基于复合材料修饰电极的镉（II）离子检测方法及应用技术

本发明专利技术公开了基于复合材料修饰电极的镉(II)离子检测方法及应用，属于水质检测技术领域。本发明专利技术通过制备聚苯胺包裹石墨相氮化碳(PANI@g

【技术实现步骤摘要】
基于复合材料修饰电极的镉(II)离子检测方法及应用


[0001]本专利技术涉及水体检测
，尤其涉及基于复合材料修饰电极的镉(II)离子检测方法及应用。

技术介绍

[0002]近年来，随着社会的飞速发展，水环境中重金属污染也已成为一个全球性问题，重金属对生物体有毒，即使浓度很低，也会严重的危害人体的健康。因此，找到可靠且灵敏的检测水环境中的重金属的物质及方法是非常有必要的。
[0003]镉，重有色金属元素，镉及镉化合物是有毒有害水污染物名录中的一种，镉毒性较大，1993年国际癌症研究机构将镉列为人类致癌物。。
[0004]目前市面上对水环境中镉离子的测定通常是通过化学实验室中的分析仪器来实现，此方法虽然能获得较为准确的测量结果，但操作复杂，使用成本较高。因此，基于电化学工作站的电化学传感器便应运而生，相较于传统的实验室分析仪器，电化学工作站具有体积较小，检测时快速、准确，可以用于现场检测的优点，但是目前用于电化学检测的一般是三电极体系，检测时需要我们分别把不同电极放入有待检测物质的烧杯等容器中，测试时各电极容易碰壁，或引起短路，实际现场操作时，会给使用者造成较多麻烦与不便。为了解决上述问题，本专利技术提出了一种基于复合材料修饰电极的镉(II)离子检测方法以及与之相匹配的器件化传感器，能够更加方便、快捷的完成水环境中镉(II)离子的测定。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于复合材料修饰电极检测水环境中镉(II)离子的方法及在传感器制备过程中的器件化设计与应用，用于解决
技术介绍
中所提到的现有测定方法以及现有测定装置操作繁琐，使用不便的问题，本专利技术在体积更小、一体化程度更高的前提下，确保了测定结果的准确性和可靠性，同时还具有较低的检出限。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0007]基于复合材料修饰电极的镉(II)离子检测方法，具体包括以下步骤：
[0008]S1、玻碳电极(GCE)预处理：对裸玻碳电极(GCE)进行抛光处理，将直径为2～5mm的裸玻碳电极(GCE)表面打磨至镜面，放置真空箱中保存待用；
[0009]S2、制备PANI@g
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C3N4复合物：将制备好的石墨相氮化碳分散在盐酸中，搅拌，搅拌过程中缓慢滴加苯胺，接着加入过硫酸铵，进行搅拌、洗涤、去除杂质，获得聚苯胺包裹的石墨相氮化碳复合材料，即PANI@g
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C3N4复合物；
[0010]S3、制备PANI@g
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C3N4@GCE：将S2中所制得的PANI@g
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C3N4复合物滴涂到S1中预处理过的玻碳电极(GCE)表面，红外光下烘干或自然晾干，制得PANI@g
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C3N4@GCE；
[0011]S4、镉(II)离子测定及PANI@g
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C3N4@GCE界面表征：将S3中所制得的PANI@g
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C3N4@GCE作为工作电极，采用阳极溶出伏安法(DPASV)对待测溶液中的镉(II)离子进行测定；测定完成后，对PANI@g
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C3N4@GCE进行界面表征，证明修饰后电极的效果；
[0012]S5、实验条件优化及最佳实验参数确定：结合S4中的操作来设计对照实验，采用控制变量法，对镉(II)离子测定实验中PANI@g
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C3N4复合物修饰量、富集电位、富集时间以及溶液pH值进行优化，确定一组最佳实验参数；
[0013]S6、PANI@g
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C3N4@GCE镉(II)离子测定效果验证：基于S5中所得的能使PANI@g
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C3N4@GCE性能达到最优的实验条件下，将PANI@g
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C3N4@GCE作为工作电极，采用阳极溶出伏安法(DPASV)对自来水和地下水中的镉(II)离子进行测定；测定完成后，根据电流
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浓度线性方程，计算溶液中镉(II)离子的浓度，结合所得浓度数据，进一步计算得出镉(II)离子的加标回收率和标准偏差系数，验证PANI@g
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C3N4@GCE在实际水环境镉(II)离子测定的可靠性。
[0014]优选地，所述S1中提到的玻碳电极预处理操作，具体包括以下内容：
[0015]A1、将直径为2～5mm的裸玻碳电极(GCE)在乙醇溶液和去离子水中分别超声处理2～5分钟；
[0016]A2、分别使用直径为0.2～0.5μm的粗粒径Al2O3抛光粉和直径为30～70nm的细粒径Al2O3抛光粉对A1中处理过的裸玻碳电极(GCE)进行抛光处理，直至打磨成镜面，然后用去离子水将其冲洗干净；
[0017]A3、将冲洗干净的裸GCE依次在去离子水、乙醇、去离子水中各自超声处理5分钟，晾干后放至真空箱中待用。
[0018]优选地，所述S2中提到的PANI@g
