[发明专利]一种用于痕量铅离子检测的石墨烯-聚吡咯电化学传感器的制备方法及应用

摘要

一种用于痕量铅离子检测的石墨烯‑聚吡咯电化学传感器的制备方法及其应用，属于环境分析领域。本发明利用聚吡咯中胺基上的氮原子与铅离子络合作用获得高的选择性和石墨烯纳米片高电导率起到信号放大的作用，实现对痕量铅离子检测。石墨烯的存在还能增加复合材料的空间结合位点和界面电子传递速率由此提高传感器的检测效果。由于石墨烯纳米片和聚苯胺协同作用，石墨烯‑聚吡咯电化学传感方法具有灵敏度高、选择性高等特点，对铅离子检测线性范围为5‑750nM，检测限为0.047nM，并且石墨烯‑聚吡咯电化学传感器的制备方法简单可控，无二次污染。本发明在原位监测水体中的痕量铅离子方面有广泛的应用前景。

主权项

一种用于痕量铅离子检测的石墨烯‑聚吡咯电化学传感器的制备方法，其特征在于如下步骤：(1)采用改进的Hummers化学法制备氧化石墨烯氧化物将浓硫酸(98％)缓慢加入到石墨粉中，浓硫酸体积:石墨粉质量＝23:1；充分搅拌后，在0℃冰水浴中缓慢加入KMnO₄；KMnO₄与石墨粉质量比为3:1，同时充分搅拌后将得到的混合物连续超声5～7h后，得到深褐色溶液；向深褐色溶液中缓慢加入高纯水，加热煮沸5～15min后，依次加入高纯水和30％的过氧化氢终止反应，得到亮黄色的石墨烯氧化物水溶液；离心分离后，用稀盐酸在8000～10000r/min的条件下离心洗涤去除杂质，然后用高纯水在8000～10000r/min的条件下离心洗涤去除杂质；洗涤后取出纯化的石墨氧化物，装入透析袋透析5～7天进一步去除杂质，最后冷冻干燥得到固体氧化石墨烯；(2)电化学合成氧化石墨烯‑聚吡咯首先配制电解质溶液，将步骤(1)制备的氧化石墨烯均匀分散在超纯水中，向2mg/mL的氧化石墨烯分散液中依次加入吡咯单体和H₂SO₄，吡咯单体的最终浓度0.1M，H₂SO₄的最终浓度0.1M，将上述混合溶液在室温下磁力搅拌3h得到均一的电解质溶液；采用三电极体系在电化学工作站选用电流‑时间方法，施加0.5V电压，持续300s，在玻碳电极表面合成氧化石墨烯‑聚吡咯复合物；(3)将步骤(2)得到的氧化石墨烯‑聚吡咯进行电化学还原，在pH＝5.7的PBS缓冲液中进行CV扫描，扫描电压范围为：0～‑1.0V,扫速为50mV/S,起始电压为0V，扫描圈数为20，得到的石墨烯‑聚吡咯修饰的玻碳电极用去离子水清洗，室温下干燥，即得到石墨烯‑聚吡咯电化学传感器；(4)铅离子的定量检测：在醋酸‑醋酸钠缓冲溶液中添加硝酸铅配置0～750nM系列浓度，使用步骤(3)得到的石墨烯‑聚吡咯电化学传感器，采用方波溶出伏安法的进行检测。