[发明专利]一种光电协同金属检测方法及其应用

说明书

本发明属于水环境金属检测领域，具体涉及一种光电协同金属检测方法及其应用。本发明制备方法包括以下步骤：(1)将对电极和表面修饰有光敏材料层的工作电极固定设置于注入有缓冲液的电化学反应池中，形成电极体系；(2)将电极体系与电化学工作站连接；(3)向电化学反应池中加入待测金属离子，使用阳极溶出伏安法进行检测，通过电流值计算金属溶度实现金属检测。本发明以光敏材料修饰电极，使光照有效激发光敏材料，在电化学金属还原沉积过程、氧化溶出过程施以光照，分别强化金属的还原沉积、氧化溶出过程，具有灵敏度高、操作简便、检测周期短等优点，实现了目标离子的快速、灵敏、痕量检测。

技术领域

本发明属于水环境金属检测领域，具体涉及一种光电协同金属检测方法及其应用。

背景技术

伴随工业化进程的不断推进，矿山开采、金属冶炼、化工生产等行业在生产过程中产生大量含重金属废水，重金属具有污染范围广、不可被生物降解、可在生物体内累积富集等特点，未经妥善处理的含重金属废水排放至自然水体，对生态环境及人体健康构成极大威胁，因此，实现水体痕量重金属快速、灵敏、准确检测对污染预警、环境监测等具有重要意义。

自然水体中，重金属浓度低，传统的仪器检测设备昂贵且、需要专员操作，检测周期长，而电化学传感技术灵敏度高、携带方便、检测迅速，被广泛应用于痕量重金属检测中，重金属的电化学传感性能受重金属离子在恒电压下的还原沉积和正向扫描电压下的氧化溶出两个关键过程的直接影响，首先，在电化学还原沉积过程中，重金属被还原的量越多，在溶出过程被氧化的重金属量就越多，溶出电流的响应值越大，电化学传感性能就越好；其次，当沉积量一定，被氧化的重金属的量越多，溶出电流响应值越大，电化学传感性能就越好。因此，强化重金属氧化、还原过程将实现其传感性能的提高。

基于光催化电极的光电催化技术可实现费米能级调控，有效耦合光生电子和光生空穴的还原和氧化特性，激发电极氧化还原反应，在水分解制氢、污染物降解等领域被广泛研究。在电极修饰材料中，铋由于低毒无污染、与重金属具有优异的螯合性能，可促进电化学传感重金属的检出，在痕量重金属电化学检测领域的研究最为广泛，然而铋由于其半导体性质导电性差，不利于重金属的电化学传感过程，因此灵敏度、检测限的改善受到限制。基于铋及其化合物的半导体性质，将其耦合电化学传感电极，在光照条件下，基于半导体的光敏性质，受光的激发产生的还原性电子和氧化性空穴分别参与到重金属的还原沉积和氧化溶出过程，将进一步改善电化学检测水环境重金属的灵敏度和检测限，实现目标离子的快速、灵敏、痕量检测，该方法具有灵敏度高、操作简便、检测周期短等优点。

CN110470722A公开了一种利用光电化学方法进行电位变化检测的方法及其装置，以修饰光敏材料的电极作为工作电极，离子选择性电极作为参比电极和Pt作为辅助电极；通过参比电极电位调控工作电极电位，依据光照前后工作电极输出的电流变化，实现对待检测离子的活度变化下的定量/定性测定。该技术方案利用光电化学以电流为输出信号测定离子选择性电极电位变化，与经典电位法不同，极大地提高了灵敏度，但并没有充分发挥光电协同作用，更多是利用电流法对离子活度检测，不能定性检测，还存在改进空间。

CN108802135A公开了以有机半导体为光敏材料的液体粘度传感器及其制备方法，粘度传感器以有机半导体材料为光敏材料，有机半导体材料光照下分离出电荷，电荷通过待测液体，根据电荷通过液体情况，实现对液体粘度的检测。其结构为两个电极体系或者三电极体系；工作电极表面覆盖有机半导体层；在衬底上制作储样池，对电极、工作电极和参比电极包括在储样池里面。该技术方案虽然使用了光敏材料，但难以应用金属检测，而且光敏材料产生的脉冲光电信号检测灵敏度还存在改进空间。

综述所述，现有技术仍缺乏一种能定性检测、检测精度高的金属检测方法。

发明内容