一种应用电化学分析法检测重金属离子的方法
【专利摘要】本发明提供了一种应用电化学分析法检测重金属离子的方法，包括：提供电化学检测设备，所述电化学检测设备包括工作电极、对电极与参比电极，所述工作电极为不锈钢电极；将含有重金属离子的待测溶液加入电化学检测设备中，施加沉积电位进行预处理，再用方波阳极溶出伏安法进行扫描，记录离子的峰电位与峰电流值，对比标准曲线，得到重金属离子的种类及含量。与现有技术相比，本发明以不锈钢电极作为工作电极，可同时检测多种重金属离子，不仅材料方便易得，器件成本低，同时提高了检测的选择性。
【专利说明】
一种应用电化学分析法检测重金属离子的方法
技术领域
[0001] 本发明属于化学检测技术领域，尤其涉及一种应用电化学分析法检测重金属离子 的方法。
【背景技术】
[0002] 电化学分析是以参与反应物质的一些电化学性质（如电流、电量、电位和电导等） 与已知该物质的某些量的关系为依据，对待测物质进行定性或定量的一种常见的分析方 法，其具有高灵敏度、操作方便、线性范围宽、所用仪器设备简单、分析速度快、背景噪声小、 价廉等优点，已广泛应用于环境监测、药物分析、生物分析检测、食品科学和临床医学等诸 多领域。
[0003] 目前，汞膜电极和滴汞电极一直是电化学方法在微量元素检测中的常用电极，但 是由于汞的毒性使其应用受到限制，许多人正在研究新的固体电极来代替汞膜电极，如:金 电极、铱膜电极和绿色无污染的铋膜电极等。但这些电极或者成本较高，或者需要进行进一 步的处理也会导致成本较高。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种应用电化学分析法检测重金属 离子的方法，该方法器件成本较低且选择性较高。
[0005] 本发明提供了一种不锈钢工作电极在电化学分析法检测重金属离子中的应用。
[0006] 优选的，所述电化学分析法为方波阳极溶出伏安法。
[0007] 本发明还提供了一种应用电化学分析法检测重金属离子的方法，包括：
[0008] 提供电化学检测设备，所述电化学检测设备包括工作电极、对电极与参比电极，所 述工作电极为不锈钢电极；
[0009] 将含有重金属离子的待测溶液加入电化学检测设备中，施加沉积电位进行预处 理，再用方波阳极溶出伏安法进行扫描，记录离子的峰电位与峰电流值，对比标准曲线，得 到重金属离子的种类及含量。
[0010] 优选的，所述标准曲线按照以下方法得到：
[0011] 将含有重金属离子的标准溶液加入电化学检测设备中，施加沉积电位进行预处 理，再用方波阳极溶出伏安法进行扫描，记录离子的峰电位与峰电流值，得到标准曲线。
[0012] 优选的，所述对电极为金电极或铂电极;所述参比电极为Ag/AgC 1电极或甘汞电 极。
[0013] 优选的，所述沉积电位为-0.8~-I. IV;所述预处理的时间为60~360s。
[0014] 优选的，所述预处理的过程中对待测溶液进行搅拌;所述搅拌的速度为100~1500 转/分钟。
[0015] 优选的，所述方波阳极溶出伏安法进行扫描的电位增量为0.001~0.0 lV;扫描振 幅为0.001~0.1V;频率为5~30Hz。
[0016] 本发明提供了一种应用电化学分析法检测重金属离子的方法，包括:提供电化学 检测设备，所述电化学检测设备包括工作电极、对电极与参比电极，所述工作电极为不锈钢 电极;将含有重金属离子的待测溶液加入电化学检测设备中，施加沉积电位进行预处理，再 用方波阳极溶出伏安法进行扫描，记录离子的峰电位与峰电流值，对比标准曲线，得到重金 属离子的种类及含量。与现有技术相比，本发明以不锈钢电极作为工作电极，可同时检测多 种重金属离子，不仅材料方便易得，器件成本低，同时提高了检测的选择性。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明应用电化学分析法检测重金属离子的原理示意图；
[0018] 图2为本发明实施例1~实施例3检测不同浓度重金属离子的阳极方波曲线图；
[0019] 图3为本发明实施例1~实施例3中得到的Cd2+的线性曲线图；
[0020] 图4为本发明实施例1~实施例3中得到的Pb2+的线性曲线图；
[0021]图5为本发明实施例1~实施例3中得到的Cu2+的线性曲线图；
[0022]图6为本发明实施例1~实施例3中得到的Hg2+的线性曲线图。
【具体实施方式】
[0023] 下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的 实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都 属于本发明保护的范围。
[0024] 本发明提供了一种不锈钢工作电极在应用电化学分析法检测重金属离子中的应 用。
[0025] 在本发明中，所述电化学分析法优选为方波阳极溶出伏安法。
[0026] 本发明还提供了一种应用电化学分析法检测重金属离子的方法，包括：
