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重金属(砷、镉、铅等)污染严重威胁环境生态、食品安全和人类健康,发展灵敏、快速和简便的重金属分析检测新方法非常重要。深入研究无机砷的基本电化学行为及构建高敏检测痕量无机砷、铅、镉的新方法具有重要意义。本学位论文中,我们简要综述了砷、镉、铅等重金属的电化学分析研究及石英晶体微天平(QCM)技术在重金属的电化学研究方面的进展,采用电化学石英晶体微天平(EQCM)技术和阳极溶出伏安(ASV)技术在无机砷的电化学行为以及痕量无机砷、铅、镉的检测方面开展了以下研究:1.采用循环伏安(CV)技术对比研究了金和铂盘电极上As(III)的电化学行为。金电极上预富集的As(0)可电氧化溶出为As(III),As(III)进一步电氧化为As(V),得到比铂电极上更明显且尖锐的两个电氧化溶出峰。该双信号模式可用于金电极上As(III)的灵敏分析。研究了扫速对信噪比的影响,测算了电子转移系数(a)和电子转移表观速率常数(ks)。在最优条件下,As(III)在0.03~2.0mM浓度范围内,第一个阳极氧化峰电流(As(0)-As(III))与其浓度呈线性关系,检测下限为1.5 n M(S/N=3,下同);第二个阳极氧化峰电流(As(III)-As(V))与As(III)浓度也呈线性关系,检测下限为3 n M。这种高扫速双信号ASV模式抗干扰性能好,用于实际水样分析,结果满意。2.采用EQCM技术对比研究了As(III)在金和铂电极上的阴极富集与阳极溶出伏安行为,发现电极原位电生的氢气可化学还原As(III)和As(V),从而可增强As(0)的阴极富集、提高As(III)和/或As(V)的灵敏度。在0.5 M H2SO4溶液中,铂电极在-0.3 V富集时,通过As(III)的电还原和电生氢气的化学还原,可沉积三层As(0)。而在0.5 M H2SO4溶液中,金电极在-0.2 V下无氢气析出,只发生As(III)的电还原反应,当电极上金活性位点被As(0)覆盖后,不能进一步电沉积As(0),使得电极表面仅得到一个单层的As(0)。负移富集电位至发生轻微析氢,金电极表面还发生电生氢化学还原As(III)的反应,可沉积两层As(0)。尽管As(V)的直接电还原较难发生,但电生氢也能化学还原As(V),增大电极表面As(0)的阴极富集效率。基于电还原/化学还原As(III)和/或As(V),在金电极上实现了As(III)和/或As(V)的高敏双信号线性扫描阳极溶出伏安(LSASV)检测,检测下限分别为1 n M和5.4 n M。此法用于真实水样分析,结果满意。对As(0)电沉积的研究有助于更好地理解其他绝缘性薄膜的电化学沉积行为。3.采用恒电位电镀法制备金-铂双金属纳米材料修饰的玻碳电极(Au-Pt NPs/GCE),实现了As(III)的高敏LSASV分析。结合铂表面更容易电生氢和金表面As(0)溶出信号较大的优势,在0.5 M H2SO4水溶液中,通过Pt NPs上-0.1 V恒电位下电生的氢化学还原As(III),增强了As(0)的阴极富集,实现了As(III)在电极表面的灵敏检测。优化条件下,采用高扫速双信号ASV模式,在0.01~3.0mM浓度范围内,两个阳极氧化峰电流(As(0)-As(III)-As(V))均与As(III)浓度呈线性关系,检测下限分别为3.7 n M和6.0 n M。用于实际水样中的As(III)分析,结果满意。4.通过在金电极上双信号ASV法检测痕量As(III),以及在汞膜或者铋膜修饰的玻碳电极上ASV法检测痕量Cd(II)和Pb(II),在同一过程中实现了比汞或铋活泼的金属(负电位组:Cd(II)和Pb(II))和比汞或铋惰性的金属(正电位组:As(III))的同时检测。在两个独立电解池或同一个电解池中均可进行检测。与常规单通道阳极溶出伏安法相比,新法分析结果一致,检测更便捷。用于实际水样分析,结果满意。5.以SBA-15介孔分子筛为模板制备三维多孔的g-C3N4,负载粒径为100?200nm的花状金纳米粒子(Au NPs),制得Au NPs/g-C3N4纳米复合物,然后通过滴涂法制备纳米复合材料修饰的玻碳电极(Au NPs/g-C3N4/GCE),实现了As(III)的灵敏分析。与金纳米粒子修饰玻碳电极(Au NPs/GCE)比较,Au NPs/g-C3N4/GCE电极检测性能更好。在最佳条件下(0.5 M H2SO4中?0.45V下富集400 s),As(III)的线性检测范围为0.005?1.00?M,检测下限为2.9 n M。该电极用于实际水样分析,结果满意。6.采用浓硝酸辅助水热法处理低结晶度的锐钛矿Ti O2,制备了高结晶度的金红石相Ti O2纳米棒(TNRs)。该纳米棒形貌规整,特别是(002)晶面具有较高的暴露率。采用光诱导还原法,在TNRs表面原位还原HAu Cl4制备了Au NPs(1?5 nm)修饰的TNRs纳米复合物(Au NPs/TNRs),发现其在可见光下有较强的光催化能力。制备了Au NPs/TNR修饰的玻碳电极用于As(III)的灵敏检测。第一个阳极氧化峰电流(As(0)?As(III))与As(III)浓度在0.01?1.00?M浓度范围呈线性关系,检测下限为2.6 n M;第二个阳极氧化峰电流(As(III)?As(V))与As(III)浓度在0.05?1.00?M浓度范围呈线性关系,检测下限为20 n M。该法用于实际水样分析,结果满意。