[29]制备的丝网印刷碳纳米管-Bi膜修饰电极，对Pb、Cd、Zn的检测限分别为1.3、0.7和12ug/mL；Cao等[30]研制的Bi膜修饰参杂氟石的碳糊电极，对Cd(II)和Pb(II)的检出限分别低至0.08和0.10ug/mL；Lee等[31]制备的Bi纳米粉电极，对Cd和Zn的检出限为0.15和0.07ug/mL；deCarvalho等[32]用汞膜电极和必膜电极同时测定了高盐溶液(海水、热流体以及透析浓缩液)中的Cd(II),Pb(II),TI(I),Cu(II)；另外Kachoosangi等[33]用热解石墨铋膜电极测定了河水中的Cd(II),Pb(II)。铋膜电极已经被成功地用于微电极阵列[34]。为了解决铋膜电极表面活性物质的吸附污染问题，提高电极使用的稳定性，高分子聚合物被用来作为铋膜电极的保护膜，使金属离子选择性通过，另外，最近两年来，各种金属纳米粒子也越来越多地被用于改善铋膜电极的灵敏度和稳定性[35-53]。
技术实现思路
本专利技术提供一种“非汞绿色同时检测水体中多种重金属离子的方法”，采用电分析化学原理，根据重金属离子的性质，建立同时检测多种重金属离子的高灵敏度、高可靠性、高分辨率的重金属离子检测方法；为了克服传统汞膜电极机械性能差，而且具有毒性以及对环境的二次污染等难题。本专利技术的技术特点：(1)解决了多种重金属富集过程中的共存离子的干扰问题。(2)同一电极上同时检测几种重金属离子，需要保证电化学信号不产生重叠现象。本专利技术的有益效果：本专利技术所提出的非汞绿色同时检测水体中多种重金属离子的方法，既可用于重金属污染的常规监测，又可用于非管网供水地区、突发水污染事件发生现场对水质重金属进行快速检测，是对现有水质监测体系的有益补充，并能够在突发水污染事件时，实现实时远程传输，便于相关部门及时作出准确判断和制定应急处理方案。与现有水环境中电化学重金属检测和监测方法相比，具有以下3点有益效果：(1)采用了非汞绿色重金属检测电极，避免了传统汞电极对被测水体的二次污染。(2)采用功能化超细纤维富集-洗脱体系，解决多种重金属同时检测中相互干扰问题。(3)综合使用了溶出伏安、方波伏安、脉冲伏安、循环伏安以及恒电位等多种电化学方法实现同一电极上同时检测几种重金属离子。【具体实施方式】步骤一：原始水体样本的预处理，即，原始样本经活性炭吸附过滤后，由功能化超细纤维薄膜富集其中的重金属离子，然后再将金属离子洗脱，形成待测溶液。步骤二：电极预处理，将干净的铜电极在静止的镀铋液中阳极极化数秒钟，产生的铜离子在没有离开电极表面以前，迅速改变电位极性，使铜离子与铋离子共沉积在铜电极表面形成合金层,此操作过程我们称为“扩散层电镀”(platingindiffusionlayer)。然后开启搅拌器，继续镀膜，在合金层上继沉淀一层铋膜。步骤三：定量检测，采用标准添加法对待测溶液中的重金属进行定量检测，根据不同重金属离子具有不同溶出电位的原理，实现多种重金属的同时检测。【参考文献】[1]杜宝中，环境监测中的电化学分析法，化学工业出版社，北京，2003[2]ChristidisK,RobertsonPKJ,GowKSetal.Aciditycompensationofelectrochemicalmeasurementsforon-sitemonitoringofheavymetals.TransInstMeasControl,2006,28(4):323-333[3]ChristidisK,RobertsonP,GowKetal.On-sitemonitoringandcartographicalmappingofheavymetals.InstrumSciTech,2006,34(5):489-499[4]YunKS,GilJ,KimJetal.Aminiaturizedlow-powerwirelessremoteenvironmentalmonitoringsystembasedonelectrochemicalanalysis.SensActuatB,2004,102(1):27-34[5]潘跃峰,吝涛,付静等,水污染动态实时监测的便携式电子舌分析仪，微纳电子技术，2007,(7-8):351[6]邹绍芳,范影乐,王平，基于微电极阵列的自动环境监测电子舌的设计，仪器仪表学报，2007,28(9):1641[7]KokkinosC,EconomouA.Strippinganalysisatbismuth-basedelectrodes.CurrentAnalChem,2008,4(3):183-190[8]TesarovaE,BaldrianovaL,HocevarSBetal.Anodicstrippingvoltammetricmeasurementoftraceheavymetalsatantimonyfilmcarbonp本文档来自技高网...

【技术保护点】
非汞绿色同时检测水体中多种重金属离子的方法，包括三个主要步骤：1)原始水体样本的预处理，即，原始样本经活性炭吸附过滤后，由功能化超细纤维薄膜富集其中的重金属离子，然后再将金属离子洗脱，形成待测溶液；2)电极预处理，将干净的铜电极在静止的镀铋液中阳极极化数秒钟，产生的铜离子在没有离开电极表面以前，迅速改变电位极性，使铜离子与铋离子共沉积在铜电极表面形成合金层，然后开启搅拌器，继续镀膜，在合金层上继沉淀一层铋膜；3)定量检测，采用标准添加法对待测溶液中的重金属进行定量检测，根据不同重金属离子具有不同溶出电位的原理，实现多种重金属的同时检测。

【技术特征摘要】
1.非汞绿色同时检测水体中多种重金属离子的方法，包括三个主要步骤：1)原始水体样本的预处理，即，原始样本经活性炭吸附过滤后，由功能化超细纤维薄膜富集其中的重金属离子，然后再将金属离子洗脱，形成待测溶液；2)电极预处理，将干净的铜电极在静止的镀铋液中阳极极化数秒钟，产生的铜...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾芸芳，范清杰，
申请(专利权)人：南开大学，天津艾利安电子科技有限公司，天津市兰力科化学电子高技术有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12