基本信息
- 项目名称：
- 新型绿色环保锡膜电极用于环境中痕量镉离子的电化学检测研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 电化学分析中，铋膜电极被用于代替汞膜电极开展对重金属离子的测定。基于锡与铋在元素周期表中处于对角线位置、具有相似的化学性质，且锡是更好的环境友好金属。因此我们开展了运用同位镀膜法制备锡膜碳糊电极用于测定环境中痕量金属镉离子的研究。结果表明，锡膜碳糊电极不仅在隔离子的电化学溶出测定中展现出较高的灵敏度，而且具有良好的稳定性和重现性。研究成果为使锡膜电极成为电化学分析中新型传感器初步打下基础 。
- 详细介绍：
- 本作品提出了研制一种新型环保锡膜电极的新方法。该锡膜电极是比在电化学分析中使用的汞膜电极和铋膜电极毒性更低、更环保的新型绿色电极。 本实验研究了一种锡膜碳糊电极通过阳极溶出伏安法来开展对痕量重金属隔离子含量的测定。通过与裸的碳糊电极作比较，我们发现镉(Ⅱ)离子在研制的锡膜碳糊电极上有着更优越的电化学性能。除此之外，首先我们还对缓冲液pH、沉积电位、沉积时间以及同位镀锡膜法制备锡膜电极时锡离子浓度等条件下进行了优化。接下来，我们进行了当用锡膜电极对镉离子浓度的测定时环境中常见阳离子和阴离子对其干扰能力的探讨。当测量的镉(Ⅱ)离子浓度在2 微克每升到90 微克每升的范围时，这种新型的传感器呈现出了很好的线性关系，并且得到1.13 微克每升的检出限。最后，锡膜碳糊电极被应用于对嘉陵江水样中的镉(Ⅱ)浓度的测定，测量结果令人满意。作品为使锡膜电极成为在电化学分析中替代汞膜和铋膜电极并具有实际应用前景的新型电极打下基础
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：目前电化学检测重金属离子通常采用滴汞或汞膜电极，由于汞的毒性，严重限制了该方法的应用，因此开发新型绿色环保电极用于环境中痕量重金属离子的检测具有十分重要的意义。基本思路：近年来，替代汞膜电极的铋膜电极的研制与应用得到了广泛的关注。锡和铋在元素周期表中的对角线位置决定了其在化学性质上具有相似性。与铋相比，锡无毒、更加环保。基于锡的环境友好特性，提出了制备绿色环保锡膜电极的新方法。
科学性、先进性及独特之处
- 锡膜电极是比汞膜电极、铋膜电极更加绿色环保的电极。本作品制得的锡膜碳糊电极可用于对环境样品的痕量镉离子的测定，与铋膜碳糊电极相比，锡膜碳糊电极具有更高的灵敏度。该电极的制备简单、成本价廉、测定方便等优越的性能已让其成为可用于电化学检测的新型环境友好电极。
应用价值和现实意义
- 锡膜碳糊电极是无毒、环境友好的电极，并且具有碳糊电极廉价、重现性高等特点。通过使用该锡膜电极对环境样品中痕量重金属镉离子的检测，表明了该电极的实用性，且和铋膜碳糊电极相比能得到更低的检出限。锡膜电极的研制有助于解决电化学分析中长久以来汞膜电极带来的污染问题。该作品为使锡膜碳糊电极成为在电化学分析中替代汞膜和铋膜电极并具有实际应用前景的新型电极打下基础。
学术论文摘要
- 本实验研究了一种锡膜碳糊电极通过阳极溶出伏安法来开展对痕量重金属隔离子含量的测定。通过与裸的碳糊电极作比较，我们发现镉(Ⅱ)在研制的锡膜碳糊电极上有着更优越的电化学性能。除此之外，我们还优化了测量的诸多条件。锡膜碳糊电极在0.10 mol L–1 的醋酸-醋酸钠缓冲溶液（pH=3.9），沉积电位为-1.4V，沉积时间为150 s 以及锡离子浓度为3.5 mg L–1 的条件下对痕量金属镉(Ⅱ)的测定有最好的响应。当测量的浓度在2微克每升到90微克每升的范围时，这种新型的传感器呈现出了很好的线性关系，并且得到1.13微克每升的检出限。最后，锡膜碳糊电极被应用于对实际水样中的镉(Ⅱ)浓度的测定，测量结果令人满意。