基于纳米银制备重金属离子电化学传感器

周 亚

(晋中职业技术学院，山西 晋中 030600)

1 实验原理

纳米银制备原理：三电极体系中的工作电极释放电子，AgNO3溶液中的Ag+获得电子还原为银原子，吸附在工作电极表面，最终得到纳米银[1]。

传感器检测原理：采用三电极体系(见表1)，通过阳极溶出伏安法(SWASV)对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)进行检测。首先在-1V的电位下，对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)进行富集180 s，然后再施加反向电位，使Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)重新回归到溶液中，Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)在对应电位产生氧化电流，形成氧化电流峰，其氧化电流峰值与Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的浓度成正比[2-3]。

表1 三电极体系

2 实验仪器、试剂及溶液配制(见表2～表4)

表2 实验仪器

表3 实验试剂

表4 溶液配制

3 实验过程

3.1 制备纳米银

采用三电极体系，在0.2 mol·L-1的硝酸银溶液中制备纳米银，沉积电压设置为-1.5 V，时间设置为200 s。

3.2 电化学性能表征

在0.1 mol·L-1的铁氰化钾溶液中进行CV和EIS测试，以表征修饰后玻碳电极的电化学特性。在第15页图1a)中，裸电极和修饰后电极的氧化电流峰值分别约为93.4 μA和153.2 μA，修饰后电极的氧化还原峰值更高，表明修饰后电极表面的电子转移速率更快。第15页图1b)为EIS测试结果。在图1b)中，裸电极和修饰后电极的电子转移电阻值分别约为92.5 Ω和81.2 Ω，实验结果表明纳米银修饰的工作电极表面的电子转移速率更快，EIS结果与CV结果一致。

3.3 重金属离子检测

在0.1 mol·L-1醋酸-醋酸钠缓冲液中，采用三电极体系，利用电化学工作站中的SWASV法对Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)进行检测，离子浓度范围从0.01 μmol至0.06 μmol。在实验结果图2a)中，Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)氧化溶出峰的出现分别在-0.5 V和0 V附近，随着两种离子浓度的增加，对应的检测电流峰值也增加。将两种离子的检测浓度与检测电流进行线性拟合，最终得到线性关系方程为I(μA)=0.13+88.49c(μmol·L-1)和I(μA)=0.48+79.96c(μmol·L-1)。Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的灵敏度分别为88.49 μA·μM-1和79.96 μA·μM-1，检测限分别为0.13 μmol·L-1和0.21 μmol·L-1。

图2 a)重金属离子检测 b)对应 a)的线性关系图

3.4 传感器稳定性测试

重金属离子电化学传感器进一步进行稳定性检测。每隔两天对0.03 μmol的Cu(Ⅱ)离子进行检测，进行了5次平行实验，实验结果总结至表5，可看出，Cu(Ⅱ)检测电流基本保持不变。实验结果表明，该电化学传感器具有很好的稳定性。

表5 平行实验

4 结论

通过沉积法成功制备出纳米银，将其应用于重金属离子电化学传感器，实现了对Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)两种离子的同时检测。该重金属离子电化学传感器对Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的检测限分别为0.13 μmol·L-1和0.21 μmol·L-1。实验结果表明，纳米银制备重金属离子电化学传感器有一定的应用前景。