金、铂基纳米修饰电极的制备及其对水中砷(Ⅲ)、铬(Ⅵ)的检测

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水中重金属污染严重影响人类健康,其中砷、铬的污染更是引起了广泛的关注,准确、简便地检测As(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)对评估其在水中的生态危害性有重要意义。因此,亟需发展实时、便携的小型仪器以适应对砷、铬污染的场地性实时监测的需求。电化学法具有操作简便、灵敏、仪器易于微型化等优点而在实时在线检测、场地监控等方面有很好的应用前景。本文基于金、铂对As(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)的电催化活性,探索通过简便的电化学方法制备纳米级粗糙Pt电极,另外以粗糙Pt电极及具有独特结构和电催化性能的石墨烯为载体电沉积纳米金,考察这三种修饰电极对水中As(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)高灵敏、高选择性检测的可行性。具体内容如下:1.电化学粗糙Pt电极用于水中As(Ⅲ)的检测采用方波脉冲法制备了纳米级粗糙Pt电极,探究了As(Ⅲ)在粗糙Pt电极上的电化学行为。用扫描电镜、循环伏安法和交流阻抗对粗糙Pt电极的形貌及电化学性质进行了表征,优化了粗糙Pt的制备条件和As(Ⅲ)的电化学检测条件。结果表明:Pt电极经粗糙后,电极的表面积及导电性明显增大,电催化性能明显提高。在最优条件下,即粗糙时间为3 s,电解质为0.1 mol L-1 H2SO4,预富集电位为-0.1 V,预富集时间为100 s,扫描速率为250 mV s-1,得到As(Ⅲ)的浓度与0.86 V处As(Ⅲ)?As(V)的氧化峰电流在0.480μmol L-1范围内呈良好的线性关系,检测限为0.076μmol L-1(S/N=3),加标回收率在95.4%105.0%之间。粗糙Pt电极制备简单、易于更新、寿命长,且对Cu(II)具有较强的抗干扰能力,可用于实际样品的检测。2.As(Ⅲ)在纳米金修饰粗糙铂电极上的电化学研究采用恒电位沉积法在粗糙铂电极表面沉积纳米金,得到纳米金修饰粗糙铂电极(Au/RPE),探究了As(Ⅲ)在Au/RPE上的电化学行为。用扫描电镜及循环伏安法对Au/RPE的形貌和电化学性质进行了表征,优化了As(Ⅲ)的检测条件。结果表明:Au/RPE体现了粗糙铂、纳米金的复合优势,在Au/RPE上既可以利用As(Ⅲ)?As(0)的还原峰,也可以通过As(0)?As(Ⅲ)的氧化峰来实现As(Ⅲ)的灵敏检测。在最优条件下,即电解质为0.1 mol L-1 H2SO4,检测方法为方波溶出伏安法,预富集电位及时间分别为-0.3 V,120 s,As(Ⅲ)的浓度与0.05 V处As(0)?As(Ⅲ)的氧化峰电流在0.14μmol L-1范围内呈良好的线性关系,检测限为0.03μmol L-1(S/N=3),加标回收率在94.0%104.0%之间;在电解质为0.1 mol L-1 H2SO4,检测方法为方波伏安法的条件下,As(Ⅲ)的浓度与-0.05 V处As(Ⅲ)?As(0)的还原峰电流在0.59μmol L-1的范围内呈良好的线性关系,检测限为0.17μmol L-1(S/N=3),加标回收率在96.0%102.0%之间。Au/RPE利用As(Ⅲ)与As(0)之间的氧化和还原峰均能实现As(Ⅲ)的有效检测,具有良好的稳定性和重现性,可用于实际水样中痕量As(Ⅲ)的灵敏检测,其中利用还原峰电流检测As(Ⅲ)具有更强的抗Cu(II)干扰的优势。3.电化学法直接制备石墨烯/纳米金复合膜修饰电极及用于水中Cr(Ⅵ)的检测采用循环伏安法还原氧化石墨烯和恒电位电沉积纳米金,直接制备石墨烯/纳米金复合膜修饰电极(ERGO/Au),探究了Cr(Ⅵ)在此修饰电极上的电化学行为。用扫描电镜、循环伏安法、交流阻抗对修饰电极的形貌及电化学性质进行了表征,优化了修饰电极的制备条件及Cr(Ⅵ)的电化学检测条件。结果表明:ERGO/Au修饰电极具有较大的电活性表面积和较高的电催化性能。在最优条件下,即金的沉积电位及沉积时间分别为-0.4 V和120 s,氧化石墨烯的滴涂量为3μL,电解质为0.1 mol L-1 HCl,检测方法为线性扫描伏安法,所得线性范围为1100μmol L-1,检测限为0.3μmol L-1(S/N=3),加标回收率在95.3104%之间。该电极制备过程简单,具有良好的重现性、稳定性和选择性,可用于实际样品的检测。
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