新型无机/有机复合材料修饰电极对铅离子检测研究

摘要

铅的高毒性、致癌性和生物富集性使其在低浓度下也会对环境和人体造成直接或不可逆的伤害，净化和检测环境中的铅已是全球关注焦点。因此，越来越多的研究者探索开发一种简单有效的监测废水中Pb2+的方法。本文在各种优异特性的纳米材料修饰电极的基础上，结合识别元件对 Pb2+的特异识别能力，构建了三种新颖的电化学传感器，实现了对水样中Pb2+的灵敏、快速检测。构建的三种新颖电化学传感器具有良好的再现性、稳定性和重复性，并且在实现对Pb2+特异性检测的同时均展现出宽的线性检测范围（LDR）、低的检测限（LOD）和低的定量检测限（LOQ），且均可以应用于实际水样中Pb2+的检测。
　　本研究主要内容包括：①制备了基于Fe3O4@TiO2/NG/Au/ETBD修饰电极的传感器用于检测环境中Pb2+。其中氮掺杂石墨烯（NG）作为基底材料，通过自组装的方法将具有高吸附性能和高导电性的Fe3O4@TiO2和 Au NPs固定在 NG表面用以提高检测性能， ETBD作为捕获 Pb2+探针。相比于传统检测技术和电极，制备的该传感器在检测Pb2+时有更宽的LDR（4×1013 mol/L~2×108 mol/L），更低的LOD（7.5×1013 mol/L）， LOQ（2.5×1012 mol/L）。此外，即使Pb2+浓度只有干扰离子浓度的千分之一甚至更少时，该传感器也能选择性识别Pb2+。②将Pb2+螯合剂ETBD作为Pb2+识别单元固定在Fe3O4@Au/MoS2/GN复合材料表面用以制备电化学传感器，采用方波伏安法（SWV）可高选择性的检测Pb2+。MoS2/GN作为基底材料不仅提高了传感器的电化学性能，还为Fe3O4@Au提供了结合位点。Fe3O4@Au连通了 ETBD与纳米材料间的电子传输。Fe3O4@Au、MoS2/GN和 ETBD间的协同效应使得电化学传感器检测 Pb2+时具有宽的 LDR4×10–14~2×10–8 mol/L，LOD低至3.38×10–14mol/L。③将大蒜提取物（GE）修饰在具有高比表面积和导电性的Fe3O4/GN纳米复合材料上，以SWV为检测手段对Pb2+进行分析。在最优条件下，Fe3O4/GN/GE/GCE对Pb2+的LDR为1×10 12 mol/L~1×10 6 mol/L，LOD为1.23×1014 mol/L，LOQ为4.10×10 14mol/L。其他重金属离子的对 Pb2+的检测影响可忽略不计。Fe3O4/GN/GE/GCE的稳定性和重现性良好，且成功的应用于检测自来水、嘉临江水和雨水中的Pb2+。

目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 铅离子的污染现状及危害

1.3 铅离子检测分析技术

1.4 电极修饰材料在电化学传感器中的应用

1.5 本文的选题思路及研究内容

2 Fe3O4@TiO2/NG/Au/ETBD复合材料修饰电极对Pb2+的检测

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

3 Fe3O4@Au/MoS2/GN/ETBD复合材料修饰电极对Pb2+的检测

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

4 Fe3O4/GN/GE复合材料修饰电极对Pb2+的检测

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 本文主要结论

5.2 不足与展望

致谢

参考文献

附录

A．作者在攻读硕士学位期间已发表的论文目录