[发明专利]快速检测痕量重金属离子的电化学探头及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速检测痕量重金属离子的电化学探头及其制作方法，特别是用于快速检测痕量铅、镉等重金属离子的电化学探头，属于电化学传感器的技术领域。

背景技术

重金属离子镉（Cd2+）和铅（Pb2+）是一类对环境和生物体极为有害的污染物，一旦被生物体吸收，容易在体内累集并且不易降解。人体内过量的Cd2+将导致高血压，引起心脑血管疾病，同时可以破坏骨钙，引起肾功能失调。Pb2+则是重金属污染中毒性较大的一种，可直接伤害人的脑细胞，容易造成大脑智力低下、脑痴呆和脑死亡等。因此监测重金属离子Cd2+、Pb2+含量对环境治理和人类身体健康至关重要。目前Cd2+、Pb2+测定方法常包括原子吸收光谱法(AAS)、原子发射光谱法(AES)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)法和阳极溶出伏安法（ASV）。原子吸收光谱法、原子发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法离子检测虽然重现性好，但是仪器昂贵、检测成本高、操作复杂、分析时间长，不易于普遍推广使用。阳极溶出伏安法测定Cd2+、Pb2+，首先将待测液中Cd2+、Pb2+还原富集在电极表面上，然后电位扫描由负向正移动，将Cd2+、Pb2+的溶出峰电流作为测定信号，具有分析时间短，选择性强，操作简单，灵敏度高等优点，所需仪器简单便携，因而非常适合痕量组分的快速检测。

以玻碳电极作为工作电极的电化学传感器来测定Cd²⁺、Pb²⁺非常普遍，但是Cd²⁺、Pb²⁺在裸玻碳电极上的富集效率很低，短时间内Cd²⁺、Pb²⁺在裸玻碳电极上几乎无溶出峰信号。专利《一种玻碳电极修饰及检测痕量重金属的方法》（申请号为201210508956.3）公开了一种氧化石墨烯/铋膜修饰的玻碳电极，这种玻碳电极虽然灵敏度高，检出限低，重现性好，但是用到了氧化石墨烯，氧化石墨烯的制备需要强氧化剂，而且制备这种氧化石墨烯/铋膜修饰的玻碳电极需要用到电镀法沉积铋膜，这种方法得到的氧化石墨烯/铋膜修饰的玻碳电极工艺复杂，不利于环境保护。专利《一种石墨烯修饰的Pt电极及检测痕量重金属的方法》(申请号201210059601.0)公开了一种石墨烯修饰的Pt电极，这种电极采用CVD的方法在Pt电极上镀石墨烯膜，这种CVD镀膜的方法制备成本高，工艺步骤复杂，而且得到的石墨烯性能低，杂质和缺陷多，干扰电极的检测信号，检出限有限，不能检测出含量低于0.05mg/L的重金属离子。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种快速检测痕量重金属离子的电化学探头及其制作方法，这种电化学探头检出限低和灵敏度高，制备石墨烯的方法简单易行，制备出的石墨烯性能高，杂质和缺陷少。

实现本发明目的所采取的技术方案为:一种快速检测痕量重金属离子的电化学探头，至少包括外壳以及位于外壳内的玻碳电极芯，玻碳电极芯的用于检测的表面上均匀附着有石墨烯敏感膜，石墨烯敏感膜由1～20μL石墨烯悬浮液滴涂在玻碳电极芯的用于检测的表面上，溶剂蒸发后而成。

对上述技术方案进一步改进为石墨烯敏感膜的厚度为1～50nm，玻碳电极芯的直径为1～6mm。

本发明还提供了这种快速检测痕量重金属离子的电化学探头的制作方法，具体包括如下步骤：

1）石墨烯敏感材料的制备：将光谱纯的石墨粉加入到氮甲基吡咯烷酮中配制成浓度为2～50mg/mL的石墨粉溶液，密封，然后置于20～100KHz频率下进行超声处理至得到黑色的石墨烯悬浮液；

2)快速检测痕量铅、镉重金属离子的玻碳电极的制作：将1～20μL石墨烯悬浮液滴涂在玻碳电极芯的用于检测的表面上，在红外灯加热条件下蒸发掉氮甲基吡咯烷酮溶剂后成石墨烯敏感膜，制得快速检测痕量铅、镉重金属离子的电化学探头。