基于石墨烯纳米材料的便携式水质重金属cr%28ⅵ%29检测系统研究

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1、分类号：X853单位代码：11232密级：工学硕士学位论文基于石墨烯纳米材料的便携式水质重金属Cr(VI)检测系统研究学院：自动化学院学科（专业）：检测技术与自动化装置学号：2015020187作者：李玥琪指导教师：高国伟研究员完成日期：二零一八年四月二十日学位论文版权使用授权书本人完全了解北京信息科技大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本。学校有权保留学位论文并向中国科学技术信息研究所等国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫

2、描等复制手段保存、汇编学位论文。学校有权适当复制、公布论文的全部或部分内容。学校有权将本人的学位论文加入《中国优秀硕士学位论文全文数据库》和编入《中国知识资源总库》。学位论文作者签名：年月日□公开□保密(____年____月)(保密的学位论文在解密后应遵守此协议)指导教师签名：学位论文作者签名：年月日年月日硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文题目为《基于石墨烯纳米材料的便携式水质重金属Cr(VI)检测系统研究》学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除了文中特别加以标注的内容外，本学位论

3、文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明并表示了谢意。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。作者签字：年月日摘要摘要随着经济与工业的快速发展，我国水资源重金属污染严重，其中水质重金属六价铬（Cr(VI)）污染问题突出，毒性Cr(VI)易被人体吸收，在体内蓄积，抑制酶活性，干扰蛋白质、核糖核酸的合成，导致癌症，曾频发大规模人体中毒事件。Cr(VI)是水环境重金属监测的必测项目之一，研究水质Cr(VI)的检测技术对预防

4、和治理水体重金属污染显得非常重要。传统的水质Cr(VI)检测方法以实验室人工分析为主，耗时长，操作复杂，而目前已有的检测仪器大多存在体积大、功耗高、价格昂贵、难以现场分监测等问题。因此，研究一种小体积、低成本、操作方便、能够用于现场分析的便携式水质重金属Cr(VI)传感器及系统，对水资源重金属的监测和保护具有重要的意义。本论文面向重金属Cr(VI)的现场检测，研究了一种基于石墨烯纳米材料的水质重金属Cr(VI)电化学传感器及系统。主要研究内容为（1）结合纳米材料技术与电化学传感技术，提出一种基于石墨烯纳米材料的水质重金属Cr

5、(VI)电化学传感器，研究了石墨烯纳米材料的电化学制备方法，构建石墨烯纳米材料修饰电极，研究石墨烯纳米材料对水质重金Cr(VI)的电催化还原性能，并对该传感器的线性范围、稳定性和选择性进行了系统研究，完成并实现了水质重金Cr(VI)的快速检测，满足国标I-V类水的检测标准；（2）采用单片机技术与App技术，设计并实现了新型便携式水质重金属Cr(VI)电化学传感器检测系统。在硬件设计上，选取了STM32F103为微控制器，CS5532和DA8552分别为ADC和DAC转换芯片，通过转换芯片PL2303实现串口通信，采用蓝牙模块

6、实现无线通信。在软件设计上，包括下位机和上位机两部分，下位机采用单片机C语言在KeilμVision5软件开发平台上实现系统硬件模块对应程序功能；上位机采用AppInventor开发平台，制作了一款简易的手机APP，实现了上位机数据与命令的发送、显示与保存。本论文采用中国环境标准样品中心提供的水质重金属Cr(VI)标准样品，对便携仪表的综合性能进行了测试，并与上海辰华(CHI660e)电化学分析仪的测试结果进行对比验证。实验数据表明，在国标I-V类水的Cr(VI)浓度范围内，该便携式检测系统的实验结果与电化学分析仪测试结果有

7、较好的一致性。通过对便携式Cr(VI)检测系统的测试，该系统可以有效地实现Cr(VI)的快速检测，并且能够稳定地完成数据优化、显示和存储等功能。该系统便于携带，操作方便，功耗低，对现场、便携式水质重金属Cr(VI)检测具有一定的研究和应用价值。关键词：水质重金属污染；Cr(VI)检测；石墨烯纳米材料；电化学传感器；便携式IABSTRACTABSTRACTWiththerapiddevelopmentofeconomyandindustry,theheavymetalionpollutioninwater,especially

8、forhexavalentchromium(Cr(VI)),isseriousinChina.Cr(VI)iseasilyabsorbedandstoredinhumanbodies,inhibitingenzymaticactivity,interferingproteinandribo