一種納米粗糙鉑電極及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及納米材料的制備、環(huán)境分析領(lǐng)域，具體涉及As (III)的電化學(xué)檢測領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 水體中砷污染已經(jīng)成為世界性問題，嚴(yán)重威脅人類健康。染料色素、殺蟲劑、除 草劑中的含砷化合物是水體中砷的主要來源。砷在水體中的主要存在形式為As (III)和 As (V)，其中As (III)因易于與人體中的新陳代謝酶結(jié)合而阻礙細(xì)胞呼吸，對人體毒害性較 大，是As (V)的60倍。2001年世界衛(wèi)生組織規(guī)定，水中砷的最高允許含量為lOPg/L。
[0003] 可用于水體中砷檢測的方法有電感耦合等離子法、原子吸收法、光譜法、原子熒光 光譜法和電化學(xué)法。其中，電化學(xué)檢測方法是利用電極將不同物質(zhì)發(fā)生的反應(yīng)產(chǎn)生的信號 轉(zhuǎn)換成電信號，從而確定物質(zhì)間進(jìn)行反應(yīng)的微觀過程，物質(zhì)含量等。電化學(xué)檢測具有設(shè)備攜 帶簡便、費用低廉、檢測效率高、靈敏度高、容易實現(xiàn)自動化等優(yōu)點從而在砷的在線檢測方 面具有較大的應(yīng)用價值。對于As(III)的電化學(xué)檢測，可以利用As(0)到As(III)的氧化信 號峰，也可以利用As(III)到As (V)的氧化信號峰電流來檢測。常用的電極有汞電極、金電 極、銀電極、鉑電極，對于As(0)到As(III)的檢測信號峰，金基電極相對比較靈敏，但是受 Cu(II)離子干擾比較嚴(yán)重。鉬基電極可以通過檢測As(III)至IjAs(V)的氧化信號峰，從而 避免Cu (II)離子對As (III)檢測的干擾。Compton等采用電沉積法制備了鉬納米粒子修飾 的玻碳電極，用線性掃描伏安法對As(III)進(jìn)行了檢測，檢測結(jié)果不受Cu(II)離子的干擾。 Arcos-Martnez等用納米鉬修飾的絲網(wǎng)印刷電極通過循環(huán)伏安法對As (III)進(jìn)行檢測。Jin 等將鉑沉積在氨丙基三甲氧基硅烷修飾的多孔氧化鋁模板上制備成鉑納米管序列電極，對 As (III)進(jìn)行檢測，該電極與納米鉑修飾電極、鉑片修飾電極相比，具有較好的響應(yīng)和較低 的檢測限。但是這些修飾電極制作過程相對繁瑣，要求嚴(yán)苛，電極修飾物牢度不夠，從而使 電極的使用壽命受到影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，通過簡便易行的直接電化學(xué)方法制備一 種納米粗糙鉑電極。該方法制備簡單、操作簡便、具有媲美鉑納米粒子修飾電極的性質(zhì)，電 極的壽命長、重復(fù)性好、可方便地更新再生電極的表面，能有效用于水中微量As (III)的定 量檢測，能有效克服Cu(II)離子對測定的干擾。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種納米粗糙鉑電極的制備方法，其特征在于以光亮鉑 電極為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，鉑片電極為對電極，組成三電極體系，在0.5 mol/L H2S04水溶液中采用方波脈沖法處理電極表面1~10s，所采用的方波參數(shù)為：頻率 1 kHz，方波上限為2. 2~2. 4 V，下限為-0. 4~-0. 2 V ;然后在-0. 2V電位下還原0. 5~ 5s，即得納米粗糙鉑電極。
[0006] 進(jìn)一步的方案為：所述的一種納米粗糙鉑電極的制備方法所制備的納米粗糙鉑電 極的應(yīng)用，其特征在于采用線性掃描溶出伏安法檢測痕量As (III)，其工作電極為納米粗糙 鉑電極，參比電極為飽和甘汞電極，對電極為鉑片電極，組成三電極體系，在〇. 1~1 mol/ LH2S04水溶液中用線性掃描溶出伏安法，據(jù)0. 85V處的檢測信號峰電流與濃度的對應(yīng)線性 關(guān)系，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，用于檢測水樣中痕量的As (III);實驗條件：沉積電位為-0. 4~0. 2 V，沉積時間為30~200s，掃描速率為100 mV/s，溶出電位為0. 4~1. 3 V。
