[发明专利]一种用于砷锑电化学检测的核壳结构电极材料

说明书

本发明用电沉积法合成了具有核壳结构的AuFe@FeOx‑CFC电极材料，当沉积电压为‑1.2V沉积时间为60s时，壳层厚度为1.6nm的电极材料充分发挥核的电催化能力和壳的吸附能力，通过便携式电化学工作站观察到了砷和锑的阳极溶出特征峰。AuFe@FeOx‑CFC电极材料对As(III)和As(V)的检出限分别为0.5ng·L^‑1和5ng·L^‑1，对Sb(III)和Sb(V)的检出限分别为0.05ng·L^‑1和0.03ng·L^‑1。通过一系列实验证明本发明采用的样品制备方法及目标污染物分析方法操作简便，可以实现环境基质中砷和锑的快速和痕量检测。

技术领域

本发明属于环境分析领域，具体涉及一种用于砷锑电化学检测的核壳结构电极材料。

技术背景

砷和锑(以下简称砷锑)均为全球性污染物，对人类健康造成了极大的威胁，欧盟和美国环境保护署已经将砷锑列为优先控制污染物，饮用水限值分别为10和6μg·L^-1。砷锑的毒性与价态密切相关，三价的毒性是五价毒性的10倍左右。常用的砷锑检测方法有原子荧光法、原子吸收法、等离子体质谱以及高效液相色谱等分析方法，上述方法所用的仪器价格昂贵，并且对样品前处理要求较高。因此，探索简便经济、快速高效的砷锑形态分析方法已成为当今环境分析领域的重要研究方向之一。

1791年意大利物理学家Luigi Galvani发现生物形态下存在的“神经电流物质”，在化学反应和电流间架起了一座桥梁，以此为基础建立起来的电化学(EC)技术在分析化学等领域有着广泛的应用。1820年捷克斯洛伐克化学家Heyrovsky首次发明阳极溶出伏安法(ASV)，能够迅速、灵敏的测定化学元素，在1959年因发明和发展极谱法而获得诺贝尔化学奖。作为一种高探测灵敏度、高分辨率、操作简单、廉价经济的技术，ASV被广泛应用于环境介质中污染物形态分析及定量领域。将ASV技术用于砷和锑形态分析从理论上讲是可行的，但是限制其应用的一个主要问题是如何制备高效的电极传感器，从而提高砷和锑检测的灵敏度。

电极传感器的制备是实现优异ASV信号的关键，也是ASV分析领域的研究热点之一。传统的ASV电极是滴汞电极，汞滴的不稳定性和毒性限制了滴汞电极的实际应用。随着纳米技术的飞速发展，Au纳米颗粒作为电极催化剂被广泛应用，金电极对Sb(III)的检出限为0.19μg·L^-1，对Sb(V)的检出限为0.32μg·L^-1；Au纳米颗粒做为工作电极，用微分脉冲阳极溶出伏安法对Sb(III)的检出限为3.4μg·L^-1；金电极在1M HCl介质中，共检测0.02μg·L^-1As(III)，Cu(II)and Hg(II)；硫醇化的Au电极对Cr(VI)的检出限为0.02μg·L^-1。虽然Au电极表现出很好的灵敏度，但检测的重现性、稳定性和经济性仍然有待提高。