重金屬電化學傳感器及其在海水檢測中應(yīng)用的研究.pdf

1、重金屬是一種很危險的污染物，往往長期積累在生物體內(nèi)不可降解，在極其微量的情況下也會產(chǎn)生不良后果。各種生態(tài)系統(tǒng)都不同程度地受到重金屬的影響。重金屬通過食物鏈沉積到人體中，可引起多種疾病甚至癌癥，危害還可能遺傳到下一代。因此痕量重金屬的定量分析在藥物、食品、臨床和環(huán)境檢測等方面都是非常重要的。 近年來，我國海域水質(zhì)污染日益加劇?？刂坪Ｋ廴荆Ｗo海洋生態(tài)環(huán)境迫在眉睫。因此，“十五”期間國家提出了建立船載海洋生態(tài)環(huán)境現(xiàn)場快速監(jiān)測系統(tǒng)的

2、計劃。相對于其它重金屬檢測方法，電化學溶出伏安法可以同時快速檢測多種重金屬元素，具有儀器體積小，價格低，操作簡單，靈敏度高等優(yōu)點，易于實現(xiàn)現(xiàn)場自動檢測重金屬。目前，現(xiàn)代傳感器及其分析儀器正在朝著微型化、集成化、自動化的趨勢發(fā)展。微型電化學傳感器易于批量生產(chǎn)，成本低，一致性好，同時具有分析樣品少，響應(yīng)時間快，信噪比高等優(yōu)點。 本文重點研究了重金屬電化學傳感器及其在海水檢測中的應(yīng)用，旨在實現(xiàn)傳感器的微型化、集成化和分析儀器的自動化、

3、便攜化。該研究得到了國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)、國家自然科學基金委國際合作中俄專項基金以及浙江省國際合作重點項目的資助。 本文所做的主要工作如下： 1)基于電化學溶出伏安法測定了鋅、鎘、鉛、銅、錳、砷等重金屬元素。通過一系列的條件實驗，優(yōu)化實驗參數(shù)，并對實驗結(jié)果進行了分析和探討。實驗選擇汞膜電極，同時測定水溶液中鋅、鎘、鉛和銅四種元素，它們的線性范圍分別為10～1000μg/L、1～500μg/L、2～800μ

4、g/L和5～500μg/L，檢出限分別為2.8μg/L、0.2μg/L、0.8μg/L和1.1μg/L；采用汞膜電極測定錳，得到錳的線性范圍為5～200μg/L，檢出限為1μg/L；應(yīng)用金電極測定砷，得到砷的線性范圍為10～500μg/L，檢出限為3.2μg/L。 2)基于微加工技術(shù)研制了微型電化學傳感器。采用氧化、濺射、光刻、腐蝕等微加工工藝，在5.5×5.5mm2的硅基底上設(shè)計了30×30的金盤微電極陣列(microelec

5、trodearray，MEA)。單個微電極的直徑為10μm，電極間距為150μm。鍍汞金微電極陣列差分脈沖溶出伏安同時測定鋅、鎘、鉛和銅四種元素，分別在5～400μg/L、0.3～200μg/L、1～200μg/L和1～300μg/L的線性范圍內(nèi)得到良好結(jié)果，檢出限分別為0.8μg/L、0.1μg/L、0.5μg/L和0.3μg/L。與普通電極相比，微電極陣列所需樣品量少，不需攪拌和支持電解質(zhì)，掃描速度快，分辨率高，檢出限低。

6、3)研制了用于多元素重金屬檢測的集成微型傳感器。通過微加工工藝，在6×6mm2的硅片上設(shè)計了兩個微電極陣列和兩個光尋址電位傳感器(light-addressablepotentiometricsensor，LAPS)。其中每個微電極陣列由8×8個直徑為10μm的金微電極組成，電極間距為80μm。并采用電鍍銀和鉑的方法在硅片上制作了微型參比電極和對電極。在硅片的兩個2×2mm2的表面上分別沉積了鐵離子和鉻離子選擇性薄膜以形成光尋址電位傳感

7、器。該集成微型傳感器用于測定鋅、鎘、鉛、銅、錳、砷、鐵、鉻等多種元素。其中微電極陣列溶出伏安檢測鋅、鎘、鉛、銅的線性范圍分別為10～200μg/L、1～100μg/L、5～100μg/L和10～200μg/L，檢出限分別為3μg/L、0.3μg/L、1μg/L和2μg/L；檢測錳的線性范圍為1～100μg/L，檢出限為0.3μg/L；檢測砷的線性范圍為5～150μg/L，檢出限為1μg/L。光尋址電位傳感器檢測鐵、鉻的檢出限分別達到3.