[0027] 提供电化学检测设备，所述电化学检测设备包括工作电极、对电极与参比电极，所 述工作电极为不锈钢电极;将含有重金属离子的待测溶液加入电化学检测设备中，施加沉 积电位进行预处理，停止搅拌，最后用方波阳极溶出伏安法进行扫描，记录离子的峰电位与 峰电流值，对比标准曲线，得到重金属离子的种类及含量。
[0028] 其中，所述对电极为本领域技术人员熟知的三电极体系中的对电极即可，并无特 殊的限制，本发明中优选为金电极或铂电极;所述参比电极为本领域技术人员熟知的三电 极体系中的参比电极即可，并无特殊的限制，本发明中优选为Ag/AgCl电极或甘汞电极。
[0029] 将含重金属离子的待测溶液加入电化学检测设备中，施加沉积电位进行预处理； 所述重金属离子优选为Cd2+、Pb 2+、Cu2+与Hg2+中的一种或多种;所述沉积电位优选为-0.8~_ 1. IV，更优选为-0.9~-1. IV，再优选为-1.0~-1. IV，最优选为~-1.0V;所述施加沉积电位 进行预处理的时间优选为60~360s，更优选为100~360s，再优选为150~360s，再优选为 200~360s，再优选为250~360s，最优选为300~360s;在本发明提供的一些实施例中，所述 预处理的时间优选为300s;在本发明中，优选在预处理过程中对待测溶液进行搅拌;所述搅 拌的速度优选为100~1500转/分钟，更优选为500~700转/分钟，再优选为550~650转/分 钟，最优选为600转/分钟。施加沉积电位进行预处理使重金属离子富集于电极表面。
[0030] 停止搅拌后，用方波阳极溶出伏安法进行扫描；所述扫描的电位优选为-1.0~ 〇. 5V;所述扫描的电位增量优选为0.001~0.01V，更优选为0.001~0.008V，再优选为0.001 ~〇. 006V，再优选为0.002~0.006V，最优选为0.003~0.005V;在本发明提供的一些实施例 中，所述扫描的电位增量优选为0.004V;方波阳极溶出伏安法的扫描振幅优选为0.001~ 〇. IV，更优选为0.01~0.08V，再优选为0.01~0.06V，再优选为0.02~0.04V，最优选为0.02 ~0.03V;在本发明提供的一些实施例中，所述扫描振幅优选为0.025V;方波阳极溶出伏安 法的频率优选为5~30Hz，更优选为10~25Hz，再优选为10~20Hz，最优选为15~20Hz;在本 发明提供的一些实施例中，所述方波阳极溶出伏安法的频率优选为15Hz。
[0031] 扫描后，记录离子的峰电位与峰电流值，对比标准曲线，得到重金属离子的种类及 含量。峰电位与离子种类相关，而峰电流与离子浓度呈一定的线性关系，因此可以实现同时 多种重金属离子的检测。
[0032] 所述标准曲线优选按照以下方法得到:将含有重金属离子的标准溶液加入电化学 检测设备中，施加沉积电位进行预处理，再用方波阳极溶出伏安法进行扫描，记录离子的峰 电位与峰电流值，得到标准曲线。其检测过程同上所述，在此不再赘述。在本发明中，所述待 测溶液检测时的各条件参数优选与标准曲线制备时相同。
[0033]所述含重金属离子的标准溶液中的重金属离子优选为Cd2+、Pb2+、Cu 2+与Hg2+中的一 种或多种;所述Cd2+的浓度优选为0.5~5μΜ;所述Pd2+的浓度优选为0.075~5μΜ;所述Cu 2+的 浓度优选为〇. 075~5μΜ;所述Hg2+的浓度优选为0.1~5μΜ;所述含重金属离子的标准溶液优 选为含重金属离子的缓冲液溶液;所述缓冲液为本领域技术人员熟知的缓冲液即可，并无 特殊的限制，本发明中优选为醋酸缓冲液;所述醋酸缓冲液的PH值优选为4~6,更优选为4 ~5,再优选为4.5。
[0034] 本发明应用不锈钢电极作为工作电极，利用方波阳极溶出伏安法电化学检测重金 属离子。具体操作过程主要分为"预处理"和"溶出"两步完成，如图1所示，待测离子在极谱 分析产生极限电流的电位下电解一定的时间，然后改变电极的电位，使富集在该电极上的 物质重新溶出，根据溶出过程中所得到的方波伏安曲线来进行定性与定量分析。本发明以 不锈钢电极作为工作电极，可同时检测多种重金属离子，不仅材料方便易得，器件成本低， 同时提高了检测的选择性。
[0035] 为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种应用电化学分析法 检测重金属离子的方法进行详细描述。
[0036] 以下实施例中所用的试剂均为市售。
[0037] 实施例1
[0038] Cd2+，Pb2+，Cu2+和Hg2+的同时检测:在0.1Μ(ρΗ=4.5)的醋酸缓冲溶液中分别添加含 有0.5μΜ的Cd2+离子，0.075μΜ的Pb2+离子和Cu2+离子以及0. ΙμΜ的Hg2+离子浓度的溶液，不锈 钢电极作为工作电极，金电极为对电极，Ag/AgCl参比电极为参比电极，施加 -1.0 V的沉积电 位预处理300s，使离子富集于电极表面，富集过程以600转/分钟的速度搅拌。预处理后，停 止搅拌，在电位-1.0~0.5V范围内选用阳极方波溶出伏安法进行扫描（固定扫描参数:电位 增量为〇. 004V，扫描振幅为0.025V，频率为15Hz)，并记录各离子的峰电位与峰电流值。峰电 位与离子种类相关，而峰电流与离子浓度呈一定的线性关系，因此可以实现同时多种重金 属离子的检测。