[0007] 本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明制備的納米粗糙鉑電極，制備過程簡單，操作簡便， 易于更新再生電極表面，與光亮鉑電極相比，具有較好的電子轉(zhuǎn)移及催化能力。對水中痕量 As (III)的檢測具有良好的重現(xiàn)性、穩(wěn)定性、選擇性，和較寬的線性范圍（0. 4~80Mmol/L)， 較高的靈敏度（31.84 μΑ . Mmol L1 . cm 3的優(yōu)點。應(yīng)用該納米粗糙鉬電極可以方便、在 線、靈敏、快速地檢測水樣中痕量的As (III)。
【附圖說明】
[0008] 圖1為As (III)溶液在實施例1所得納米粗糙鉑電極上的線性溶出伏安曲線。
[0009] 其中曲線1為空白溶液，曲線2為含100 Mmol/L As (III)溶液的線性掃描溶出伏 安曲線。
[0010] 圖2為實施例2所得納米粗糙鉑電極的電子掃描顯微鏡表征。
[0011] 圖3為實施例2所得納米粗糙鉑電極在鐵氰化鉀溶液中的循環(huán)伏安曲線。
[0012] 其中曲線1和曲線2分別為光亮鉑電極和納米粗糙鉑電極在鐵氰化鉀中的循環(huán)伏 安曲線。
[0013] 圖4為As (III)溶液在實施例2所得納米粗糙鉑電極上的線性掃描溶出伏安曲 線。
[0014] 其中曲線1和曲線2分別為光亮鉑電極和納米粗糙鉑電極的線性掃描溶出伏安曲 線。
[0015] 圖5為不同濃度As(III)溶液在實施例3所得納米粗糙鉑電極上的線性掃描溶出 伏安法曲線，1 - 11 :0、0· 4、1、3、6、10、20、30、40、70、80 Mmol/L。
[0016] 圖6為圖5相應(yīng)的線性掃描溶出伏安曲線的峰電流與As(III)濃度的線性關(guān)系 圖。
[0017] 圖7為實施例4所得納米粗糙鉑電極的抗Cu(II)離子干擾測試結(jié)果。采用方法： 線性掃描溶出伏安法，條件：20 Mmol/L As(III)，l -6的Cu(II)離子濃度分別為0、20、 50、100、150、200 Mmol/L。
【具體實施方式】
[0018] 實施例1 本實施例為納米粗糙鉑電極的制備及對As (III)的電化學(xué)響應(yīng)。將光亮鉑電極依次 用0. 3和0. 05μπι的氧化鋁粉末進(jìn)行研磨，拋光至鏡面，放入超純水和乙醇中分別超聲5 min，接著將光亮鉑電極置于0. 5 mol/L H2S(VK溶液中，施加方波脈沖電勢，參數(shù)為：頻率1 kHz，電勢上下限分別為2.4 V、-0. 2 V，脈沖處理ls，處理過程有氣泡產(chǎn)生，電極表面變?yōu)辄S 褐色，然后在-0.2 V電位下還原電極表面5s，即得納米粗糙鉑電極。將該納米粗糙鉑電極 作為工作電極，以〇. lmol/L H2S(VK溶液作為介質(zhì)，分別對含砷的待測液及空白液進(jìn)行線性 溶出伏安掃描，實驗條件為：沉積電位-0.3 V，沉積時間為30 s，掃描速率為100 mV/s，溶 出電位為0.4V，結(jié)果見圖1。
[0019] 實施例2 本實施例為納米粗糙鉑電極的制備、電極的表征及電化學(xué)檢測As (III)。將光亮鉑電 極依次用0. 3和0. 05μπι的氧化鋁粉末進(jìn)行研磨，拋光至鏡面，放入超純水和乙醇中分別超 聲5min，接著將光亮鉑電極置于0. 5mol/L H2S(VK溶液中，施加方波脈沖電勢，參數(shù)為：頻 率1 kHz，電勢上下限分別為2.2 V、-0. 4 V，脈沖處理10s，處理過程有氣泡產(chǎn)生，電極表面 變?yōu)辄S褐色，然后在-〇. 2 V電位下還原電極表面0. 5s，即得納米粗糙鉑電極。將該電極用 電子掃描顯微鏡進(jìn)行表征，結(jié)果見圖2。將該納米粗糙鉑電極作為工作電極，在5 mmol/L 1^^化抑6與0. 1 mol/L KC1混合溶液中進(jìn)行循環(huán)伏安法掃描，結(jié)果見圖3。由表征結(jié)果可 知，納米粗糙鉑電極表面呈納米形態(tài)，具有較好的電子傳遞能力。將該納米粗糙鉑電極和光 亮鉑電極分