一种用于铜、铁、锌离子混合溶液检测的电极组的制备方法技术

本发明专利技术为一种用于铜、铁、锌离子混合溶液检测的电极组的制备方法。该电极组由电极A、电极B和电极C三个相关联的光电化学检测电极组成，它们对铜、铁、锌离子表现出不同的光电化学性能，对于含有铜、铁、锌离子的混合溶液，不需要将各种金属离子分离，只要用这三个电极分别测试光电流变化，就可以得到每种金属离子的含量。本发明专利技术测试过程简单、快速、无污染，可测的金属离子浓度为0.1～100mM。

【技术实现步骤摘要】
一种用于铜、铁、锌离子混合溶液检测的电极组的制备方法
本专利技术属于分析检测
，特别涉及一种用于铜、铁、锌离子混合溶液检测的电极组的制备方法，该电极组由电极A、电极B和电极C三个电极组成。
技术介绍
铜、铁、锌等是常见的金属物质，由于铜、铁、锌等重金属的大量开采、加工和使用，以及它们的许多化合物的广泛应用，导致大量铜、铁、锌等重金属离子进入水体中，造成重金属离子污染，对人体健康、动物和植物等都会产生严重的危害。例如，铜是人类健康和许多生物组织的重要组成部分，这种微量营养元素在骨骼形成、细胞呼吸作用及血红蛋白、弹性蛋白的合成中起着至关重要的作用；但是，如果铜离子不能维持在适当的生理浓度时，会导致严重的综合症，比如骨质疏松症、Wilson病和阿尔兹海默病。铁元素在人体中具有造血功能，参与血蛋白、各种酶及细胞色素的合成，与人体能量代谢和免疫功能密切相关；人体内如果缺铁，会引起贫血症状，影响体内酶的各种功能及人体的生长发育；而铁的过量摄入则对人体有慢性毒害作用，会导致铁中毒，危及人体肝脏及心脏的正常功能。锌离子在生物体的正常生理活动中表现出了重要的作用，如细胞的分化与凋亡、基因信息的表达、神经信息的传递、生长素的调控以及生命系统的免疫功能等；人体中锌离子的代谢紊乱会造成免疫能力降低、老年痴呆症、皮肤炎症等病症。对铜、铁、锌等重金属离子进行检测，是防止和治理重金属离子污染的基础。检测重金属离子的方法有很多，例如，《AnalyticalChemistry》(2011，83，P3126-3132)报道了一种金属离子的检测方法，先采用湿化学法制备荧光素异硫氰酸酯掺杂的氧化硅纳米颗粒，然后将罗丹明B负载到荧光素异硫氰酸酯掺杂的氧化硅纳米颗粒上，制得氧化硅纳米颗粒基双荧光探针，用该荧光探针可以实现对Cu2+的检测。《AppliedSurfaceScience》(2019，487，P876-888)报道了一种金属离子的检测方法，先采用水热法制备Fe3O4纳米颗粒，然后通过湿化学法用氧化硅包裹Fe3O4纳米颗粒、得到Fe3O4@SiO2，最后将6-氨基-2-巯基苯并噻唑偶联负载到Fe3O4@SiO2上得到荧光纳米复合物，用该荧光纳米复合物可以实现对Fe3+的检测。《分析化学》(2018，46，P354-363)报道了一种金属离子的检测方法，该法合成了一种新的席夫碱荧光探针，用该荧光探针可以实现对Zn2+的检测。其它检测重金属离子的方法还有原子吸收光谱法、质谱法、分光光度法和化学分析法等等。在各种分析检测方法中，原子吸收光谱法和质谱法等需要昂贵、笨重、复杂的仪器，检测成本比较高，不易推广；荧光光谱法、分光光度法需要有机荧光剂和显色剂，化学分析方法需要用到许多化学试剂，它们除了步骤多、耗时长之外，还存在二次污染的问题。与上述方法相比，光电化学检测具有操作简单、成本低、检测速度快、无二次污染、容易实现微型化和自动化的特点，已有采用光电化学方法检测重金属离子的报道。例如，《Nanoscale》(2014，6，P1406-1415)报道了一种检测电极的制备方法，先采用热剥离方法制备石墨烯碳氮化物(GA-C3N4)，然后将GA-C3N4沉积到ITO玻璃片上制得ITO/GA-C3N4电极；《SensorsandActuatorsB》(2013，183，P601-607)报道了一种检测电极的制备方法，通过蒸发、化学沉积、热处理等工艺分别将SnO2和CdS沉积到FTO玻璃片上，制得FTO/SnO2/CdS电极；用这两个电极都可以实现对Cu2+的光电化学法检测。众所周知，废水中往往含有铜、铁、锌等多种重金属离子，在检测其中的一种金属离子时，其它金属离子会产生干扰作用，为了排除不同金属离子之间的相互干扰，经常需要先将这些金属离子分离，然后再分别对它们进行检测。例如，《皮革科学与工程》(2004，14，P26-30)报道了一种铜、铁、锌离子混合溶液中各离子浓度的检测方法，先通过低压离子色谱柱将溶液中的铜、铁、锌离子完全分离，然后以吡啶偶氮类有机物为显色剂，采用分光光度法分别测试铜、铁、锌离子的浓度。由于铜、铁、锌等不同重金属离子性质的相似性，要将它们完全分离开，是一件费力、费时的事情。因此，关于混合重金属离子溶液中各金属离子含量的检测存在分析步骤多、操作复杂、耗时长、成本高、准确性低和二次污染等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的为针对当前在检测含有铜、铁、锌离子重金属离子各个金属离子的含量时，通常需要将混合溶液中的金属离子完全分离，然后分别去测量其含量的不足，提供一种用于铜、铁、锌离子混合溶液检测的电极组的制备方法。该电极组由电极A、电极B和电极C三个光电化学检测电极组成，它们对铜、铁、锌离子有不同的光电流响应，对于含有铜、铁、锌离子的混合溶液，不需要将混合溶液中的各种金属离子分离，而是分别用这三个电极进行检测，根据它们的光电流变化，就可以得到目标混合溶液中的铜、铁、锌离子含量。该电极组可以简化检测工艺、缩短检测时间、降低成本以及避免二次污染。本专利技术的技术方案是：一种用于铜、铁、锌离子混合溶液检测的电极组的制备方法，该电极组由电极A、电极B和电极C三个电极组成，包括如下步骤：(1)电极A的制备方法：将清洗后的Ti片下端插入混合溶液中，Ti片为阳极，用Pt片作阴极，在温度为35～45℃、电压为35～45V的条件下阳极氧化2～4小时，在钛片表面原位生长氧化钛纳米管阵列薄膜，得到TNTA样片；反应结束后，经清洗，烘干，在430～480℃煅烧1～3h，得到煅烧后的TNTA样片；将煅烧后的TNTA放入聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，加入活化溶液浸没TNTA，在145～155℃水热反应5～7h，冷却、洗涤，室温晾干，即得电极A；其中，混合溶液的组成为氟化铵、蒸馏水与乙二醇，质量配比为：氟化铵：蒸馏水：乙二醇＝0.1～0.2：2.5～7.5：42.5～47.5；所述的活化溶液是含有5～10mM硫酸和0.05～0.1M硫酸钠的水溶液；(2)电极B的制备方法：先按照步骤(1)的工艺制备经过煅烧的TNTA样片，然后将其浸没在0.1～0.3MMnSO4溶液中8～12min，经冲洗后放入45～55℃0.1～0.3MKMnO4溶液中浸泡8～12min，再将样片放入去离子水中浸渍3～5min；进行上述“MnSO4溶液浸泡-KMnO4溶液中浸泡-去离子水浸泡”过程1～5次，得到MnO2/TNTA样片；将MnO2/TNTA样片用去离子水清洗干净，放入聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，加入去离子水将其浸没，在140～160℃水热反应15～20h，冷却、洗涤，室温晾干，即得电极B；(3)电极C的制备方法：先按照步骤(1)的工艺制备未煅烧TNTA样片，然后将其放入银离子溶液中浸泡8～12min，用蒸馏水洗去样片表面多余的溶液，并放入0.05～0.20MNaOH溶液中浸泡8～12min，最后将样片放入蒸馏水中浸泡3～5min；进行上述“银离子溶液浸泡-NaOH溶液中浸泡-蒸馏水中浸泡”过程1～5次；将浸泡处理后的样片用蒸馏水清洗干净本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于铜、铁、锌离子混合溶液检测的电极组的制备方法，其特征为该电极组由电极A、电极B和电极C三个电极组成，包括如下步骤：/n(1)电极A的制备方法：将清洗后的Ti片下端插入混合溶液中，Ti片为阳极，用Pt片作阴极，在温度为35～45℃、电压为35～45V的条件下阳极氧化2～4小时，在钛片表面原位生长氧化钛纳米管阵列薄膜，得到TNTA样片；反应结束后，经清洗，烘干，在430～480℃煅烧1～3h，得到煅烧后的TNTA样片；/n将煅烧后的TNTA放入聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，加入活化溶液浸没TNTA，在145～155℃水热反应5～7h，冷却、洗涤，室温晾干，即得电极A；/n其中，混合溶液的组成为氟化铵、蒸馏水与乙二醇，质量配比为：氟化铵：蒸馏水：乙二醇＝0.1～0.2：2.5～7.5：42.5～47.5；所述的活化溶液是含有5～10mM硫酸和0.05～0.1M硫酸钠的水溶液；/n(2)电极B的制备方法：先按照步骤(1)的方法制备经过煅烧的TNTA样片，然后将其浸没在0.1～0.3M MnSO

