基于氮化碳电致化学发光检测铬含量的方法技术

本发明专利技术涉及基于氮化碳电致化学发光检测铬含量的方法。基于氮化碳电致化学发光检测铬含量的方法，其为：将氮化碳材料制成电级，作为电致化学发光体，加入共反应剂，加入待测样品溶液，进行ECL电化学检测，基于电致化学发光强度与Cr(VI)浓度的关系，检测得到检测样品溶液Cr(VI)的含量。本发明专利技术利用氮化碳C3N4化合物和六价铬之间的内滤效应使得C3N4的阴极电致化学发光发生猝熄的特性，建立起六价铬浓度和ECL强度之间的关系，由此实现了使用氮化碳材料构建电致化学发光法来对六价铬进行定量测定的目的。该方法用于检测环境中的六价铬高效，快捷，成本低，而且可以用于检测环境中的总铬和三价铬，具有实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
基于氮化碳电致化学发光检测铬含量的方法
本专利技术属铬含量检测领域，具体涉及基于氮化碳电致化学发光检测铬含量的方法。
技术介绍
在人类的生产生活中，工农业废水、生活污水的随意排放成为了全国性的环境问题，这些污水废水中含有大量的有毒污染物。其中最常见的就是重金属离子，重金属是指密度大于等于5g/cm3的金属，水体中的重金属离子主要来源于工业废水，而在这些金属离子中常见的重金属离子有Cu(II)、Pb(IV),As(III),Mo(VI),Cr(VI)。铬是一种重金属的化学物质，在元素周期表中的位置是，以-2价到+6价的价态存在，主要以FeCr2O4的形式存在与铬铁矿中。铬是地壳中存在最广泛的的元素之一，用途十分广泛，常应用于冶金、电镀、制革、制涂料、塑料、保护涂层和制陶业等等。铬元素主要以Cr(VI)和Cr(III)两种价态存在于液体环境中，它的毒性跟它的价态有密切关系。三价铬Cr(III)对人体是有益的，它是胰岛素作用和葡萄糖、脂质、蛋白质等新陈代谢的重要元素。相反，六价铬Cr(VI)是对人类身体有很高的毒性的，环境保护局将它定义为致癌物质。世界卫生组织规定地表水中的Cr(VI)的安全浓度为50μgL-1。气溶胶形式的Cr(VI)已经显示会导致慢性溃疡，皮炎，肺癌和甚至染色体畸变。因此准确的控制以及测量环境中六价铬的含量是十分重要的。到目前为止，已经开发了多种检测Cr(VI)的分析技术，例如光电化学，原子吸收光谱，荧光，电热蒸发-三重四电感耦合等离子体质谱(ETV-QQQ-ICP-MS)和电感耦合等离子体质谱联用等方法。但这些方法具有一定的局限性，如分离富集程序繁琐，成本高，耗时长等。因此，迫切需要一种简单，便宜且灵敏的快速预筛分Cr(VI)的分析方法。电致化学发光(ECL)是指某些具有电致化学发光活性的物质处在一定的电位时，与溶液中氧化还原物质发生反应生成不稳定的激发态，该激发态在跃迁回到基态时导致化学发光，当控制体系扫描电压和速率一定时，ECL信号强度和待测物的浓度呈现一定的线性关系。电致化学发光(ECL)被认为是一种简单，灵敏，低背景发射和由电化学反应触发的强大分析技术。电致化学发光法所发射的光和荧光是一种光，只是激发过程不同，由于其低背景发射，高灵敏度和简单的仪器要求等优点，越来越多科研工作人对它投入关注。石墨相的碳化氮(g-C3N4)是一种新型的电致化学发光体，是碳氮化物最稳定的同素异形体，具有典型的堆叠二维结构。近年来，g-C3N4由于其独特的电子性质，低毒性，低成本和中等带隙(2.7eV)的高稳定性而引起了全世界的研究兴趣。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于氮化碳电致化学发光检测铬含量的方法。该方法操作简单，成本低，能够实现铬含量的检测。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：提供一种基于氮化碳的电致化学发光检测铬含量的方法，将氮化碳材料制成电级，作为电致化学发光体，加入共反应剂，加入待测样品溶液，进行ECL电化学检测，基于电致化学发光强度与Cr(VI)浓度的关系，检测得到待测样品溶液Cr(VI)的含量。按上述方案，所述的氮化碳为中空氮化碳或金嫁接的中空氮化碳材料。按上述方案，所述中空氮化碳和金嫁接的中空氮化碳的制备方法：以SiO2为模板，制备三聚氰胺包裹的二氧化硅纳米球，通过灼烧得到氮化碳包裹的二氧化硅纳米球，然后浸洗去除二氧化硅模板，得到中空氮化碳；进一步地，在中空氮化碳中加入氯金酸前驱体，以化学还原的方法法制得金嫁接的中空氮化碳材料。按上述方案，所述的共反应剂为Na2S2O8，体系中共反应剂Na2S2O8的浓度为3-10mM。按上述方案，上述方法还包括加氧化剂将溶液中的三价铬转化成六价铬，完成对总铬的测定。进而在此基础上通过相减可从而得到溶液中三价铬的含量。所述的氧化剂可为30％的H2O2。按上述方案，测试前先将水样进行过滤：先用普通滤纸过滤两次，再用0.45μm的水相滤膜进行过滤两次，得到干净的水样备用待测。按上述方案，上述方法具体步骤如下：将氮化碳材料配成分散液，涂敷到玻碳电极上室温晾干过夜，获得氮化碳/GCE电极，作为电致化学发光体；然后将电极放在含有待测样品的PBS溶液中，加入共反应剂，进行ECL电化学检测，记录电致化学发光(ECL)强度，基于电致化学发光强度与Cr(VI)浓度的标准关系曲线，检测得到检测样品溶液Cr(VI)的含量。按上述方案，电致化学发光在室温下，含有待测样品的0.1MPBS(pH7.7)溶液中进行。