基于化学修饰电极的环境污染物电化学检测

赵倩倩

(渤海大学化学化工学院，辽宁 锦州 121000)

分析与测试

基于化学修饰电极的环境污染物电化学检测

赵倩倩

(渤海大学化学化工学院，辽宁 锦州 121000)

在我国工业生产不断发展进步的情况下，环境污染问题越发严重和多样化，因此也催生了一系列全新的检测方式。针对化学修饰电极进行了简单的分析阐述，就其在环境污染物检测中的作用展开了分析，从金属离子、大气污染物等方面论述了其具体应用，希望可以对业界人士起到一定参考作用。

化学修饰电极；环境污染物；电化学检测；应用

环境污染物的种类繁多，根据具体产业的不同，其产生的污染物也是不同的。在化学修饰电极不断发展进步之后，业界将其逐步应用到环境污染物的检测之中，发挥了不错的效果。因此，需要了解化学修饰电极的基本原理，明确其具体应用，以便推动环境污染物检测的进步和提升。

1 化学修饰电极

近些年，电化学分析的不断发展，催生了化学修饰电极的产生和进步，其在方法上更加灵敏，在研究程度上从宏观到微观，使得相应的工作水平更高。具体而言，化学修饰电极就是通过物理或者化学的方法，将具有某些特别功能的离子、分子或者聚合物等附着固定在电极的表面，以便达成特殊的功能[1]。一般来说，电极的基底材料有金属、玻璃和石墨三大类。在进行修饰电极的制作时，要对其进行一定的预处理。一方面，由于电极本身重现电化学行为的性质较差，因此需要在进行电极修饰之前对其进行清洁处理[2]。另一方面，电极表面的固体状态差异，是造成重现性差的主要原因。明白这两个方面之后，就需要对电极表面做好加工，确保其固体状态差异最小。在达到一定的清洁标准之后，就可以对电极进行修饰，常用的方法有吸附修饰、共价键合修饰以及聚合物修饰3种。吸附修饰就是通过分子吸附作用将某些特定官能团吸附到电极表面；共价键合就是利用化学反应键接特定官能团到电极上；聚合物修饰就是通过等离子体聚合、有机硅烷缩合以及电化学聚合修饰电极。

2 环境污染物检测中化学修饰电极的作用

环境污染物检测是一项重要的工作，不仅可以及时发现环境是否受到污染，而且可以分析出污染物的具体成分，从而为相应的处置保护工作打下基础。将化学修饰电极应用到环境污染物检测当中，其作用是重大的，主要表现在以下几个方面。

第一，化学修饰电极的应用，增加了环境污染物检测的途径，丰富了检测手段，推动了相应工作的进步。由于产业的多样化，导致了环境污染的多样化。一些传统的检测手段在面对新污染的时候，已经不能发挥出高效的检测效果了。而化学修饰电极的出现，通过具体特殊功能的电极，可以对相应物质实现高效快速的检测，提升了环境污染物检测工作的效率。

第二，加强了环境污染物检测的针对性。从实际情况上来说，环境污染物检测的主要手段可以分为普适性和针对性这两大类，在一些新的污染物不断出现的情况下，以往的普适性和针对性检测手段的效果都出现了不同程度的下滑。因此，通过具备特殊功能电极的化学修饰电极，可以在环境污染物的检测上实现针对性检测，而且可以随着检测对象的变化而不断变化，具有很强的适应性。

第三，提升了环境污染物检测的准确性。在以往的检测工作当中，部分检测手段的准确性并不是很高，其往往只能检测出存在某类物质，却无法准确检测出具体的物质类别。比如，针对大气污染物进行检测时，某些手段只能检测出其具有氮氧化物，而无法检测出氮氧化物的具体类型。但是通过化学修饰电极，就可以准确检测出氮氧化物的具体类型，准确性很高。

3 环境污染物检测中化学修饰电极的实践应用

3.1 检测金属离子

金属离子是环境污染物中的一个大类，其中，铬离子、铅离子、铜离子、汞离子等是几种主要的金属离子污染物。在对这些离子进行检测的过程中，化学修饰电极可以发挥出显著的作用。比如，在对铜离子进行检测的时候，Rubinstein等就发明了一种化学修饰电极，其是将十八硫醇和2，2-乙硫醇基乙酰乙酸通过吸附修饰的方法在金电极的表面吸附成膜，从而实现对铜离子的选择性响应，达到检测效果[8]。而我国的李昌安等则通过共价键合的修饰方法，将金电极与L-半胱氨酸分子进行共价键合，形成专门的修饰电极，实现对铜离子的检测。除此之外，在铬离子定量分析的时候，可以采用吸附修饰的方法将谷胱甘肽和金电极进行吸附修饰处理，实现对铬离子的检测。对铅离子进行检测，则可以通过聚合物修饰的方式制造PVC粉末微电极。上述电极在检测上都存在单向性，何翡翡等凭借涂布法，对充蜡石墨电极利用三聚氰胺-乙二胺四草酰乙酸/纳米碳管复合物进行修饰，从而实现了对含有铅、锌、铬重金属离子的同时检测[11]。