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C3N4复合物的制备，具体包括以下内容：
[0019]B1、将制备好的200～400μg石墨相氮化碳分散在盐酸中，在超声清洗机中超声处理0.5～1.5小时；
[0020]B2、用磁力搅拌器对B1中处理过的石墨相氮化碳溶液进行搅拌，在搅拌过程中缓慢滴加20～40μL的苯胺；
[0021]B3、搅拌20～30分钟后，向溶液中加入0.100～0.200g过硫酸钠，然后再持续搅拌10～15小时；
[0022]B4、搅拌结束后，分别使用乙醇和去离子水洗涤3次，去除低聚物，最终获得聚苯胺包括的石墨相氮化碳复合材料，即PANI@g
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C3N4复合物。
[0023]优选地，所述S4中提到的对PANI@gC3N4@GCE进行界面表征，具体包括通过SEM进行形貌观察、通过CA进行亲水性分析、通过塔菲尔进行导电性分析以及通过XRD和FTIR进行元素成分、组成和结构分析。
[0024]本专利技术进一步的提出了PANI@g
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C3N4@GCE在制备水环境中镉(II)离子传感器中的应用。
[0025]基于复合材料修饰电极的镉(II)离子传感器，包括有储线桥架、电极固定装置和样品池，所述储线桥架顶端螺旋连接有接线端头，所述电极固定装置包括有连接管，所述连接管的顶端和底端均固定连接有螺纹管，所述连接管通过顶端螺纹管与储线桥架远离接线端头一端螺旋固定连接，所述连接管通过底端螺纹管与样品池的顶部螺旋固定连接；所述连接管的内部卡接有圆形固定块，所述圆形固定块上设置有三个固定孔，三个所述固定孔上分别插接有银/氯化银电极、铂丝电极和可更换式玻碳电极。
[0026]优选地，所述储线桥架采用聚四氟乙烯材料制成，用于放置与电极相连的线束；所述接线端头采用不锈钢材料制成，用于集中和固定储线桥架内的线束并实现与外部工作站
连接；所述样品池采用透明的聚碳酸酯材料制成，用于盛放待检测样品。
[0027]优选地，所述可更换式玻碳电极采用PANI@g
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于复合材料修饰电极的镉(II)离子检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1、玻碳电极预处理：对裸玻碳电极进行抛光处理，将裸玻碳电极表面打磨至镜面，放置真空箱中保存待用；S2、制备PANI@g
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C3N4复合物：将制备好的石墨相氮化碳分散在盐酸中，搅拌，搅拌过程中缓慢滴加苯胺，接着加入过硫酸铵，进行搅拌、洗涤、去除杂质，获得聚苯胺包裹的石墨相氮化碳复合材料，即PANI@g
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C3N4复合物；S3、制备PANI@g
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C3N4@GCE：将S2中所制得的PANI@g
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C3N4复合物滴涂到S1中预处理过的玻碳电极表面，红外光下烘干或自然晾干，制得PANI@g
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C3N4@GCE；S4、镉(II)离子测定及PANI@g
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C3N4@GCE界面表征：将S3中所制得的PANI@g
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C3N4@GCE作为工作电极，采用阳极溶出伏安法对待测溶液中的镉(II)离子进行测定；测定完成后，对PANI@g
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C3N4@GCE进行界面表征，证明修饰后电极的效果；S5、实验条件优化及最佳实验参数确定：结合S4中的操作来设计对照实验，采用控制变量法，对镉(II)离子测定实验中PANI@g
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C3N4复合物的修饰量、富集电位、富集时间以及溶液pH值进行优化，确定一组最佳实验参数；S6、PANI@g
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C3N4@GCE检测镉(II)离子的效果验证：基于S5中所得的能使PANI@g
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C3N4@GCE性能达到最优的实验条件下，将PANI@g
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C3N4@GCE作为工作电极，采用阳极溶出伏安法对自来水和地下水中的镉(II)离子进行测定；测定完成后，根据电流
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浓度线性方程，计算溶液中镉(II)离子的浓度，结合所得浓度数据，进一步计算得出镉(II)离子的加标回收率和标准偏差系数，验证PANI@g
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C3N4@GCE在实际水环境镉(II)离子测定的可靠性。2.根据权利要求1中所述的基于复合材料修饰电极的镉(II)离子检测方法，其特征在于，所述S1中提到的玻碳电极预处理操作，具体包括以下内容：A1、将裸玻碳电极在乙醇溶液和去离子水中分别超声处理2～5分钟；A2、分别使用粗粒径和细粒径Al2O3抛光粉对A1中处理过的裸玻碳电极进行抛光处理，直至打磨成镜面，然后用去离子水将其冲洗干净；A3、将冲洗干净的裸玻碳电极依...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛强，王荣，畅春文，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：