一种碳材料修饰的工作电极检测微量及痕量砷和重金属的电化学方法技术

本发明专利技术涉及一种碳材料修饰的工作电极检测微量及痕量砷和重金属的电化学方法，属于食品、卫生、环境监测等相关领域。本发明专利技术主要是利用常见碳材料如石墨、炭黑、活性炭等碳材料来修饰工作电极，通过阳极溶出伏安法对微量及痕量砷和重金属离子进行定量分析测定。本发明专利技术的工作电极仅需要用碳材料涂覆在电极表面便可以直接测试，添加微量nafion或者在待测溶液中添加适量的铋离子，可大幅度提高工作电极的灵敏度。电极修饰材料价廉易得，修饰过程简单快捷，可同时快速检测一种或多种微量及痕量砷和重金属离子，灵敏度高，性能稳定，检出限低，有非常好的推广应用前景，本发明专利技术提出的碳材料是电化学方法快速检测微量及痕量砷和重金属的实际工作电极涂覆材料的首选。

Electrochemical method for detecting trace and trace arsenic and heavy metal by working electrode modified with carbon material

The invention relates to an electrochemical method for detecting trace and trace amounts of arsenic and heavy metals by a carbon material modified working electrode, and belongs to the related fields of food, sanitation, environmental monitoring and the like. The invention mainly utilizes the common carbon materials such as graphite, carbon black, activated carbon and other carbon materials to modify the working electrode. Quantitative analysis and determination of trace and trace amounts of arsenic and heavy metal ions are carried out by anodic stripping voltammetry. The working electrode of the present invention only need to use the carbon coating on the surface of the electrode can be directly tested, adding trace Nafion or by adding an appropriate amount of bismuth ions in the solution to be measured, can improve the sensitivity of the working electrode greatly. Electrode material is cheap, the modification process is simple and quick, and rapid detection of one or more micro and trace arsenic and heavy metal ions, high sensitivity, stable performance, low detection limit, have very good prospects for promotion and application of carbon material of the present invention is the actual working electrode coating material for rapid detection of Trace Arsenic heavy metals and electrochemical methods preferred.