3.2 检测大气污染物

大气污染物是环境污染物的另一个大类，而且直接存在于大气之中，对人们的生命安全具有重大影响。就实际情况而言，大气污染物的主要类型有氮氧化物、硫化物、甲醛等。对于不同形式的污染气体进行检测时，所运用的方法也是不一样的。

氮氧化物过多会造成光化学烟雾或是酸雨，对氮氧化物进行检测并控制其在大气中的含量是非常重要的。凭借化学修饰电极这种方法，可以通过聚合物修饰的方法，制作出1,10-菲络啉合钴电极。通过实验研究发现，该电极可以对一氧化氮起到显著的催化氧化效果，在2.4×10-7mol/L～4.2×10-5mol/L的范围内会表现出线性的电流和浓度关系，且检测下限达到了5.0×10-7mol/L。

硫化物在大气污染中主要是以二氧化硫的形式存在，其中，还具有部分硫化氢。对于二氧化硫的检测是非常重要的工作，其标准方法是盐酸副玫瑰苯胺比色法。通过长时间的实践，这种方法表现出了重现性不高、试剂使用过多、存在环境污染等多个问题。因此，可以在玻碳电极的基础上通过铁氰化镍对电极进行修饰处理，然后用于对二氧化硫的检测。从实际效果来看，该电极可以在1.0×10-6mol/L～2.0×10-2mol/L范围内和硫酸根离子表现出良好的电流与浓度线性关系，检测下限达到4.8×10-8mol/L，效果显著。

近些年，甲醛污染得到了较为广泛的关注，对甲醛进行检测也成为许多行业和人群的要求。基于实际的需求，在化学修饰电极理念的基础上，高桂莲等通过在电极上聚合不对称配体氮苯甲酸氮乙二胺草酰胺镍配合物，得出了一种专门用于甲醛检测的电极。而通过实践发现，该电极可以实现对甲醛的电催化，甲醛浓度在10-1mol/L～10-4mol/L范围内时，会表现出直线型的电流与电压关系，能够实现甲醛的定量分析。

除了金属离子和大气污染物之外，化学修饰电极还可以在pH、有机污染物以及无机阴离子等污染物质的检测上发挥作用。比如，在pH的检测上，可以采用聚合修饰的方法，将苯胺溶液和三乙醇胺掺杂起来，通过电氧化聚合对电极进行修饰，得到的电极可以对0～11范围的pH值实现快速检测。在有机物的检测上，则需根据具体检测对象的不同，针对性地制作符合检测对象特点的电极。在无机阴离子的检测上，也是依照检测对象的特点制作对应的化学修饰电极，依靠表现出的电流-浓度关系实现结果的判定。如，在玻碳电极表面将壳聚糖利用共价键合的方式进行修饰，在溶液中对碘离子具有良好的选择性和吸附性，检测效果灵敏、良好。

4 结束语

化学修饰电极是电化学分析的一个成果产物，其在环境污染物检测中的广泛应用，有效提升了这方面工作的质量水平。根据污染物的类别不同，化学修饰电极的制作方法和具体的检测功能也存在一定的差异。因此，在实际工作中，必须要结合实际情况制作化学修饰电极，并将其合理运用到污染物检测上，确保快速准确得出检测结果。

[1] 楚琳.纳米材料修饰电极电化学方法检测环境污染物[D].济南：山东大学,2012.

[2] 楚琳，张晓丽.浅谈纳米材料修饰电极电化学方法检测环境污染物[J].曲阜师范大学学报(自然科学版),2013,39(3):68-72.

Electrochemical detection of environmental pollutants based on chemically modified electrode

ZHAO Qianqian

(School of Chemistry and Chemical Engineering, Bohai University, Jinzhou Liaoning 121000, China)

With the continuous development and progress of industrial production in China, the problem of environmental pollution is becoming more and more serious and diverse. Therefore, a series of new detection methods are produced. This paper has carried on a simple analysis of chemical modified electrode, analyzes its role in environmental monitoring, and discusses the specific application of the metal ions and other air pollutants, providing reference for industry members.

chemically modified electrode; environmental pollutants; electrochemical detection; application

2017-01-05

赵倩倩，女，1994年出生，渤海大学化学化工学院在读硕士。研究方向：环境科学。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.01.14

O657.1

A

1004-7050(2017)01-0047-03