納米技術在重金屬離子
——鉛中的檢測

李　婷

（南通市環保宣教中心，江蘇南通 226006）

納米技術在重金屬離子
——鉛中的檢測

李婷

（南通市環保宣教中心，江蘇南通 226006）

以電化學沉積法在玻碳電極上修飾納米金顆粒，以修飾后的電極作為工作電極，用于同位鍍鉍膜法連續測定水中鉛的含量。在含鉍的溶液中，采用示差脈沖溶出伏安法測定鉛離子的濃度，考察電解液pH值、富集電位、富集時間及鉍膜濃度對溶出峰的影響，優化出最佳實驗條件。在優化的實驗條件下，金屬離子濃度和峰電流有較好的線性關系，結果表明，本法測定結果準確度，靈敏度較高，重現性良好，可實現水中微量重金屬離子的快速測定。

鉛 納米 鉍膜 示差脈沖溶出伏安法 電化學傳感器

鉛是一種具有蓄積性、多親和性的毒物，對人體危害性很大，接觸了鉛的胎兒可能死亡或發育畸形。因此，其準確測定一直受到人們的普遍關注。測定鉛的方法已有較多，如原子吸收法、比色法、電化學分析方法等。相對其它方法，電化學法具有不需要昂貴儀器，靈敏度高等優點。

電化學分析中，汞膜電極由于具有較高的靈敏度和良好的重現性而被廣泛應用于痕量重金屬離子的檢測，但汞具有很高的毒性，易造成環境污染，因此，尋找可以替代汞膜電極的新電極已成為該領域的熱點話題。

近年來，電分析化學工作者發現了各種環境友好型的無汞工作電極，如鉍膜電極、銻膜電極、其它惰性電極等。鉍膜電極具有與汞膜電極相似的電化學性能，不僅操作簡單、靈敏度高、鉍膜易除去、毒性低，而且綠色環保，故倍受化學工作者的青睞，并廣泛地用于重金屬離子的檢測。

納米材料由于其獨特的優點，已成為人們關注的焦點和研究的重要領域。納米材料具有小尺寸效應，表面效應、體積效應和介電限域效應等不同于塊體材料和原子或分子的介觀性質。納米材料對許多重金屬離子具有很強的吸附能力，可廣泛運用于重金屬的檢測。例如，納米金具有生物相容性好，獨特的光、電學性能，且粒徑可控等優點，可用于痕量重金屬的檢測。

實驗結合納米金和鉍膜的獨特物理、化學性質及其對于痕量重金屬的檢測特性，構建了納米金/鉍膜修飾玻碳電極的電化學傳感器，運用示差脈沖溶出伏安法，研究痕量鉛的電化學行為及其測定。

1　試驗部分

1.1儀器試劑

CHI 660A型電化學工作站；三電極工作系統:玻碳電極（GCE）及鉍膜修飾電極為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，鉑電極為對電極。

pHS-3C型精密pH計（上海雷磁儀器廠）。

KQ-250DE型醫用數控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）。

78_1型磁力加熱攪拌器（江蘇金壇市醫療儀器廠）。

1.2電極制備

實驗過程中所用的玻璃器皿均用王水浸泡洗滌，再用二次蒸餾水徹底洗干凈并在空氣中晾干。玻碳電極依次用1.0、0.3、0.05mm Al2O3粉末進行拋光，并依次在無水乙醇和水中超聲清洗，時間均為5min。在5mmol·L-1HAuCl4和0.5mol·L-1H2SO4混合溶液中，以裸玻碳電極為工作電極，甘汞和鉑絲分別為參比電極和輔助電極，設置沉積電位-0.01V，沉積時間120s，即得金納米粒子修飾玻碳電極。

1.3試驗方法

納米金/鉍膜修飾電極為工作電極，甘汞電極為參比電極，鉑絲電極為對電極，組成三電極系統。置于3mL含一定濃度Pb2+和1×10-3mol/ LBi3+的0.1mol/L pH4.5乙酸-乙酸鈉緩沖液中，在-1.0V富集250s進行同位鍍鉍，靜止30s后，進行差分脈沖伏安掃描（-1.2～0V），測定Pb2+的溶出峰電流。將電位于0.3V保持100s，溶出前一次的沉積物，可用同一電極進行多次測定。

2　結果與討論

2.1電極的選擇

g/L Pb2+在裸玻碳電極（GCE）、鉍膜電極（BFE）及納米金/鉍膜電極（GCE Au/Bi）溶出伏安曲線。鉛在裸玻碳電極上不出峰；而在鉍膜電極上產生靈敏的溶出峰，峰電位為-0.59V；與此相比，鉛在納米金/鉍膜電極上產生更靈敏、更尖銳的溶出峰，因此納米金/鉍膜電極可以靈敏度更高。

2.2檢測條件的優化

2.2.1最佳pH

實驗中以HAc-NaAc為電解質，考察pH值對溶出峰電流的影響。結果表明，當pH為4.5時，Pb2+溶出峰電流最大，因此，實驗最終選定支持電解質的pH為4.5。

2.2.2最佳富集電位

在進行同位鍍鉍時，考察了不同富集電位溶出峰電流的影響。實驗表明，當富集電位為-1V時， Pb2+的溶出峰電流最大。因此，為了獲得高的靈敏度，選擇沉積電位-1V。

2.2.3最佳富集時間

進行電沉積時，以不同沉積時間（50—400s）同位鍍鉍并進行差分脈沖溶出伏安測定，結果發現Pb2+的溶出峰電流在50—250s時，隨沉積時間的增加而增大，當時間繼續增加后，響應電流減小。因此，為了獲得高的靈敏度，沉積時間選擇250s。

2.2.4最佳鉍膜濃度

鍍鉍液的濃度會影響鉍膜的形成，Bi3+濃度越低，所鍍鉍膜越薄，電沉積的重金屬在鉍齊合金膜中的濃度就越高，在溶出掃描階段溶出較完全，因此靈敏度就高。但是Bi3+濃度太低，鉍膜形成不夠致密、均勻，且重現性較差。Bi3+濃度太高，鉍膜厚度加大，重現性變好，但靈敏度會下降。

實驗考察了1×10-5～1×10-2mol/L的Bi3+對溶出峰電流的影響。結果表明，Pb2+的溶出峰電流隨Bi3+濃度的增加而增大，但當Bi3+的濃度大于1×10-3mol/L時，峰電流開始下降，故實驗選擇1×10-3mol/L作為最佳鍍鉍濃度。

配制一系列標準溶液，采用示差脈沖伏安法，在上述選定的最佳實驗條件下進行測定，并繪制工作曲線。結果表明，氧化峰電流與Pb2+的濃度在1-14g/L范圍內呈線性關系。線性回歸方程為: i=1.649×10-7+2.675×10-7C （r=0.9987），檢出限為0.83g/L。

2.3重復性和穩定性

采用同一鉍膜電極對含9.5g/L Pb2+的緩沖溶液平行測定10次，相對標準偏差為2.18%，表明電極具有優良的重復性。將預處理玻碳電極放置2d后再次測定，峰電流基本不變，說明該預處理玻碳電極具有較高的穩定性。

［1］朱桂琴，史建公，王萬林.銀納米材料制備和應用進展［J］.科技導報，2010（22）.

［2］袁欣.高分子穩定的貴金屬納米顆粒的制備、表征及其在重金屬離子檢測中的應用［J］.東南大學，2014.01.

此項目為2014年江蘇省環保公益小額資助項目。