滕柳梅 ，林 震

(1.重慶文理學(xué)院新材料技術(shù)研究院, 四川 重慶 402160；2 中國電子科技集團(tuán)公司第二十六研究所，四川 重慶 400000)

雙貴金屬-碳納米材料在重金屬離子檢測中的應(yīng)用

滕柳梅1，林 震2

(1.重慶文理學(xué)院新材料技術(shù)研究院, 四川 重慶 402160；2 中國電子科技集團(tuán)公司第二十六研究所，四川 重慶 400000)

闡述了重金屬離子的檢測方法以及采用電化學(xué)檢測法時可采用的各種材料，包括金屬納米材料、碳納米材料、有機(jī)聚合物以及生物材料等?？偨Y(jié)和展望了雙貴金屬材料和碳納米材料相結(jié)合在重金屬離子檢測中的應(yīng)用前景。

雙貴金屬；重金屬離子；電化學(xué)傳感器

隨著人類對重金屬的開采、冶煉以及加工等活動的深入，大量重金屬進(jìn)入大氣、水、土壤等環(huán)境中，從而引起了重金屬污染的嚴(yán)重化。盡管部分重金屬元素是人類生命活動所必須的微量元素，但由于重金屬不能被生物降解，具有生物累積性，可以在環(huán)境中積累和作物體內(nèi)殘留，通過食物鏈富集，最終進(jìn)入食物鏈頂端的人類體內(nèi)[1]。在日常生活中，重金屬主要以離子形式存在于污染水體中，常見的重金屬離子有：鎘離子(Cd2+)、汞離子(Hg2+)、銀離子(Ag+)、銅離子(Cu2+)、鉛離子(Pb2+)等。因此，及時、準(zhǔn)確、高靈敏測定環(huán)境中重金屬離子濃度是預(yù)防、控制和治理重金屬污染的基礎(chǔ)和前提。

1 重金屬離子的檢測方法

目前重金屬分析方法按照檢測原理分主要有：光譜法、比色法、生物化學(xué)法以及電化學(xué)方法等。其中傳統(tǒng)檢測重金屬的方法有原子吸收光譜法、原子發(fā)射光 譜法、電感耦合等離子質(zhì)譜法、熒光分光光譜法、激光誘導(dǎo)擊穿光譜法以及液相色譜分析法等。這些傳統(tǒng)檢測重金屬離子的方法儀器價格昂貴、操作復(fù)雜，設(shè)備笨重，不能實時實地進(jìn)行現(xiàn)場檢測，這使得他們的應(yīng)用受到了很大程度上的限制[2]。目前最受人們青睞的方法是電分析化學(xué)法，電分析化學(xué)法在化學(xué)成分分析中是一種公認(rèn)的快速、靈敏、準(zhǔn)確的微量和痕量分析方法。近幾十年發(fā)展起來的表面和界面分析化學(xué)使得電分析化學(xué)躋身于高科技技術(shù)領(lǐng)域[3]，促進(jìn)電分析化學(xué)的發(fā)展和在材料、醫(yī)學(xué)、生物以及環(huán)境方面的應(yīng)用。目前常用電化學(xué)檢測方法有電沉積法、方波伏安法、陽極溶出伏安法、陰極溶出法和電位溶出法等。湖南大學(xué)[4]采用電沉積法將石墨烯-金修飾電極與對汞離子有特性識別功能的DNA結(jié)合用于構(gòu)建高靈敏度的傳感器來檢測汞離子。Laila[5]利用藻酸鹽修飾石墨氈作為工作電極構(gòu)建電化學(xué)傳感器，通過方波伏安法可獲得較強(qiáng)的峰面積，該傳感器操作簡單，成本低廉并能成功地同時檢測汞離子和鉛離子。

2 重金屬電化學(xué)傳感器的研究進(jìn)展

2.1 金屬納米材料

金屬納米材料具有獨特的電學(xué)、光學(xué)和催化性能，不僅可以直接用于修飾電極，還可以通過官能團(tuán)與其他的小分子或生物分子連接修飾電極，可用于各種高特異性重金屬離子傳感器。。貴金屬具有化學(xué)惰性、高導(dǎo)電性并具有生物活性，將其制備成納米材料用于傳感器的修飾電極中可大大提高重金屬離子檢測的靈敏度。Moghimi等[6]人在以硅為基底上電沉積雙金屬FePt、 FeAu、 FePd和 AuPt納米粒子用于對生活飲用水中的砷離子進(jìn)行檢測，并獲得了很好的線性范圍和檢出限。

