[发明专利]一种羟丙基壳聚糖/碳纳米管修饰的电化学传感器的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器及其应用，更具体地说，是涉及一种羟丙基壳聚糖/碳纳米管修饰的电化学传感器及其应用。

背景技术

铅是一种能在人体和动物组织中蓄积的有毒金属，在重金属污染中，铅尤为突出，毒性很大，铅及其化合物是一种不可降解的污染物，并经过食物链的富集进入人体，铅对人体的影响是全身的、多系统的，其中对神经系统、血液系统和造血系统危害最大，它能导致贫血、神经机能失调和肾损伤，对儿童往往会造成不可恢复的大脑损伤。我国卫生标准规定，在地面水及生活饮用水中，含铅量不能超过0.05mg/L，因此，对废水中铅的含量的检测具有十分重要的意义。

目前，测定铅离子的方法有分光光度法、石墨炉原子吸收光谱法、催化示波极谱法、化学发光分析法等，这些方法大多样品处理过程繁琐，涉及贵重的仪器和复杂的操作。

碳纳米管是一种新型的纳米材料，由于管壁中存在大量的拓扑缺陷，它的表面本质上比其它的石墨变体具有更大的反应活性；由于管壁弯曲，碳纳米管中电子传递更快；管壁上较易修饰上羧基等功能基团，而这些基团能有效降低某些反应的过电位，这些独特的电子特性将使它有望成为新型传感器器件。用碳纳米管对电极表面进行修饰时可将本身的物化特性引入界面，同时也拥有纳米材料的大比表面积，粒子表面带有较多的功能基团，从而对某些物质产生良好的吸附和催化作用，因此是一种优良的电极修饰材料。然而由于碳纳米管管间具有很强的范德华力，极易团聚，不溶于水和一般的有机溶剂，将其直接用于电化学传感器(修饰电极)十分困难。

壳聚糖是一种天然多糖，它的分子内既有亲水基团和疏水基团又有具有配位能力的-NH₂，-OH，因此它不仅可以吸附金属离子还可以吸附非金属物质，像多氯联苯、蛋白质、核酸、卤素、邻苯二甲酸等；壳聚糖中的自由氨基可从溶液中结合H⁺成为带正电荷的壳聚糖聚电解质而溶解，但壳聚糖本身不溶于水和一般的有机溶剂，大大限制了其应用范围。

发明内容

为了克服现有铅离子检测技术的不足，本发明的目的在于提供电化学传感器在检测废水中铅离子中的应用，以玻碳电极为工作电极，玻碳基底表面涂覆有羟丙基壳聚糖/碳纳米管响应膜，它具有检测灵敏度高的优点。

为了实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种羟丙基壳聚糖/碳纳米管修饰的电化学传感器的应用，所述电化学传感器以玻碳电极为工作电极，于玻碳电极表面涂覆有羟丙基壳聚糖/碳纳米管响应膜，所述的电化学传感器可用于检测废水中铅离子含量。

测定步骤如下：将待测废水盛于容量瓶中，以乙酸一乙酸钠缓冲溶液为电解液，放入电解池中，以羟丙基壳聚糖/碳纳米管修饰玻碳电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂电极为辅助电极；进行扫描；

每次扫描结束，将三电极置于空白底液(乙酸-乙酸钠缓冲溶液)中循环扫描至无峰，用二次蒸馏水冲洗，滤纸吸干后即可进行下一次扫描，实验均在室温下进行；

测定铅离子的最佳条件：测定介质醋酸盐缓冲液pH＝4.8；富集电位-1.0V；富集时间180s；扫描速度100mV.s^-1；

测定方法：循环伏安法，电位扫描范围-1.0～0V，扫描速度100mV.s^-1。

所述的电化学传感器，包括玻碳电极、电极引线和外表面的绝缘层，玻碳电极表面涂覆有响应膜；所述的玻碳电极由玻碳基底，与玻碳基底相连的电极引线和绝缘层组成；玻碳基底表面涂覆有羟丙基壳聚糖/碳纳米管响应膜。绝缘层设置于电极引线的未涂覆响应膜的外表面。

所述的工作电极的制备方法为：将碳纳米管和羟丙基壳聚糖加到体积分数为1％～5％的醋酸溶液中，使碳纳米管在溶液中的含量为0.1g/L～0.5g/L，羟丙基壳聚糖在溶液中的含量为0.005g/mL～0.01g/mL；利用超声分散法对上述溶液进行超声处理，得到均一的羟丙基壳聚糖/碳纳米管复合物分散液，将分散液涂覆在直径3mm的玻碳电极上，涂覆量为1～10μL，室温蒸干后即得到涂覆有响应膜的玻碳电极，即工作电极。

超声分散法中，超声频率为53kHz，温度为25℃。

上述碳纳米管优选多壁碳纳米管，由中国科学院成都有机化学有限公司提供，其性能参数为：多壁碳纳米管，纯度＞95％，外径3～8nm，内径2～5nm，长度10～30μm。

一种制备所述的羟丙基壳聚糖/碳纳米管修饰的电化学传感器的方法，包括以下步骤：

1)将多壁碳纳米管置于硝酸中回流氧化，然后水洗至中性并烘干，得到端基具有功能团的多壁碳纳米管；