新型纳米材料及离子载体化学修饰电极的制备及其在痕量重金属检测中的应用

随着工农业生产的迅速发展，重金属污染问题越来越严重。由于重金属能 够在土壤、水体等环境中不断积累，并且通过食物链而进入人体内蓄积，因此对 人类健康构成潜在的危害。当人体内重金属含量过量时，会导致各种疾病的发生。 所以对痕量重金属污染物进行监测和分析，在食品安全、临床诊断和环境监测等 方面具有重要的现实意义。因此，研究快速、准确、灵敏、方便的检测重金属的 新方法十分必要。 近年来，化学修饰电极由于能够赋予电极新的、特定的功能，在提高电化 学选择性和灵敏度方面有着独特的优越性，因而成为电分析化学领域研究的热 点，并且被广泛应用于重金属元素的测定。但是，由于电极材料的限制，灵敏度 虽然有所改进，却始终很难达到一个新的高度。要提高化学修饰电极对重金属检 测的灵敏度，必须加入一些辅助的方法。 最近，纳米材料在很多分析方法中得到广泛应用，这些材料表现出很多它 们在常规尺度时所没有的独特的性质，如量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应、 量子隧道效应以及介电限域效应等。因此，作为一种新型的电极材料在电化学检 测和分析方面受到人们的日益关注。由于纳米材料本身具有大的比表面积和高的 表面自由能，这种纳米材料修饰电极的灵敏度得到大幅度提高。 离子载体是一类具有一个特定空腔的大环分子，能够从溶液中实现对某一 特定离子的萃取使之进入到有机相中。离子载体是电位型传感器敏感膜中的核心 成分，尽管它具有很高的选择性，但是除了电位分析外，在其它方面的用途却很 少被关注，可能是由于其本身的非导电性能所致。本论文采用纳米材料所特有的 对重金属离子强大的吸附性能和离子载体优良的选择性，制备了纳米材料及离子 载体修饰玻碳电极并用来对实际水样中痕量的重金属进行检测。主要内容包括以 下几个方面： 1.制备新型碳纳米管/铋膜复合修饰电极，研究了重金属钴在电极上的电化 学性能。结果表明，这种新型复合修饰电极的灵敏度得到显著提高，能实现最低 检测限为8´10-11 M的钴的吸附富集溶出。 2.利用羟基磷灰石的强吸附能力和碳纳米管的优异电化学性能，制备了新型 新型纳米材料及离子载体化学修饰电极的制备及其在痕量重金属污染物检测中的应用 II 的碳纳米管-纳米羟基磷灰石的双纳米复合材料，并将其用于金属镉的富集溶出。 结果表明，双纳米复合材料具有比单一材料更优异的性能，更有助于金属镉的富 集溶出。采用碳纳米管-纳米羟基磷灰石的双纳米复合材料修饰电极，能实现最 低检测限为4´10-9 M的镉的富集溶出，灵敏度得到明显提高。 3. 将导电性好、抗氧干扰能力强的铋膜与对重金属具有良好选择性的离子 载体相结合，制备了基于铋膜/离子载体的新型修饰电极，研究了金属铅在其表 面的富集溶出。结果表明，这种新型修饰电极的灵敏度和选择性都大为提高，具 有更高的溶出峰电流和更好的抗干扰能力，可以实现最低检测限为4.4´10-11 M 的铅的富集溶出。 4. 利用羟基磷灰石的强吸附能力和其三维多孔结构、离子载体对重金属离 子优异的选择性以及Nafion 膜良好的离子交换作用和化学稳定性，制备了基于 纳米材料和离子载体的新型化学修饰电极。这种方法不仅有助于提高对金属铅的 选择性和灵敏度，而且大大提高了富集效率。采用该新型化学修饰电极，能够实 现最低检测限为1´10-9 M的铅的富集溶出。