[0039] 实施例2
[0040] Cd2+，Pb2+，Cu2+和Hg2+的同时检测:在0.1Μ(ρΗ=4.5)的醋酸缓冲溶液中分别添加含 有2μΜ浓度的Cd 2+，Pb2+，Cu2+和Hg2+溶液，不锈钢电极作为工作电极，金电极为对电极，Ag/ AgCl参比电极为参比电极，施加-1.0 V的沉积电位预处理300s，使离子富集于电极表面，富 集过程以600转/分钟的速度搅拌。预处理后，停止搅拌，在电位-1.0~0.5V范围内选用阳极 方波溶出伏安法进行扫描（固定扫描参数：电位增量为0.004V，扫描振幅为0.025V，频率为 15Hz)，并记录各离子的峰电位与峰电流值。峰电位与离子种类相关，而峰电流与离子浓度 呈一定的线性关系，因此可以实现同时多种重金属离子的检测。
[0041 ] 实施例3
[0042] Cd2+，Pb2+，Cu2+和Hg2+的同时检测:在0.1Μ(ρΗ=4.5)的醋酸缓冲溶液中分别添加含 有5μΜ浓度的Cd2+，Pb2+，Cu2+和Hg2+溶液，不锈钢电极作为工作电极，金电极为对电极，Ag/ AgCl参比电极为参比电极，施加-1.0 V的沉积电位预处理300s，使离子富集于电极表面，富 集过程以600转/分钟的速度搅拌。预处理后，停止搅拌，在电位-1.0-0.5V范围内选用阳极 方波溶出伏安法进行扫描（固定扫描参数：电位增量为0.004V，扫描振幅为0.025V，频率为 15Hz)，并记录各离子的峰电位与峰电流值。峰电位与离子种类相关，而峰电流与离子浓度 呈一定的线性关系，因此可以实现同时多种重金属离子的检测。
[0043] 图2为实施例1~实施例3检测不同浓度重金属离子的阳极方波曲线；图3为实施例 1~实施例3中得到的Cd2+的线性曲线；图4为实施例1~实施例3中得到的Pb 2+的线性曲线； 图5为实施例1~实施例3中得到的Cu2+的线性曲线；图6为实施例1~实施例3中得到的Hg 2+ 的线性曲线。由图3~图6可知，Cd2+，Pb2+，Cu 2+和Hg2+离子的检测限分别为0.18μΜ，0.032μΜ， 0 · 0079μΜ和0 · 025μΜ( S/N=3)。
[0044] 实施例4
[0045] 选用地下水为实际样品，应用以实施例1~实施例3相同的实验条件，采用标准加 入法进行检验方法的准确性。其实验结果如下表格所示。
[0046] 表1地下水中Cd2+，Pb2+，Cu2+与Hg 2+(n = 3)的检测结果
[0048]注:η为检测次数，ND为没有检测到。
【主权项】
1. 一种不锈钢工作电极在电化学分析法检测重金属离子中的应用。2. 根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述电化学分析法为方波阳极溶出伏安 法。3. -种应用电化学分析法检测重金属离子的方法，其特征在于，包括： 提供电化学检测设备，所述电化学检测设备包括工作电极、对电极与参比电极，所述工 作电极为不锈钢电极； 将含有重金属离子的待测溶液加入电化学检测设备中，施加沉积电位进行预处理，再 用方波阳极溶出伏安法进行扫描，记录离子的峰电位与峰电流值，对比标准曲线，得到重金 属尚子的种类及含量。4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述标准曲线按照以下方法得到： 将含有重金属离子的标准溶液加入电化学检测设备中，施加沉积电位进行预处理，再 用方波阳极溶出伏安法进行扫描，记录离子的峰电位与峰电流值，得到标准曲线。5. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对电极为金电极或铂电极;所述参比 电极为Ag/AgCl电极或甘汞电极。6. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述沉积电位为-0.8~-I. IV;所述预处理 的时间为60~360s。7. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预处理的过程中对待测溶液进行搅 拌;所述搅拌的速度为1 〇〇~1500转/分钟。8. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方波阳极溶出伏安法进行扫描的电位 增量为〇. 001~〇. OlV;扫描振幅为0.001~0.1 V;频率为5~30Hz。
【文档编号】G01N27/30GK105891294SQ201610463816
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】徐国宝, 凯迪·希梅利斯阿迪苏, 李素萍
【申请人】中国科学院长春应用化学研究所