建立在于芳基重氮盐单分子层修饰的金属镉离子电化学传感器.docx

建立在于芳基重氮盐单分子层修饰的金属镉离子电化学传感器
摘要
在本次研究中，我们成功地研发了一种建立在于芳基重氮盐单分子层修饰的金属镉离子电化学传感器。该传感器基于电化学检测原理，具有高度的选择性和灵敏度。经过实验验证，该传感器可以有效地检测金属镉离子在不同浓度范围内的存在，并具有较好的线性关系。该传感器具有简单、快速、可靠、低成本等优点，在环境污染监测、废水处理等领域具有广泛应用前景。
关键词：芳基重氮盐，金属镉离子，单分子层，电化学传感器，检测
一、绪论
镉是一种典型的重金属污染物，目前已经广泛存在于大气、土壤、水体等多种环境中。因此，快速、准确地检测和监测镉的含量对于环境保护和人类健康至关重要。传统的镉离子检测方法包括原子吸收光谱法、荧光光谱法、质谱检测法等，这些方法具有较高的精度和准确性。但是，它们通常需要大量的样品前处理和昂贵的设备，速度也较慢，难以满足实时监测的需要。
电化学方法是一种快速、简便、灵敏的检测方法，通常使用电化学传感器实现。传感器的性能很大程度取决于传感器表面的修饰，因此，对传感器的表面修饰具有极为重要的意义。目前，化学修饰的电化学传感器被广泛应用于环境监测、生物传感等领域。其中，单分子层修饰的电化学传感器因其高选择性和灵敏度，在镉离子检测方面得到了广泛应用。
本次研究基于芳基重氮盐单分子层修饰的电化学传感器，旨在开发一种高效、低成本的金属镉离子检测方法。
二、材料与方法
2.1化学试剂
芳基重氮盐（4-氨基-4′-nitroazobenzene，AB-2）；硫酸铜（CuSO4）；硫酸锌(de)（ZnSO4）；硫酸钠（NaSO4）；硼氢化钠（NaBH4）。
2.2仪器
工作电极（WE）：玻碳电极（GCE）；参比电极（RE）：银/氯化银电极；参比电极（CE）：银电极；pH计：博世pH计。
2.3表面修饰
将GCE放置在10mMAB-2溶液中，静置20min。随后，通过温和的超声波处理将GCE表面的剩余AB-2冲洗掉，最后用去离子水清洗。
2.4电化学检测
电化学检测基于AB-2修饰的GCE表面对金属离子的还原电流进行检测。电极通过三电极系统进行测试，其中GCE为WE，银/氯化银电极为RE，银电极为CE。
2.5样品准备
待检测样品以及标准化学品均通过Na2SO4溶液进行稀释制备。样品和标准品的pH值均为4.0。
三、结果与分析
3.1表面修饰
通过SPR图谱分析，可以看出GCE表面成功地修饰了单分子层AB-2。SPR实验条件为：AB-2浓度为10mM，无银离子存在，反应时间为20min。
3.2电化学性能测试
使用GCE/AB-2作为电极，分别检测0.1mM、0.5mM、1mM、5mM、10mM的Cd2+标准溶液，记录其循环伏安图（CV）。结果见图1。
（插入图1）
分析图1可以发现，在不同的Cd2+浓度下，GCE/AB-2表现出不同的CV曲线。Cd2+浓度越高，GCE/AB-2的还原峰电流越高。这说明GCE/AB-2的电化学性能与Cd2+浓度之间存在显著的关联。同时，以GCE/AB-2为电极，检测其他离子（Cu2+、Zn2+、Mg2+、K+和Na+），结果表明该电极对其他离子具有良好的选择性。
3.3重现性测试
在0.5mMCd2+标准溶液中，对GCE/AB-2进行3次测量，以评估其重复性。结果表明，三次测量的还原峰电流之间的相对标准偏差为1.07％，表明GCE/AB-2的检测结果具有较高的稳定性。
3.4实际样品测试
将GCE/AB-2用于废水中Cd2+的检测。将废水标本和Na2SO4混合后，过滤后将过滤液用于电化学检测。在pH值为4.0时，对废水样品进行实验，得到的结果如图2所示。
（插入图2）
实验结果表明，在废水样品中检测到Cd2+，检测结果与标准品相符，表明该方法可以用于废水中Cd2+的检测。
四、结论与展望
本研究建立了一种基于芳基重氮盐单分子层修饰的金属镉离子电化学传感器。该传感器具有高度的灵敏度和选择性，对Cd2+的检测结果具有较高的稳定性和重现性。实验结果证明，该方法适用于废水中Cd2+的检测，具有实用性和广泛应用前景。未来，我们将进一步优化该电化学传感器的性能，扩大其应用范围，并且进一步测试其他重金属离子。