电化学微传感器检测水中痕量铜离子

发布时间：2020-10-26 18:21

　　 为改善微电极在阳极溶出伏安法检测重金属离子过程中低电流响应和低电催化能力的缺点,提出了一种在碳纤维微电极表面合成还原氧化石墨烯/纳米金材料制得还原氧化石墨烯纳米金修饰碳纤维微电极(rGO/AuNPs CFMEs)的方法.通过SEM表征,所制备的rGO/AuNPs CFMEs具有比表面积高、吸附能力强和催化活性好的特点,因此改性微电极适合作为方波阳极溶出伏安法(SWASV)测定水中铜离子(Cu2+)的工作电极.在构建微传感器测试水中痕量铜离子系统后,对pH值、电导率、富集时间和富集电位等检测条件进行了优化.在pH值为4,电导率为36.1S/m,富集时间为360s,富集电位为-1.2V的最佳条件下,铜的线性范围和检出限分别0～1.0μmol/L和2.4nmol/L.此外,微传感器的可重复性、长期稳定性以及选择性也得到了验证.
【部分图文】：

2.1 修饰电极的表征结果分析通过场放射扫描电镜对制得的CFMEs、r GO CFMEs和r GO/AuNPs CFMEs进行形貌表征.如图1A所示,CFMEs表面基本光滑,直径为6.7μm.与之相比,CFMEs(图1B)的直径为16.3μm,是CFMEs的2.43倍,且表面有许多沟壑,这些沟壑扩大了电极的表面积.r GO CFMEs的形貌变化主要是因为碳纤维外紧密包裹了一层3D网状结构的石墨烯层,它是溶液中的氧化石墨烯经电化学还原在碳纤维上形成的.众所周知,氧化石墨烯包含各种含氧基团,如羟基、羧基和环氧基.在适当的负电位下,这些基团很容易被还原.同时,生成的石墨烯薄片因疏水性又极易沉积到CFMEs上[12].CFMEs表面大量的石墨烯片相互支撑,形成了3D网状结构.这种3D网状结构具有较大的比表面积和较强的热稳定性,同时具有相互连通的通道可以促进扩散和分子在网络中的吸附[28].如图1C所示,金字塔型的AuNPs分布在石墨烯层表面,该AuNPs是由电解液中的HAuCl4经电化学还原得到.该电极的直径为17.6μm,较rGO CFMEs略微增大.此外,电极表面沟壑更多,进一步扩大了电极的表面积.与此同时,AuNPs的加入提高了电极的导电性以及电催化能力.本文针对r GO/AuNPs CFMEs,进行了EDS分析,其结果如图1D所示,改性电极表层探测到的金元素进一步证实了修饰过程的成功.

如图5A所示,通过连续6次重复测量相同浓度Cu2+(0.5μmol/L)研究传感器的重复性,6次测量的溶出峰电流的相对标准偏差仅为1.84%,表明所制备的传感器具有良好的重复性.此外,还对改性电极的长期稳定性进行了研究,时隔3周测量相同浓度Cu2+(0.5μmol/L)的溶出峰电流的相对标准偏差为2.22%,表明电化学沉积在碳纤维微电极表面的r GO/AuNPs复合材料在3周内相对稳定.图5 r Go/Au NPs CFMEs的重复性、稳定性与选择性

图5 r Go/Au NPs CFMEs的重复性、稳定性与选择性此外,探究了K+,Ca2+,Na+,Mg2+,Fe3+,Co2+,Cd2+,Cl-,NO3-,SO42-对于检测结果的影响.结果如图5C显示,所有离子在50倍Cu2+(0.5μmol/L)浓度下对峰电流的影响均小于3%,表明高浓度的各种阳离子以及阴离子均未对Cu2+的检测造成干扰,进而表明rGo/AuNPs CFMEs对Cu2+具有良好的选择性.
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 彭劲骥;郑红;邹义松;刘国坤;袁东星;;基于电化学方法测定饮用水源水中的痕量铜离子（英文）[J];电化学;2019年06期

