[發明專利]一種水楊酸功能化石墨烯修飾電極及其重金屬檢測方法

有效

• 申請號: 201310711704.5
• 申請日: 2013-12-18
• 公開（公告）號: CN103675065A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 王會才;趙修青;姚曉霞;馬振華;張金聰
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30;G01N27/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及屬重金屬檢測和電化學分析技術領域，具體地說，涉及一種水楊酸功能化石墨烯修飾電極的制備及其重金屬檢測方法。

背景技術

重金屬具有極大的生物毒性，富集在人體內會造成極大的危害，高靈敏、快速、精確的檢測是重金屬防治的前提，受到了國內外研究者的強烈關注。目前，常規的重金屬檢測技術包括石墨爐原子吸收光譜法、火焰原子吸收光譜法、原子熒光光譜法等。其中火焰原子吸收法操作簡單、分析速度快、測定高濃度元素時干擾小，信號穩定，但檢測限較高，不適用于較低濃度重金屬檢測；石墨爐原子吸收法進行分析時靈敏準確，選擇性好，但基體干擾嚴重；電感耦合等離子體質譜法的分析靈敏度高，選擇性好，能同時分析多種元素，但價格昂貴，易受污染，同時這些方法都難以滿足快速檢測的需求。

電化學法溶出伏安法檢測重金屬具有分析快速、靈敏、成本低廉等特點，已得到了廣泛應用。在溶出伏安法檢測重金屬過程中，重金屬離子快速、高效富集到電極表面是其關鍵，因此電極修飾材料至關重要。石墨烯是一種新型的納米材料，具有優異的電子傳遞效應、較大的比表面積、較高的電催化活性，已廣泛應用于微納電子器件、新型復合材料、傳感器材料等領域。化學還原法制備的石墨烯通常帶有很多功能基團，例如羥基、羧基等，這些功能基團不僅非常有利于金屬離子的吸附和聚集，而且為功能化改性提供了活性位點。

近幾年，利用螯合功能基團與金屬離子形成螯合物來吸附、富集重金屬的技術迅速發展。水楊酸是一種常見的螯合劑，可以多種重金屬形成絡合常數較高的金屬螯合物，已廣泛應用于重金屬離子的吸附、去除研究。本發明將石墨烯優異的優異特性與氨基水楊酸對重金屬鎘離子的高親和力相結合，將水楊酸功能化石墨烯應用于電極表面修飾，采用電化學差分脈沖溶出伏安法能實現現場水樣中重金屬離子的檢測，該方法具有合成簡單、快速的有點，基于此的重金屬檢測方法具有靈敏度高、重現性好、線性范圍寬、檢測限低等特點。

發明內容

為了克服現有痕量重金屬檢測方面存在的不足，本發明的目的是提供水楊酸功能化石墨烯修飾玻碳電極的制備及其痕量重金屬檢測方法，是以水楊酸功能化石墨烯修飾的玻碳電極為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，鉑片電極為輔助電極，采用差分脈沖溶出伏安法實現對水樣中痕量重金屬鎘離子的現場快速檢測。

本發明所采用的技術方案如下：

首先采用Hummer法制備氧化石墨烯，在堿性條件下，將氧化石墨烯與5-氨基水楊酸反應，制備水楊酸功能化石墨烯。將水楊酸功能化石墨烯通過超聲分散制成分散液，取一定量的分散滴涂在玻碳電極表面，自然晾干后，采用差分脈沖溶出伏安法，以水楊酸功能化石墨烯修飾玻碳電極為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極、鉑片電極為輔助電極，在磷酸鹽緩沖溶液中檢測痕量重金屬鎘離子。

水楊酸功能化石墨烯修飾電極的制備及其重金屬檢測方法，包括以下步驟：

電極制備過程：

(1)水楊酸功能化石墨烯的制備

a.采用Hummer法制備氧化石墨烯；

b.將上述產物與5-氨基水楊酸在堿性條件下反應，制備水楊酸功能化石墨烯；

(2)將水楊酸功能化石墨烯通過超聲分散配制成0.1～1mg／mL的溶液；

(3)取3～15μL上述溶液滴涂在打磨拋光至鏡面的玻碳電極表面；

(4)電極在室溫下晾干后制成工作電極。

檢測過程：

(1)測試底液

選用磷酸鹽緩沖溶液為測試底液，溶液pH為3.0～8.0；

(2)富集

富集電位選擇-1.3～-1.0V，沉積時間100～500s，平衡時間5～40s；

(3)溶出

采用差分脈沖溶出伏安法，設定初始電位-1.2～-1.0，終止電位-0.5～-0.2，電位增量0.0002～0.006V，脈沖幅度0.001～0.004V，脈沖寬度0.05～0.2s，記錄溶出伏安曲線。

本發明的優點是：

1)石墨烯比表面積大、表面活性位點多、官能團豐富，即有利于重金屬離子的吸附富集，又有利于表面功能化修飾；

2)在堿性條件下可實現石墨烯的水楊酸功能化、維持石墨烯分散效果以及提高石墨烯導電性，避免使用有毒的還原劑還原氧化石墨烯，簡化了制備步驟；

3)利用水楊酸與鎘離子之間的絡合作用，提高了靈敏度；

4)本發明提供的電極修飾方法簡單、快速、易操作，測試方法具有靈敏度高、線性范圍寬、檢測限低等優點，且具有良好的穩定性和重現性。

附圖說明