【技术实现步骤摘要】
一种碳材料修饰的工作电极检测微量及痕量砷和重金属的电化学方法
本专利技术涉及食品、卫生、环境等电化学分析检测领域，特别是涉及一种碳材料修饰的工作电极检测微量及痕量砷和重金属的电化学方法。
技术介绍
重金属污染直接危害人体健康，并导致环境质量恶化，尤其是其中铅、汞、镉、铬以及类金属砷等五种危害最大。电化学检测重金属元素相对于原子吸收光谱法、原子荧光法、紫外可见分光光度法、X射线荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法等其他方法来说，具有设备简单，操作方便，灵敏度高等优点，在食品、卫生、环境等领域有着重要的应用价值。目前用于电化学检测砷及重金属的专利中，有用海藻酸功能化石墨烯（CN104391030B）、环糊精/石墨烯纳米复合物（CN103235019B）、镀有示膜的工作电极（CN103592356A）、氮掺杂碳纳米管响应膜的工作电极作为工作电极（CN103954667A）、沉积聚苯肢和2–巯基乙炕磺酸钠的有序介孔碳（CN103983681A）、Nafion–碳纳米管混合物（CN102135518A）、氮掺杂石墨烯修（CN105067691A）、金–硒复合纳米材料（CN103675059B）、改性氧化石墨烯（CN105717174A）、巯基修饰的汞特异性寡核苷酸（CN102706940A）等材料来修饰工作电极的。不难发现，这些专利技术提供的工作电极负载的有效成分要么材料价格相对较高，要么工作电极的制备过程相对复杂、繁琐，这些因素都制约了电化学方法检测微量乃至痕量砷及重金属元素的应用推广普及。本专利以石墨、炭黑、活性炭等常见碳材料来修饰工作电极分析检测微量及痕量砷及重金属元素，所用材料价廉易得，修饰过程简单快捷，灵敏度高，性能稳定，有很强的推广应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对目前电化学方法检测微量及痕量砷和重金属过程中，工作电极选择的实际应用存在的不足，提供一种碳材料修饰的工作电极检测微量及痕量砷和重金属的电化学方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种碳材料修饰的工作电极检测微量及痕量砷和重金属的电化学方法，包括所述工作电极为石墨、炭黑、活性炭中一种或者多种组合，制备方法如下:一定质量的碳材料加入到乙醇、异丙醇或水等溶剂中超声分散，室温干燥后即可进行测试，继续滴加微量nafion到工作电极表面或者上述碳材料溶液中分散，或者在待测离子溶液中添加铋离子，均可以提高检测范围。碳材料在电极上的负载量0.5ug～100ug，优选5～50ug。滴涂DuPont5%nafion溶液或者加入到溶液中继续分散以及待测溶液中加入Bi3+离子均可显著提高检测范围，nafion溶液的滴涂量为0.1～10uL，优选1～3uL；nafion溶液的加入量为1～1000uL/mL待测液，优选：1～10uL/mL待测液，优选50～500uL/mL待测液；检测溶液中Bi3+离子与待测元素的摩尔的比例为0.1～1000，优选2～200。所述的电化学检测方法的电极体系包括两电极或三电极体系。所述的电化学分析方法采用溶出伏安法包括差分脉冲溶出伏安法、方波溶出伏安法、线性扫描溶出伏安法等相关方法。所述的检测范围为微量及痕量砷和重金属。其中，重金属优选铅、铬、汞、镉、铜、锌。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、工作电极涂覆材料来源丰富，容易获得，价格低廉，并且工作电极制备过程简单，仅需要将石墨、炭黑、活性炭等在乙醇、异丙醇或水等溶剂中分散后滴涂到抛光后的工作等电极上干燥后即可。2、适当添加微量nafion在制备好的工作电极上，以及在待检测物质的溶液中适当加入一定量的Bi3+，可以显著提高检测范围和灵敏度。3、电化学测试过程简单，测试时间短，稳定性和重现性好，可同时检测几种元素。能够解决电化学方法快速检测微量及痕量砷和重金属的实际应用问题。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工作电极制备：5mg炭黑加入到2mL的乙醇中超声分散40分钟，密封保存待用。每次使用前超声分散均匀，用微量进样器抽取6uL即15ug的悬浮液滴加到抛光后玻碳电极表面，室温静置干燥后滴加2uL的杜邦膜溶液（DuPont5%nafion溶液）至电极表面，自然干燥后待用。电化学检测采用差分脉冲溶出伏安法，参数如下：富集电位–0.8V，富集时间700s，缓冲溶液为PH=4.5的乙酸/乙酸钠溶液。加入Bi3+离子与待测铅离子摩尔比为20时，碳黑修饰的工作电极在检测重金属铅时，铅离子的浓度与溶出峰电流线性范围宽，灵敏度高。实施例2工作电极制备：20ug石墨粉的异丙醇溶液滴涂到抛光后的玻碳电极上，继续滴加2uL的DuPont5%nafion溶液到电极表面，自然干燥后待用。电化学检测采用差分脉冲溶出伏安法，设置参数同实施例1。加入Bi3+离子与待测铅离子摩尔比为50时，碳黑修饰的工作电极在检测重金属铅时，铅离子的浓度与溶出峰电流线性范围宽，灵敏度高。。实施例3工作电极制备：20ug活性炭的异丙醇溶液滴涂到抛光后的玻碳电极上，继续滴加3uL的DuPont5%nafion溶液到电极表面，自然干燥后待用。电化学检测采用方波溶出伏安法，主要参数设置如下：富集电位–0.8V，富集时间700s，频率15Hz，振幅0.025V，增益0.004V，缓冲溶液为PH=4.5的乙酸/乙酸钠溶液。加入Bi3+离子与待测铅离子摩尔比为50时，碳黑修饰的工作电极在检测重金属铅时，铅离子的浓度与溶出峰电流线性范围宽，灵敏度高。实施例4工作电极制备：25ug炭黑的乙醇溶液滴涂到抛光后的玻碳电极上，继续滴加2uL的DuPont5%nafion溶液到电极表面，自然干燥后待用。电化学检测采用方波溶出伏安法，主要参数设置同实施例3。加入Bi3+离子与待测铅、铬离子摩尔比为50时，碳黑修饰的工作电极在检测重金属铅时，铅、铬离子的浓度与溶出峰电流线性范围宽，灵敏度高。实施例5工作电极制备：5mg炭黑加入到2mL的乙醇中超声分散30分钟，加入150uL的DuPont5%nafion溶液，继续超声30分钟，密封保存待用。每次使用前超声分散均匀，用微量进样器抽取3uL即7.5ug的悬浮液滴加到抛光后玻碳电极表面，室温静置自然干燥后待用。电化学检测采用差分脉冲溶出伏安法，主要参数设置如下：富集电位–1.2V，富集时间180s，缓冲溶液为PH=5.0的乙酸/乙酸钠溶液。加入Bi3+离子与待测铅离子摩尔比为10时，碳黑修饰的工作电极在同时检测重金属铅、镉时，两种重金属离子的浓度与溶出峰电流的线性范围宽，灵敏度高。本专利技术制备的工作电极的测试重复性、重现性以及稳定性好，测试前电极不需要电化学活化，测试方便，不同离子同时检测时，重金属离子间互相干扰小，适合同时在线监测多种重金属离子。以上所述仅为本专利技术的实施例，并非因此限制本专利技术的专利范围，凡是利用本专利技术说明书所作的等效配方或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
，均同理包括在本专利技术的专利保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳材料修饰的工作电极检测微量及痕量砷和重金属的电化学方法，其特征在于工作电极的碳材料为石墨、炭黑、活性炭中的一种或者多种结合，所述工作电极的制备方法如下:石墨、炭黑、活性炭中的一种或者多种结合加入到乙醇、异丙醇或水等溶剂中超声分散，密封保存备用。

【技术特征摘要】
1.一种碳材料修饰的工作电极检测微量及痕量砷和重金属的电化学方法，其特征在于工作电极的碳材料为石墨、炭黑、活性炭中的一种或者多种结合，所述工作电极的制备方法如下:石墨、炭黑、活性炭中的一种或者多种结合加入到乙醇、异丙醇或水等溶剂中超声分散，密封保存备用。2.根据权利要求1所述的一种碳材料修饰的工作电极检测微量及痕量砷和重金属的电化学方法其特征在于碳材料修饰的工作电极可在两电极或三电极体系使用。3.根据权利要求1或2所述的一种碳材料修饰的工作电极检测微量及痕量砷和重金属的电化学方法其特征在于电化学分析方法采用溶出伏安法，包括差分脉冲溶出伏安法、方波溶出伏安法、线性扫描溶出伏安法、循环伏安法中的一种或者多种组合。4.根据权利要求1、2或3所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢瑞刚，兰翠玲，周伶俐，范方方，杨途才，谭宏宇，
申请(专利权)人：百色学院，
类型：发明
国别省市：广西,45