不锈钢针电极的表面改性及其在营养元素的电化学传感中的应用研究

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营养元素在海岸带生态系统中发挥着重要的作用,研究它们的浓度能对海岸带水质状况能够进行评估,对海岸带区域生态系统的安全以及人类健康提供科学的依据。不锈钢针电极因其尺寸小、制备简单、响应迅速、背景电流小和信噪比强等优点,展现出了优异的电化学传感性能,在营养元素检测方面展现出了广阔的应用前景。但裸不锈钢针电极由于灵敏度的限制,并不能直接将其应用于电化学检测中,因此需要功能材料的修饰来提高不锈钢针电极分析测定的选择性和灵敏度。本论文以不锈钢针电极作为基底电极,采用功能材料对电极表面进行修饰构建了新型的功能不锈钢针电极。采用SEM、XPS、EDS和电化学等手段对功能不锈钢针电极进行了表征,并对其检测性能进行了探索研究。主要研究内容如下:
  1.利用电沉积技术,在不锈钢针电极表面沉积一层改性材料(壳聚糖-聚乙烯吡咯烷酮)进行表面改性,利用改性材料的还原性,在电极表面自组装银纳米颗粒,构建银纳米颗粒修饰的不锈钢针电极,并对其用于NO3-和Cu2+的检测进行了探究。结果表明,改性材料不仅能显著增大电极的比表面积,而且由于其具有还原性,实现了银纳米颗粒在电极表面的自组装。聚合物包覆银纳米颗粒修饰不锈钢针电极对NO3-与Cu2+的检测展现出良好的催化性能,在优化条件下,用于NO3-检测的线性范围为0.005~2mM(R2?0.996),灵敏度为1.2μM,用于Cu2+检测的线性范围为20~500nM(R2?0.997),检出限为15nM。对于实际样品中NO3-的检测分析,聚合物包覆银纳米颗粒修饰的不锈钢针电极具有良好的性能。
  2.通过电化学刻蚀法制备了表面具有多孔结构的刻蚀不锈钢针电极,并采用电沉积法将金纳米粒子嵌入电极表面的孔中,制备了金纳米粒子修饰的刻蚀不锈钢针电极,并对其用于Cu2+的溶出伏安响应进行了研究。结果表明,刻蚀之后明显地增大了电极的比表面积,为保护金纳米粒子不脱落提供了多孔结构。同时,所制备的金纳米粒子修饰的刻蚀不锈钢针电极具有良好的结构稳定性和电化学传感性能,对Cu2+的检测展现出良好的催化性能,在优化条件下,用于Cu2+检测的线性范围为0.1~1000nM(R2?0.999),灵敏度为0.1nM。并且该电极在4mm的空间分辨率下成功应用于了沉积物孔隙水中Cu2+的直接检测分析,得到了沉积物孔隙水中铜离子的垂直浓度分布。
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