基于納米銀制備重金屬離子電化學(xué)傳感器

周 亞

(晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 晉中 030600)

1 實(shí)驗(yàn)原理

納米銀制備原理：三電極體系中的工作電極釋放電子，AgNO3溶液中的Ag+獲得電子還原為銀原子，吸附在工作電極表面，最終得到納米銀[1]。

傳感器檢測原理：采用三電極體系(見表1)，通過陽極溶出伏安法(SWASV)對Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)進(jìn)行檢測。首先在-1V的電位下，對Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)進(jìn)行富集180 s，然后再施加反向電位，使Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)重新回歸到溶液中，Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)在對應(yīng)電位產(chǎn)生氧化電流，形成氧化電流峰，其氧化電流峰值與Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的濃度成正比[2-3]。

表1 三電極體系

2 實(shí)驗(yàn)儀器、試劑及溶液配制(見表2～表4)

表2 實(shí)驗(yàn)儀器

表3 實(shí)驗(yàn)試劑

表4 溶液配制

3 實(shí)驗(yàn)過程

3.1 制備納米銀

采用三電極體系，在0.2 mol·L-1的硝酸銀溶液中制備納米銀，沉積電壓設(shè)置為-1.5 V，時間設(shè)置為200 s。

3.2 電化學(xué)性能表征

在0.1 mol·L-1的鐵氰化鉀溶液中進(jìn)行CV和EIS測試，以表征修飾后玻碳電極的電化學(xué)特性。在第15頁圖1a)中，裸電極和修飾后電極的氧化電流峰值分別約為93.4 μA和153.2 μA，修飾后電極的氧化還原峰值更高，表明修飾后電極表面的電子轉(zhuǎn)移速率更快。第15頁圖1b)為EIS測試結(jié)果。在圖1b)中，裸電極和修飾后電極的電子轉(zhuǎn)移電阻值分別約為92.5 Ω和81.2 Ω，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明納米銀修飾的工作電極表面的電子轉(zhuǎn)移速率更快，EIS結(jié)果與CV結(jié)果一致。

3.3 重金屬離子檢測

在0.1 mol·L-1醋酸-醋酸鈉緩沖液中，采用三電極體系，利用電化學(xué)工作站中的SWASV法對Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)進(jìn)行檢測，離子濃度范圍從0.01 μmol至0.06 μmol。在實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖2a)中，Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)氧化溶出峰的出現(xiàn)分別在-0.5 V和0 V附近，隨著兩種離子濃度的增加，對應(yīng)的檢測電流峰值也增加。將兩種離子的檢測濃度與檢測電流進(jìn)行線性擬合，最終得到線性關(guān)系方程為I(μA)=0.13+88.49c(μmol·L-1)和I(μA)=0.48+79.96c(μmol·L-1)。Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的靈敏度分別為88.49 μA·μM-1和79.96 μA·μM-1，檢測限分別為0.13 μmol·L-1和0.21 μmol·L-1。

圖2 a)重金屬離子檢測 b)對應(yīng) a)的線性關(guān)系圖

3.4 傳感器穩(wěn)定性測試

重金屬離子電化學(xué)傳感器進(jìn)一步進(jìn)行穩(wěn)定性檢測。每隔兩天對0.03 μmol的Cu(Ⅱ)離子進(jìn)行檢測，進(jìn)行了5次平行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)至表5，可看出，Cu(Ⅱ)檢測電流基本保持不變。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該電化學(xué)傳感器具有很好的穩(wěn)定性。

表5 平行實(shí)驗(yàn)

4 結(jié)論

通過沉積法成功制備出納米銀，將其應(yīng)用于重金屬離子電化學(xué)傳感器，實(shí)現(xiàn)了對Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)兩種離子的同時檢測。該重金屬離子電化學(xué)傳感器對Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的檢測限分別為0.13 μmol·L-1和0.21 μmol·L-1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，納米銀制備重金屬離子電化學(xué)傳感器有一定的應(yīng)用前景。