基于硫醇自组装膜的汞离子选择性金平板电极

【摘要】：汞(Hg)是一种毒性很强的重金属,且在环境和生物中具有生物累积性,近年来有关汞的快速灵敏检测分析方法研究,受到人们的广泛关注。离子选择性电极(ISE)方法由于具有速度快、制备简易、成本低和灵敏度高等优点,已得到广泛发展,因此设计一种快速检测汞离子的简易离子选择性电位传感器,在环境、医学和农业等领域中具有很大的应用价值。本论文主要致力于研究基于硫醇自组装膜汞金平板电极方法,并建立汞离子的分析检测体系。主要内容如下：第二章：将1,4-二硫苏糖醇(DTT)自组装在100nm厚的平整金膜表面,形成DTT膜修饰金平板电极(Gold Plate Electrode, GPE),构建了一种新颖的简单快速测定汞离子的选择电极分析方法。通过电化学交流阻抗和循环伏安法探讨了该电极的响应原理,即固定在Au表面的DTT通过另一端的巯基与Hg2+发生强配位作用而吸附结合了带正电荷的汞离子,引起电极表面膜电位的变化,从而选择性地识别汞离子,这也得到电极表面SEM图像的表征和XPS图谱数据的证明。实验发现,该电极在pH=6.0的Tris-HCl缓冲溶液中对汞离子有良好的电位响应性能,其线性范围为1.0×10-8-1.0×10-3mol/L,能斯特响应斜率为29.62±0.2mV/-pC (25℃),检测下限为5.1×10-9mo1/L。同时,该汞离子电极响应快速,响应时间为20秒,且有比较好的重现性和稳定性。通过对Cu2+、Fe2+、Na+、 K+、Mg2+、Ba2+、Ca2+、Zn2+、Sn2+、Pb2+、Ag+、Al3+、Fe3+、Ni2-、IO3-、和C103-等金属离子选择性系数的测定,发现这些金属离子不干扰该电极对Hg2+的检测。此外,将该电极用于实际水样中微量汞离子含量的测定,结果与双硫腙分光光度方法-致,且回收率为98.20-101.75%,表明该新型选择电极在环境水质监测等领域有重要的应用前景。第三章：本文研究了11-巯基十一烷酸(11-Mercaptoundecanoic acid,11-MUA)自组装膜的平板金电极(Gold Plate Electrode, GPE)测定汞离子的分析方法,固定在Au表面的11-MUA通过另一端的羧基与Hg2+发生强配位作用而吸附结合了带正电荷的汞离子,引起电极表面膜电位的变化,从而选择性地识别汞离子,这得到电极表面SEM图像的表征和XPS图谱数据的证明。实验发现,该电极在pH=8.0时的Tris-HCl缓冲溶液中对汞离子有较好的电位响应,电极对汞离子的线性响应范围为1.0×10-7-1.0×10-3mol/L,响应灵敏度为29.4±0.3mV/-pC(25℃),检测下限为8.0x10-8mol/L,向应时间为20秒,且有比较好的重现性和稳定性。通过测定各种干扰金属离子选择性系数,发现Cu2+、Fe2+ Na+、K+、Mg2+、Ba2+、Ca2+、Zn2+、Sn2+、Pb2+、Ag+、Bi3+、Al3+、Fe3+和Ni2+十五种金属离子不干扰该电极对Hg2+的检测,该电极回收率可达97.5%-104.2%,以上结论说明,该电极可应用于环境水中汞离子的检测。第四章：本文研究了11-氨基-1-十一烷硫醇(11-AUT)自组装膜的平板金电极(Gold Plate Electrode, GPE)测定汞离子的分析方法。固定在Au表面的11-AUT通过另一端的羧基与Hg2+发生强配位作用而吸附结合了带正电荷的汞离子,引起电极表面膜电位的变化,从而选择性地识别汞离子,这得到电极表面循环伏安测试、SEM图像的表征和XPS图谱数据的证明。实验发现,该电极在pH=8.0时的Tris-HCl;缓冲溶液中对汞离子有较好的电位响应,电极对汞离子的线性响应范围为3.2×10-8～1.0×10-4mol/L,响应灵敏度为29.12±0.5mV/-pC(25℃),检测下限为2.4×10-8mol/L,响应时间为16秒。该电极有比较好的重现性和稳定性。通过测定Na+、K+、Li+、Ba2+、Ca2+、Cu2+、Zn2+、Pb2+、Ag+、Al3+、 Sr2+、Fe2+、Bi+、NH4+、Mn2+、Co2+十六种金属离子选择性系数,发现这些金属离子的不干扰电极对汞离子的测定。此外,该电极回收率可达93.38～104.25%,说明该电位传感器有望成为分析测试Hg2+的一种新的测试手段。第五章：本文研究了L-半胱氨酸(L-Cysteine, L-Cys)自组装膜的平板金电极(Gold Plate Electrode, GPE)测定汞离子的分析方法,应用于生活环境中微量重金属汞离子检测。固定在Au表面的L-Cys通过末端的羧基与Hg2+发生强配位作用而吸附结合了带正电荷的汞离子,引起电极表面膜电位的变化,从而选择性地识别汞离子,这得到电极表面循环伏安测试、SEM图像的表征和XPS图谱数据的证明。实验发现,该电极在pH=7.0时的Tris-HCl缓冲溶液中对汞离子有较好的电位响应,电极对汞离子的线性响应范围为1.0×10-8～1.0×10-4mol/L,响应灵敏度为30.42±0.6 mV/-pC (25℃),检测下限为6.3×10-9mol/L,响应时间为22秒。该电极有比较好的重现性和稳定性。通过测定Na+ 、K+、Li+、Ba2+、Ca2+、Cu2+、Zn2+、Pb2+、Ag+、Al3+、Sr2+、Fe2+、Bi+、NF4+、Mn2+ 、Co2+十六种金属离子选择性系数,发现这些金属离子的不干扰电极对汞离子的测定。此外,该电极回收率可达95.67～105.47%。GPE/L-Cys自组装膜电极能有效检测环境水体中的汞离子,为研究重金属检测方法提供了新思路第六章(补篇)：卷烟纸中钾钠元素含量的快速检测是研究关注的重点。将PNa玻璃电极和PK电极分别应用于卷烟纸中钠离子和钾离子的测定,响应时间短,对常规金属离子的选择性好；钠电极在pH=12.03的二异丙胺缓冲溶液中对钠离子的线性响应范围为2.0×10-6-2.0×10-2mol/L,能斯特响应斜率为55.6±0.6mV/-pC (25℃),检测下限为6.31×10-7mol/L;钾电极在pH=8.0的Tris-HCl缓冲溶液中对K+离子的线性响应范围为2.0×10-5-2.0×10-2mol/L,能斯特响应斜率为53.7±0.5mV/-pC (25℃),检测下限为7.94×10-6mol/L且对卷烟纸样品中Na和K含量测定的回收率分别为94.5～103.3%、92.8～105.5%,与火焰原子吸收光谱方法比较,结果一致,有应用前景。
【关键词】：离子选择性电极 金平板电极 自组装膜 汞离子 1 4-二硫苏糖醇 11-巯基十一烷酸 11-氨基-1-十一烷硫醇 L-半胱氨酸 钠离子 钾离子
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O657.15