[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于碳紙電極的層疊式電化學(xué)傳感裝置及其在重金屬檢測(cè)中的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210429577.9
• 申請(qǐng)日: 2022-04-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114923967B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龐月紅;楊秋鈺;沈曉芳
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江南大學(xué);徐州錫沂康成食品檢驗(yàn)檢測(cè)研究院有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01N27/30
• 分類(lèi)號(hào): G01N27/30;G01N27/48
• 代理公司: 哈爾濱市陽(yáng)光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 張勇

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于碳紙電極的層疊式電化學(xué)傳感裝置及其在重金屬檢測(cè)中的應(yīng)用，屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明選用碳紙CPE作為工作電極替代傳統(tǒng)的玻碳電極，并修飾AuNPs和Co?MOF?NHsubgt;2/subgt;，制備Co?MOF?NHsubgt;2/subgt;/AuNPs/CPE工作電極，構(gòu)建具有微型電解池而形成簡(jiǎn)易微場(chǎng)的層疊式電化學(xué)傳感裝置。本發(fā)明層疊式電化學(xué)傳感裝置用于金屬離子的檢測(cè)時(shí)顯著提高了Cdsupgt;2+/supgt;和Pbsupgt;2+/supgt;的響應(yīng)電流值，在濃度0.75?35μg/L范圍內(nèi)定量檢測(cè)Cdsupgt;2+/supgt;，檢出限達(dá)0.11μg/L；在濃度0.5?20μg/L范圍內(nèi)定量檢測(cè)Pbsupgt;2+/supgt;，檢出限達(dá)0.07μg/L。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于碳紙電極的層疊式電化學(xué)傳感裝置及其在重金屬檢測(cè)中的應(yīng)用，屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

重金屬主要指Pb、Cd、Hg以及類(lèi)金屬As等重元素，他們?cè)诃h(huán)境中主要以具有顯著生物毒性的離子形式存在。重金屬離子難以降解，且易隨食物鏈富集，從而導(dǎo)致環(huán)境污染和食品安全問(wèn)題。即便是極低劑量的重金屬離子，在人體長(zhǎng)期累積也會(huì)導(dǎo)致急性、慢性中毒，引發(fā)健康危害。因此，建立食品中痕量重金屬離子的靈敏檢測(cè)方法，并利用便攜式裝置實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，對(duì)于食品質(zhì)量評(píng)價(jià)、生態(tài)環(huán)境考查和人類(lèi)健康保護(hù)都有極其重要的意義。

傳統(tǒng)檢測(cè)重金屬的方法包括電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)、原子吸收光譜法(AAS)、原子發(fā)射光譜法(AES)。這些方法能準(zhǔn)確測(cè)定，但儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本造價(jià)高，難以實(shí)現(xiàn)微型化和便攜化。電化學(xué)法是利用物質(zhì)的電學(xué)及電化學(xué)性質(zhì)對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析的方法，儀器裝置操作方便，價(jià)格低廉，易于便攜化。如何提高微型電化學(xué)裝置的靈敏度，降低方法的檢出限，有利于實(shí)現(xiàn)重金屬離子精準(zhǔn)而便捷的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

功能性納米材料的修飾可以有效提高微型化電化學(xué)裝置對(duì)待測(cè)重金屬離子的靈敏度和選擇性。金屬有機(jī)骨架材料(Metal?organic?Framework，MOFs)由金屬簇和有機(jī)配體組裝而成，具有高表面積、多孔性、大孔體積、可調(diào)結(jié)構(gòu)和開(kāi)放的金屬位點(diǎn)等特性，在氣體/能量存儲(chǔ)、吸附、分離、傳感和催化等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注和應(yīng)用。但因MOFs材料有機(jī)配體的引入會(huì)降低其導(dǎo)電性，且在特定電勢(shì)下，金屬節(jié)點(diǎn)或有機(jī)配體會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致化學(xué)鍵斷裂和結(jié)構(gòu)坍塌，從而影響MOFs的穩(wěn)定性和降低其催化效果。因此迫切需要開(kāi)發(fā)具有優(yōu)良導(dǎo)電性能和電催化活性的MOFs材料，修飾于微型電化學(xué)裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬離子的超痕量檢測(cè)。

電極基質(zhì)是影響微型化電化學(xué)傳感器性能的另一要素。絲網(wǎng)印刷電極將三電極體系集成在一個(gè)2—3cm²的微小平面上，工作電極表面積約為0.12cm²，且電解液減少到100μL左右，這與傳統(tǒng)的基于玻碳電極的傳感器(有效電極面積0.07cm²，電解液使用量5—10mL)相比實(shí)現(xiàn)了裝置的微型化，但導(dǎo)電性和檢測(cè)靈敏度有所下降。因此，選擇具有高比表面積和強(qiáng)導(dǎo)電性的電極基質(zhì)，對(duì)進(jìn)一步提高微型化的電化學(xué)裝置性能和降低金屬離子檢出限具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問(wèn)題：

為了解決上述問(wèn)題，本研究制備碳紙電極(Carbon?paper?electrode,CPE)，在其上電沉積金納米粒子(AuNPs)，并滴涂修飾氨基功能化的鈷基MOF材料Co-MOF-NH₂，制成Co-MOF-NH₂/AuNPs/CPE工作電極；提供了一種利用扁平化電極和微米級(jí)自制電解池，層疊式搭建微型化電化學(xué)傳感裝置，用于痕量Cd²⁺和Pb²⁺的同時(shí)檢測(cè)。

技術(shù)方案：