[發明專利]采用納米摻硼金剛石膜電極的電化學分析裝置及其應用

無效

• 申請號: 200710047798.5
• 申請日: 2007-11-05
• 公開（公告）號: CN101149356A
• 公開（公告）日: 2008-03-26
• 發明（設計）人: 趙國華;劉梅川;肖小娥
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01N27/48
• 分類號: G01N27/48
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司
• 代理人: 陳龍梅

技術領域

采用納米摻硼金剛石膜電極的電化學分析裝置及其應用，涉及一種電化學分析裝置，進一步涉及該裝置用于高靈敏檢測重金屬離子的方法。具體是采用納米摻硼金剛石膜電極為工作電極的三電極體系，結合陽極溶出伏安法或脈沖陽極溶出伏安法，高靈敏度檢測樣品中一種或多種痕量、超痕量重金屬離子的裝置，屬于納米材料、電化學分析與環境監測技術領域。

背景技術

重金屬離子，如Pb²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺、Cu²⁺、Cd⁶⁺、Mn⁵⁺、As³⁺、Fe³⁺等，一旦進入人體，危害健康，甚至生命。因此，重金屬的定量檢測在藥物、食品、臨床和環境監測等方面有著非常重要的意義。至今為止，已經有包括比色法、原子吸收光譜法和電化學溶出伏安法等多種測定金屬離子的方法。其中比色法因靈敏度低、重現性差、抗干擾能力低等，一般較少采用；原子吸收光譜法則因為樣品需要預處理，操作復雜，而且費用昂貴，難以大規模應用。電化學溶出伏安法的基本過程是采用控制電位電解法，維持電位在適當的條件下電解一定的時間，使溶液中的金屬離子富集在工作電極表面上，然后改變電極的電位，使富集在電極上的金屬重新溶出，根據溶出峰的峰電位和峰高對金屬離子進行定性和定量分析。雖然采用該電化學溶出伏安法對金屬離子進行檢測具有快速、簡單、成本低等優點，但是在以往使用電化學溶出伏安法時，通常使用含汞電極作為工作電極，包括懸汞電極、汞膜電極或者以銥或玻碳電極為基體的汞涂層電極等。含汞工作電極存在的主要缺點是：汞的處理比較難，費用比較高，更重要的是汞的毒性強。因此該方法在實際應用中受到很大的限制。

為此，尋找和發展一種無汞的、可替代該類含汞電極的新型工作電極具有重要的現實意義和廣泛的應用前景。然而，大量研究結果表明，常規電極材料如玻碳電極、石墨電極、鉑電極、金電極等由于受到其本身性能特點的限制均不能達到理想的應用效果。摻硼金剛石膜電極(Boron-doped?diamond電極，以下簡稱為BDD電極)是近年來倍受關注的一類新型碳電極，具有表面化學惰性好、背景電流低、吸附性小和電勢窗口寬等優異的電化學特性，在有機物降解、污染物分析以及生物傳感分析等眾多領域有良好的應用。將BDD電極應用于金屬離子的分析，能有效地避免含汞電極的弊端。在中國發明專利申請“采用導電金剛石涂覆電極的電化學分析法、以及基于它的電化學分析系統”(申請號為00104989.5，公開號為CN1278063A，公開日為2000年12月27日)公開了其裝置和方法，該裝置中的電解池設有兩個，一個包括測試對象溶液的電解池裝有活性電極(BDD電極)和反電極，另一個則置有參比電極。該BDD電極的制作是在高壓下，通過等離子體輔助CVD，用微波制備裝置，在硅氧烷基材上進行處理，在氫氣作用下成膜。該方法中金屬離子的測試包括將BDD電極進行電位掃描至負值(相比參比電極)，然后在-1.0V電位下保持5min，再以100mV/s掃描得到電流變化，由其中有明顯電流響應的峰電位分析得到該金屬離子為何種離子。由于該BDD電極沒有達到納米級，因此對金屬離子(如Pb²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺等)的檢測限并沒有突破其他電極的10^-6mol/L數量級。然而，在藥物、食品、臨床和環境監測等實際樣品中的金屬離子，尤其是那些對人體健康威脅嚴重的重金屬離子，通常濃度低于10^-6mol/L，而且研究表明，它們同樣會在人體中產生累積，最終造成對人體的危害。因此，發展痕量重金屬離子的高靈敏監測裝置與方法是相當重要的。

發明內容

本發明的目的是公開一種痕量重金屬離子的高靈敏定性定量檢測裝置，該裝置有效地避免了具有毒性的含汞電極的使用，較大程度地改善了常規BDD電極對于金屬離子檢測靈敏度不夠的缺點，達到10^-9mol/L數量級，并且對一種或多種痕量、超痕量重金屬離子分析重現性好。