石墨烯修饰电极对汞离子溶出伏安分析的研究

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汞离子是一种被人们熟知的有毒重金属离子,具有生物不可降解性。一旦汞离子摄入进人体内,由于其不能代谢会在人体内积聚以致汞中毒、发生病变甚至死亡。所以对汞离子检测技术的要求十分精密,应达到痕量水平。除了比较灵敏的光谱技术以外,电化学中的溶出伏安法也是一种对汞离子具有高选择性和高灵敏度的检测方法。在利用溶出伏安法对汞离子分析检测的过程中,最为关键的一个步骤就是预富集。而在预富集过程中,除了要选用合适的沉积电位,性能优异的电极材料也是影响预富集效果的一个至关重要的因素。氧化石墨烯,一种凭借其优异性能在电化学领域活跃了很多年的材料,可以用来作为对汞离子进行溶出伏安分析的电极材料。在本论文中,我们对氧化石墨烯进行了处理和掺杂,以达到对汞离子在溶出伏安分析中获得更为优异性能的目的。主要内容如下:(1)由改良的Hummers法制得的氧化石墨烯(a-GO)是由两组分构成的,即在轻微氧化的石墨烯层上含有一些高度氧化的多环芳烃衍生物,也称之为氧化碎片(OD)。这些OD可以通过碱洗的方法除去,得到碱洗处理的氧化石墨烯(bw-GO)。bw-GO会裸露出更多可以沉积汞离子的活性位点,即在一定程度上可以提高对汞离子溶出伏安分析的性能。实验结果显示,在利用溶出伏安法对汞离子检测时,bw-GO/GCE呈现出优于a-GO/GCE的性能,如较高的灵敏度、较宽的线性范围和较低的检出限。(2)为了进一步提高氧化石墨烯对汞离子溶出伏安分析的性能,我们采用了对氧化石墨烯进行杂原子掺杂的方法。在可掺杂的杂原子中,氮原子凭借其相当的尺寸和五个价电子的存在可以稳定地掺杂进入石墨烯晶格中而脱颖而出。我们采用将GO置于NH3氛围中煅烧的方法得到氮掺杂还原氧化石墨烯(NRGO),然后将该材料修饰在玻碳电极上用来对汞离子进行溶出伏安分析。由于在高温条件下可以将GO还原,所以作为对比材料,我们在同样的实验条件下,将GO置于N2氛围中煅烧得到还原氧化石墨烯(RGO)。由于氮原子对汞离子具有络合吸附作用,这就使得NRGO/GCE能够获得对汞离子更好的预富集效果。实验发现,与RGO/GCE相比,NRGO/GCE对汞离子的溶出伏安响应更好,且灵敏度更高、检出限更低。同时,对NRGO/GCE的实用价值也进行了相应的评估,结果显示其拥有良好的选择性、重复性、重现性,并且也可以对实际样品进行测定。
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