2.2 碳納米材料

碳納米材料由于其表面不易被氧化，導(dǎo)電性能好，氫超電位高，背景電流小，價格便宜等優(yōu)點，使其成為了實現(xiàn)重金屬離子檢測的理想材料。目前很多碳納米材料，如碳納米粒子，碳納米管，石墨烯，富勒烯等。通常情況下，它們很少單獨用來檢測重金屬離子而是作為吸附劑或預(yù)富集材料用于傳感器中。如：GAO等[7]人用硫瑾作為信號分子，利用石墨烯加強(qiáng)信號，制備出免標(biāo)記電化學(xué)傳感器檢測Pb2+。

2.3 有機(jī)聚合物

導(dǎo)電聚合物或者螯合聚合物可以通過聚合單體或修飾聚合物在電極表面上，可以通過與重金屬離子進(jìn)行配位，從而用于構(gòu)建重金屬離子傳感器。常用的導(dǎo)電聚合物如：聚苯胺，聚吡咯，聚乙炔等，這些聚合物通?？梢酝ㄟ^與無機(jī)納米材料結(jié)合從而用于制備靈敏度較高的重金屬離子電化學(xué)傳感器。湖南大學(xué)羅勝聯(lián)教授[8]將石墨烯和聚吡咯復(fù)合材料修飾到玻碳電極表面，研究了GRPPy/GC 電極對重金屬汞的檢測。

2.4 生物材料

基于生物材料為修飾電極檢測重金屬離子的的電化學(xué)傳感器叫重金屬電化學(xué)生物傳感器，是近年來出現(xiàn)的一種全新的重金屬離子檢測分析方法。原理是重金屬離子與生物活性分子上的特定基團(tuán)相結(jié)合，通過生物識別元件被識別從而使生物活性分子變性產(chǎn)生生物識別型號，以特異性識別目標(biāo)物的生物活性材料作為識別元件進(jìn)行重金屬離子的特異性檢測。由于生物材料種類繁多，應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，生物傳感器已成為目前的研究熱點，尤其是酶傳感器和DNA[9]傳感器在重金屬離子檢測中發(fā)揮了重要的作用。山東大學(xué)王楠等[10]用氧化石墨烯與金納米離子結(jié)合修飾電極基于T-Hg2+-T采用差分脈沖法檢測Hg2+。

3 結(jié)論和展望

近年來，人們并不滿足于單獨一種材料的使用，而是采用幾種具有優(yōu)異電化學(xué)性能的材料一起用于重金屬電化學(xué)傳感器的構(gòu)建中。特別是納米材料與其他材料的結(jié)合尤為受人青睞。納米材料由于其量子尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)，可把傳感器的性能提高到新的水平，使其不僅檢測的速度快、精度高、可靠性好，還能實現(xiàn)多功能化和選擇檢測。貴金屬修飾電極用于電化學(xué)傳感器檢測重金屬離子主要是利用部分貴金屬可以與很多重金屬離子形成低溫合金，能夠幫助重金屬離子在剪輯表面的還原和氧化溶出，從而提高電極對重金屬離子的檢測靈敏度。由此，在重金屬離子檢測的新發(fā)展中提出以下幾點展望：

(1)結(jié)合碳納米材料的特殊性能，進(jìn)一步設(shè)計雙貴金屬-碳納米材料新型微納界面，構(gòu)建一種新型的微納界面電化學(xué)傳感器，根據(jù)雙貴金屬對重金屬離子的選擇性提高傳感器的靈敏度和選擇性。(2)進(jìn)一步深入研究雙貴金屬-碳納米材料電化學(xué)傳感器檢測重金屬離子的反應(yīng)機(jī)理。(3)進(jìn)一步拓展研究對象，將研究深入到實際樣品中，同時提出雙貴金屬-碳納米材料電化學(xué)傳感器同時檢測多種重金屬離子的可能性，排除其他離子干擾，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

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(本文文獻(xiàn)格式：滕柳梅 ，林 震.雙貴金屬-碳納米材料在重金屬離子檢測中的應(yīng)用[J].山東化工，2016，45(16)：69-70.)

Application of Double Precious Metal -carbon Nano Materials in Detection of Heavy Metal Ions

TengLiumei1,LinZhen2

(1.Research Institute for New Materials Technology, Chongqing University of Arts and Sciences, Chongqing 402160,China; 2.Institute of China Electronics Technology Group Corporation 26,Chongqing 400000,China)

The paper discusses the detection methods of heavy metal ions and electrochemical techniques can be used in a variety of materials, including metal nanometer materials, carbon nano materials, organic polymer, biological materials and so on. Application prospect of double precious metal -carbon nano materials in detection of heavy metal ions was summarized.

double metal; heavy metal ions; electrochemical sensor

2016-06-12

重慶文理學(xué)院校級項目(Y2014CJ27)

滕柳梅，女，重慶永川人，重慶文理學(xué)院助理實驗師，碩士，現(xiàn)主要從事掃描電鏡，原子力顯微鏡以及電化學(xué)傳感器的相關(guān)研究院。

O657.1

A

1008-021X(2016)16-0069-02