2 孟圆圆;魏凤;祁海平;;痕量铜离子的测定进展[J];广州化工;2015年12期

3 张文德，孙仕萍;催化动力学光度法测定痕量铜的研究[J];分析试验室;1994年03期

4 李燕;张新艳;张晓霞;;浊点萃取-原子吸收光谱法测定水和花粉中痕量铜、铅、镉[J];环境监测管理与技术;2016年03期

5 赵欢欢;张新申;曹凤梅;李辉;陈淑娟;;新型浓缩柱富集-流动注射光度法测定水中的痕量铜[J];分析试验室;2012年07期

6 刘永和;刘南辉;黄海燕;;胶束增敏催化分光光度法测定水中痕量铜[J];理化检验(化学分册);2010年09期

7 李磊,王彩凤,姜华铣;汽、水中痕量铜的测定—四(邻N—甲基烟酰胺基)苯卟啉分光光度法[J];武汉水利电力学院学报;1983年01期

8 胡平,张宇,钟明霞;石墨炉原子吸收光谱法测定水中痕量铜、铅、镉[J];云南环境科学;2005年03期

9 童忠尧;催化法测定火力发电厂循环水汽中的痕量铜[J];武汉水利电力学院学报;1982年03期

10 霍燕燕;陈家乐;杜宇凤;韩权;杨晓慧;;浊点萃取-石墨炉原子吸收光谱法测定环境水样中痕量铜[J];理化检验(化学分册);2017年08期

相关博士学位论文 前10条

1 许丹丹;离子液体功能化石墨烯负载钴镍阴极催化剂制备及其电催化降解PPCPs研究[D];北京林业大学;2018年

2 林雨蓉;氧化石墨烯改性材料与磷烯吸附剂的制备及其对废水中三价砷的去除与回收研究[D];厦门大学;2018年

3 郭贺;脉冲放电等离子体协同石墨烯-金属氧化物催化降解抗生素的研究[D];大连理工大学;2019年

4 代慧;氧化石墨烯降低砷毒性的机制研究[D];中国科学技术大学;2018年

5 江卢华;氧化石墨烯纳米材料对水体中雌二醇污染物的吸附行为机制研究[D];湖南大学;2018年

6 胡新将;磁性耦合氧化石墨烯衍生材料对多元组分中重金属离子的吸附机理研究[D];湖南大学;2015年

7 浦娴娟;石墨烯基复合材料的合成及敏感特性与机理研究[D];上海大学;2018年

8 王建;氧化石墨烯在水环境中絮凝行为及作用机制研究[D];华北电力大学(北京);2018年

9 董仕鹏;石墨烯在水生生物中的富集、净化及其随食物链传递规律研究[D];南京大学;2017年

10 武庭瑄;基于石墨烯-贵金属纳米复合材料电化学传感器的构建及应用[D];山西大学;2018年

相关硕士学位论文 前10条

1 杨静;环境中痕量铜、钴、镍的检测新方法研究[D];南华大学;2007年

2 李尧;氧化还原电位驱动下氧化石墨烯对铅吸附/解吸附特征研究[D];西安建筑科技大学;2019年

3 张欣;还原氧化石墨烯生物制备及其促进生物还原硝基苯研究[D];大连理工大学;2015年

4 黄运龙;基于金纳米粒子快速比色检测溴氰菊酯和百草枯的研究[D];安庆师范大学;2018年

5 杜茂;银和还原氧化石墨烯改性钒酸铋光催化材料研制及其光催化性能的研究[D];重庆大学;2017年

6 管鹏;水中重金属检测前处理方法及汞的快速检测技术研究[D];兰州理工大学;2019年

7 李豪;氧化石墨烯膜的盐差能转换研究[D];厦门大学;2019年

8 唐吉丹;氧化石墨烯-稻壳生物炭复合材料对水中六价铬的去除研究[D];厦门大学;2019年

9 宋彦;生物质基石墨烯功能材料的制备及其对水体中有机污染物的去除研究[D];山东大学;2020年

10 谭露;基于类石墨相碳化氮或石墨烯复合材料的制备及其性能研究[D];河南师范大学;2019年

本文编号：2857346