按上述方案，在ECL电化学检测中，使用标准的三电极体系，以氮化碳/GCE作为工作电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，铂丝作为对电极，在一个固定的扫描速率下，在-1.3-0V进行循环伏安扫描，记录电致化学发光(ECL)强度。按上述方案，所述的扫描速率为50-300mVs-1。按上述方案，ECL信号记录在MPI-EECL分析仪上，测量期间光电倍增管(PMT)的电压设置为500V。按上述方案，该方法适用的Cr(VI)的检测范围为0.05-7000nM。按上述方案，电致化学发光强度与Cr(VI)浓度的标准关系曲线的获得方法：配制一系列浓度的Cr(VI)溶液：在含有5mMNa2S2O8的0.1MPBS(pH7.7)的缓冲溶液中加标法加入不同浓度的Cr(VI)溶液，使其浓度为0.05-7000nM，然后进行ECL电化学检测，分别记录不同浓度(C)下的ECL光强(I)；拟合获得电致化学发光强度与Cr(VI)浓度的标准关系曲线c(x，y)——x为Cr(VI)浓度的对数值，y为电致化学发光强度。按上述方案，对Cr(VI)浓度范围为0.05nM到1nM以及1nM到7000.0nM进行分段拟合，分别得到小浓度段电致化学发光强度与Cr(VI)浓度的标准关系曲线和大浓度段电致化学发光强度与Cr(VI)浓度的标准关系曲线。本专利技术利用氮化碳C3N4化合物和六价铬之间的内滤效应使得C3N4的阴极电致化学发光发生猝熄的特性，建立六价铬浓度和ECL强度之间的关系，由此实现了使用氮化碳材料构建电致化学发光法来对六价铬进行定量测定的目的，本专利技术中使用的氮化碳进一步优选中空氮化碳或金嫁接的中空氮化碳材料。该方法用于检测环境中的六价铬高效，快捷，成本低，而且可以用于检测环境中的总铬和三价铬，具有实际应用价值。本专利技术的效果和优点：1.本专利技术方法首次利用了g-C3N4材料来进行ECL实验，该材料尺寸小，性质稳定，并且发光效率高，光强稳定。对六价铬的检测最低浓度可以达到0.05nM，相比别的方法来说检测浓度要更低，灵敏度高。通过简单的氧化处理，还可以检测实际样中总Cr的含量。2.材料合成成本低，过程无毒环保，检测Cr过程简单，仪器设备经济，灵敏度高，背景干扰小，在实际样的检测中有应用价值。以下通过附图和实施例进一步对本专利技术进行说明。附图说明图1是不同材料修饰的电极的ECL-potential曲线；图2是Au/HCNS的ECL光谱和荧光光谱图；图3是Au/HCNS的ECL光谱和Cr(VI)的紫外可见吸收光谱；图4是Cr(VI)对Au/HCNS/GCE的电致化学发光响应；图5是Au/HCNS/GCE的稳定性；图6是Au/HCNS/GCE在实际样中的应用。具体实施方式本专利技术基于电致化学发光法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于氮化碳电致化学发光法检测铬含量的方法，将氮化碳材料制成电级，将电极作为电致化学发光体，加入共反应剂，加入待测样品溶液，进行ECL电化学检测，基于电致化学发光强度与Cr(VI)浓度的关系，检测得到检测样品溶液Cr(VI)的含量。

【技术特征摘要】
1.基于氮化碳电致化学发光法检测铬含量的方法，将氮化碳材料制成电级，将电极作为电致化学发光体，加入共反应剂，加入待测样品溶液，进行ECL电化学检测，基于电致化学发光强度与Cr(VI)浓度的关系，检测得到检测样品溶液Cr(VI)的含量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的氮化碳为中空氮化碳或金嫁接的中空氮化碳材料。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的共反应剂为Na2S2O8，系中共反应剂Na2S2O8的浓度为3-10mM。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：其还包括加氧化剂将溶液中的三价铬转化成六价铬，完成对总铬的测定，在此基础上通过相减得到溶液中三价铬的含量。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：具体步骤如下：将氮化碳材料配成分散液，涂敷到玻碳电极上室温晾干过夜，获得氮化碳/GCE电极，作为电致化学发光体；然后将电极放在含有待测样品的PBS溶液中，加入共反应剂，进行ECL电化学检测，记录电致化学发光强度，基于电致化学发光强度与Cr(VI)浓度的标准关系曲线，检测得到检测样品溶液Cr(VI)的含量。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所有电致化学发光均在室温下，在含有待测样品的0.1MPBS，pH7.7溶液中进行；在ECL电化学检测中，使用标准的三电极体系，以氮化碳/GCE作为工作电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，铂丝作为对电极，在一个固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚静鸣，张诗琴，
申请(专利权)人：华中师范大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42