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] J. Wang, J. Lu, S.B. Hocevar, P.A.M. Farias, B. Ogorevc, Bismuth-coated carbon electrodes for anodic stripping voltammetry.Anal.Chem.2000,72,3218-3222. [2] I. Švancara, C. Prior, S.B. Hočevar, J. Wang, A decade with bismuth-based electrodes in electroanalysis, Electroanalysis 2010,22,1405-1420 [3] W.W. Zhu, N.B. Li and H.Q. Luo*, Simultaneous determination of chromium(Ⅲ) and cadmium(Ⅱ) by differential pulse anodic stripping voltammetry on a stannum film electrode, Talanta，2007,72,1733-1737. [4] Y. Wu, N. B. Li, H. Q. Luo, Simultaneous measurement of Pb(II), Cd(II) and Zn(II) using differential pulse anodic stripping voltammetry at a bismuth/poly(p-aminobenzene sulfonic acid) film electrode, Sensors & Actuators: B. Chemical,2008,133,677–681. [5] Y.Q. Tian, N.B. Li, H.Q. Luo, Simultaneous determination of trace zinc(II) and cadmium(II) by differential pulse anodic stripping voltammetry using a MWCNTs-NaDBS modified stannum film electrode. Electroanalysis 2009,21,2584-2589.
同类课题研究水平概述
- 重金属元素对环境及人类的危害日益严重,于是建立简便、快速、准确的检测方法尤为重要. 电位溶出法由于仪器简单、灵敏度高、分析成本低而在痕量重金属元素测定方面得到了广泛应用。通常测定重金属使用汞电极,但其易污染环境,对人体健康有害.自2000年，Joseph Wang教授在《Analytical Chemistry》上发表文章，提出了一种新型电极铋膜电极的研制后，国内外开展了许多关于在不同基底材料上的铋膜电极的研制。此后，铋膜电极成为了炙手可热的研究课题。无论玻碳电极、碳糊电极或Pt电极等等电极材料，都可以作为镀铋基底来制作铋膜电极。现如今，聚合物/铋膜电极依然是研究者们研究的热点课题。每年都有许多关于铋膜电极的文章发表于《Analytical Chemistry》、《Chemical Communications》、《Talanta》、《Electroanalysis》等杂志上。 我们实验室长期以来都在开展铋膜电极的研制，然而与铋相比，锡是更好的环境友好金属，具有无毒、不易氧化变色，具有很好的杀菌、净化、保鲜效用。金属锡还可以用在食品工业上，可以保证清洁无毒。基于锡是环境友好金属，能否制备性能优良的绿色环保的锡膜电极呢？我们实验室在开展有关铋膜电极的制备及其应用研究的基础上，提出了开展锡膜电极的制备及其应用这一课题。目前，除我们实验室开展了这方面的初步研究外，尚未见任何文献报道。最开始我们在使用最普遍的玻碳电极上镀膜来制备锡膜电极，制备出的锡膜电极具有良好的电化学响应。然后进行了玻碳电极上锡膜的扫描电镜实验并发现在不同的基底材料上锡膜的形貌差别很大，通过控制电沉积实验条件，可获得纳米尺寸树枝状锡膜。此外，我们也探讨了某些有机化合物在锡膜电极上的电化学行为，初步研究的结果表明锡膜电极是一颇具吸引力的电极，它具有环境友好、稳定性良好等特点，具备在电化学分析中替代汞膜电极的可能性，值得集中精力对锡膜电极的制备、形貌、特性及其在环境检测，临床诊断和食品分析等方面的应用进行详细地研究。研究成果先后在《Talanta》、《Electroanalysis》等国外期刊上发表。