【技术特征摘要】
1.一种用于铜、铁、锌离子混合溶液检测的电极组的制备方法，其特征为该电极组由电极A、电极B和电极C三个电极组成，包括如下步骤：
(1)电极A的制备方法：将清洗后的Ti片下端插入混合溶液中，Ti片为阳极，用Pt片作阴极，在温度为35～45℃、电压为35～45V的条件下阳极氧化2～4小时，在钛片表面原位生长氧化钛纳米管阵列薄膜，得到TNTA样片；反应结束后，经清洗，烘干，在430～480℃煅烧1～3h，得到煅烧后的TNTA样片；
将煅烧后的TNTA放入聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，加入活化溶液浸没TNTA，在145～155℃水热反应5～7h，冷却、洗涤，室温晾干，即得电极A；
其中，混合溶液的组成为氟化铵、蒸馏水与乙二醇，质量配比为：氟化铵：蒸馏水：乙二醇＝0.1～0.2：2.5～7.5：42.5～47.5；所述的活化溶液是含有5～10mM硫酸和0.05～0.1M硫酸钠的水溶液；
(2)电极B的制备方法：先按照步骤(1)的方法制备经过煅烧的TNTA样片，然后将其浸没在0.1～0.3MMnSO4溶液中8～12min，经冲洗后放入45～55℃0.1～0.3MKMnO4溶液中浸泡8～12min，再将样片放入去离子水中浸渍3～5min；进行上述“MnSO4溶液浸泡-KMnO4溶液中浸泡-去离子水浸泡”过程1～5次，得到MnO2/TNTA样片；
将MnO2/TNTA样片用去离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵建玲，吴志刚，王西新，刘东鑫，朱淼，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12