石墨烯修饰铂电极传感器测定水中微量重金属镉和铅.pdf

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1、第41卷分析化学(FENXIHUAXUE)研究简报第2期2013年2月ChineseJournalofAnalyticalChemistry278～282DOI：10．3724／SP．J．1096．2013．20547石墨烯修饰铂电极传感器测定水中微量重金属镉和铅唐逢杰张凤金庆辉赵建龙(中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术联合国家重点实验室，上海200050)(中国科学院大学，北京100039)摘要建立了石墨烯修饰铂电极(G／Pt)共沉积铋膜测定水中微量重金属镉和铅的方法。采用微机电系统(MEMS)工艺制作铂电极，并利用CVD法在铂电极上原位生长石墨烯，制备了石墨烯修饰铂电

2、极，与Ag／AgC1参比电极、铂丝对电极构成三电极体系；采用差分脉冲阳极溶出伏安法对水中微量的镉和铅进行测定。在pH=4．5的醋酸一醋酸钠(HAc—NaAc)底液中，cd2和Pb分别在．72和-o48v灵敏地产生溶出峰，线性范围分别为0．05～10mg／L和0．O3～5mg／L，检出限均为10g几。本方法操作简单、安全快速、重现性好，适合于废水、地表水、及生活用水中镉和铅的测定。关键词石墨烯修饰铂电极；差分脉冲阳极溶出伏安法；铋膜；重金属离子1引言镉和铅具有极大的生物毒性，富集在人体内会造成极大的危害“]。因此，研制出灵敏、快速、准确的重金属检测传感器尤为重要。溶出伏安法广泛地应用

3、于重金属离子的测定，早期的工作电极采用汞膜电极，但汞有毒性且易挥发，存在汞污染问题。后来常用低毒的铋代替汞进行测定。2004年，石墨烯被首次发现]。因为其具有许多优异而独特的性能而被广泛地应用于微纳电子器件、新型复合材料、传感器材料等领域m]。采用石墨烯修饰电极测定重金属离子已有多篇报道，2009年，Li等用石墨烯纳米片溶液和Nation溶液混合制作石墨烯修饰玻碳电极，并预镀铋膜，测定了Cd和Pb。Wang等引用同样的修饰方法制得石墨烯修饰玻碳电极，并镀汞膜，采用溶出伏安法测定了cu，Pb和Cd。Brownson等口用市售的石墨烯溶液制作石墨烯修饰丝网印刷碳电极，测定了Cd。石墨烯

4、修饰电极用于电化学分析有以下特点：吸附能力强、传质速率高、抗氧化腐蚀等]。采用微机电系统(Micro．electro—mechanicalsystems，MEMS)技术制作工作电极，具有成本低廉、一致性好、微型化、易集成等优点[5JHIl。本研究采用MEMS工艺制作出铂电极，然后利用CVD法在铂电极上生长石墨烯得到G／Pt电极，与Ag／AgC1参比电极、铂丝对电极构成三电极体系。利用本传感器检测HAc。NaAc缓冲液中的Cd和Pbn，考察了共沉积铋液浓度、电沉积电位、电沉积时间等对实验结果的影响，同时考察了传感器检测的线性范围、检出限、抗干扰性等。利用本传感器测定水样中的Cd。和P

5、b，结果较好。2实验部分2．1仪器与试剂Ag／AgC1电极(上海辰华仪器公司)；IM6ex电化学工作站(德国Zahner公司)；TL1200管式炉(南京意帆仪器公司)。AZ4620光刻胶，AZ400K显影液(日本FujiFilm公司)。将CHCdO·2H：O，CHPbO·3HO和Bi(NO，)·5HO分别加入到醋酸一醋酸钠缓冲溶液(pH=4．5)中，配制成重金属离子浓度梯度和共沉积铋膜溶液。2．2石墨烯修饰铂电极的制备采用氧化工艺，在硅片上制作厚度为微米级的SiO氧化层，利用Lift—of工艺制备图形化的铂电极；2012-05—25收稿；2012-09—11接受本文系国家973计划

6、(Nos．2012CB933303，2011CB707505)，国家科技支撑计划(No．2012BAK08B05)以及上海市科委(Nos．11391901900，11530700800，1IZR1443900，10391901600)资助项目E—mail：jinqh@mail．sim．ac．cn280分析化学第4l卷3．3差分脉冲溶出伏安法参数的选择固定镉和铅的浓度为1．0和0．7mg／L，铋浓度为30mg／L，电沉积时间为120s，改变电沉积电位，测定结果见图6。当电沉积电位从一1．0V降到一1-3V，镉的溶出峰电流显著增大，当电沉积电位由一1-3V变得更负，峰电流迅速下降。综合

7、考虑镉和铅同时测定的灵敏度要求，选择电沉积电位为一1-3V。浓度不变，设置电沉积电位为一1_3V，改变电沉积时间，测定结果见图7。随着电沉积时间的延长，镉和铅的溶出峰电流呈线性上升，120s后峰电流上升的斜率开始减小，这是因为铋膜中所沉积的重金属浓图5铋液浓度对峰电流的影响Fig．5Effectofbismuthconcentrationonstrippingpeak度逐渐达到饱和，且电沉积所得到的复合膜厚度增currentof1mg／LeachofCd2andPbo