纳米技术在重金属离子——铅中的检测

李　婷

（南通市环保宣教中心，江苏南通 226006）

纳米技术在重金属离子
——铅中的检测

李婷

（南通市环保宣教中心，江苏南通 226006）

以电化学沉积法在玻碳电极上修饰纳米金颗粒，以修饰后的电极作为工作电极，用于同位镀铋膜法连续测定水中铅的含量。在含铋的溶液中，采用示差脉冲溶出伏安法测定铅离子的浓度，考察电解液pH值、富集电位、富集时间及铋膜浓度对溶出峰的影响，优化出最佳实验条件。在优化的实验条件下，金属离子浓度和峰电流有较好的线性关系，结果表明，本法测定结果准确度，灵敏度较高，重现性良好，可实现水中微量重金属离子的快速测定。

铅 纳米 铋膜 示差脉冲溶出伏安法 电化学传感器

铅是一种具有蓄积性、多亲和性的毒物，对人体危害性很大，接触了铅的胎儿可能死亡或发育畸形。因此，其准确测定一直受到人们的普遍关注。测定铅的方法已有较多，如原子吸收法、比色法、电化学分析方法等。相对其它方法，电化学法具有不需要昂贵仪器，灵敏度高等优点。

电化学分析中，汞膜电极由于具有较高的灵敏度和良好的重现性而被广泛应用于痕量重金属离子的检测，但汞具有很高的毒性，易造成环境污染，因此，寻找可以替代汞膜电极的新电极已成为该领域的热点话题。

近年来，电分析化学工作者发现了各种环境友好型的无汞工作电极，如铋膜电极、锑膜电极、其它惰性电极等。铋膜电极具有与汞膜电极相似的电化学性能，不仅操作简单、灵敏度高、铋膜易除去、毒性低，而且绿色环保，故倍受化学工作者的青睐，并广泛地用于重金属离子的检测。

纳米材料由于其独特的优点，已成为人们关注的焦点和研究的重要领域。纳米材料具有小尺寸效应，表面效应、体积效应和介电限域效应等不同于块体材料和原子或分子的介观性质。纳米材料对许多重金属离子具有很强的吸附能力，可广泛运用于重金属的检测。例如，纳米金具有生物相容性好，独特的光、电学性能，且粒径可控等优点，可用于痕量重金属的检测。

实验结合纳米金和铋膜的独特物理、化学性质及其对于痕量重金属的检测特性，构建了纳米金/铋膜修饰玻碳电极的电化学传感器，运用示差脉冲溶出伏安法，研究痕量铅的电化学行为及其测定。

1　试验部分

1.1仪器试剂

CHI 660A型电化学工作站；三电极工作系统:玻碳电极（GCE）及铋膜修饰电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂电极为对电极。

pHS-3C型精密pH计（上海雷磁仪器厂）。

KQ-250DE型医用数控超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）。

78_1型磁力加热搅拌器（江苏金坛市医疗仪器厂）。

1.2电极制备

实验过程中所用的玻璃器皿均用王水浸泡洗涤，再用二次蒸馏水彻底洗干净并在空气中晾干。玻碳电极依次用1.0、0.3、0.05mm Al2O3粉末进行抛光，并依次在无水乙醇和水中超声清洗，时间均为5min。在5mmol·L-1HAuCl4和0.5mol·L-1H2SO4混合溶液中，以裸玻碳电极为工作电极，甘汞和铂丝分别为参比电极和辅助电极，设置沉积电位-0.01V，沉积时间120s，即得金纳米粒子修饰玻碳电极。

1.3试验方法

纳米金/铋膜修饰电极为工作电极，甘汞电极为参比电极，铂丝电极为对电极，组成三电极系统。置于3mL含一定浓度Pb2+和1×10-3mol/ LBi3+的0.1mol/L pH4.5乙酸-乙酸钠缓冲液中，在-1.0V富集250s进行同位镀铋，静止30s后，进行差分脉冲伏安扫描（-1.2～0V），测定Pb2+的溶出峰电流。将电位于0.3V保持100s，溶出前一次的沉积物，可用同一电极进行多次测定。

2　结果与讨论

2.1电极的选择

g/L Pb2+在裸玻碳电极（GCE）、铋膜电极（BFE）及纳米金/铋膜电极（GCE Au/Bi）溶出伏安曲线。铅在裸玻碳电极上不出峰；而在铋膜电极上产生灵敏的溶出峰，峰电位为-0.59V；与此相比，铅在纳米金/铋膜电极上产生更灵敏、更尖锐的溶出峰，因此纳米金/铋膜电极可以灵敏度更高。

2.2检测条件的优化

2.2.1最佳pH

实验中以HAc-NaAc为电解质，考察pH值对溶出峰电流的影响。结果表明，当pH为4.5时，Pb2+溶出峰电流最大，因此，实验最终选定支持电解质的pH为4.5。

2.2.2最佳富集电位

在进行同位镀铋时，考察了不同富集电位溶出峰电流的影响。实验表明，当富集电位为-1V时， Pb2+的溶出峰电流最大。因此，为了获得高的灵敏度，选择沉积电位-1V。

2.2.3最佳富集时间

进行电沉积时，以不同沉积时间（50—400s）同位镀铋并进行差分脉冲溶出伏安测定，结果发现Pb2+的溶出峰电流在50—250s时，随沉积时间的增加而增大，当时间继续增加后，响应电流减小。因此，为了获得高的灵敏度，沉积时间选择250s。

2.2.4最佳铋膜浓度

镀铋液的浓度会影响铋膜的形成，Bi3+浓度越低，所镀铋膜越薄，电沉积的重金属在铋齐合金膜中的浓度就越高，在溶出扫描阶段溶出较完全，因此灵敏度就高。但是Bi3+浓度太低，铋膜形成不够致密、均匀，且重现性较差。Bi3+浓度太高，铋膜厚度加大，重现性变好，但灵敏度会下降。

实验考察了1×10-5～1×10-2mol/L的Bi3+对溶出峰电流的影响。结果表明，Pb2+的溶出峰电流随Bi3+浓度的增加而增大，但当Bi3+的浓度大于1×10-3mol/L时，峰电流开始下降，故实验选择1×10-3mol/L作为最佳镀铋浓度。

配制一系列标准溶液，采用示差脉冲伏安法，在上述选定的最佳实验条件下进行测定，并绘制工作曲线。结果表明，氧化峰电流与Pb2+的浓度在1-14g/L范围内呈线性关系。线性回归方程为: i=1.649×10-7+2.675×10-7C （r=0.9987），检出限为0.83g/L。

2.3重复性和稳定性

采用同一铋膜电极对含9.5g/L Pb2+的缓冲溶液平行测定10次，相对标准偏差为2.18%，表明电极具有优良的重复性。将预处理玻碳电极放置2d后再次测定，峰电流基本不变，说明该预处理玻碳电极具有较高的稳定性。

［1］朱桂琴，史建公，王万林.银纳米材料制备和应用进展［J］.科技导报，2010（22）.

［2］袁欣.高分子稳定的贵金属纳米颗粒的制备、表征及其在重金属离子检测中的应用［J］.东南大学，2014.01.

此项目为2014年江苏省环保公益小额资助项目。