基于化學(xué)修飾電極的環(huán)境污染物電化學(xué)檢測(cè)

趙倩倩

(渤海大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，遼寧 錦州 121000)

分析與測(cè)試

基于化學(xué)修飾電極的環(huán)境污染物電化學(xué)檢測(cè)

趙倩倩

(渤海大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，遼寧 錦州 121000)

在我國工業(yè)生產(chǎn)不斷發(fā)展進(jìn)步的情況下，環(huán)境污染問題越發(fā)嚴(yán)重和多樣化，因此也催生了一系列全新的檢測(cè)方式。針對(duì)化學(xué)修飾電極進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析闡述，就其在環(huán)境污染物檢測(cè)中的作用展開了分析，從金屬離子、大氣污染物等方面論述了其具體應(yīng)用，希望可以對(duì)業(yè)界人士起到一定參考作用。

化學(xué)修飾電極；環(huán)境污染物；電化學(xué)檢測(cè)；應(yīng)用

環(huán)境污染物的種類繁多，根據(jù)具體產(chǎn)業(yè)的不同，其產(chǎn)生的污染物也是不同的。在化學(xué)修飾電極不斷發(fā)展進(jìn)步之后，業(yè)界將其逐步應(yīng)用到環(huán)境污染物的檢測(cè)之中，發(fā)揮了不錯(cuò)的效果。因此，需要了解化學(xué)修飾電極的基本原理，明確其具體應(yīng)用，以便推動(dòng)環(huán)境污染物檢測(cè)的進(jìn)步和提升。

1 化學(xué)修飾電極

近些年，電化學(xué)分析的不斷發(fā)展，催生了化學(xué)修飾電極的產(chǎn)生和進(jìn)步，其在方法上更加靈敏，在研究程度上從宏觀到微觀，使得相應(yīng)的工作水平更高。具體而言，化學(xué)修飾電極就是通過物理或者化學(xué)的方法，將具有某些特別功能的離子、分子或者聚合物等附著固定在電極的表面，以便達(dá)成特殊的功能[1]。一般來說，電極的基底材料有金屬、玻璃和石墨三大類。在進(jìn)行修飾電極的制作時(shí)，要對(duì)其進(jìn)行一定的預(yù)處理。一方面，由于電極本身重現(xiàn)電化學(xué)行為的性質(zhì)較差，因此需要在進(jìn)行電極修飾之前對(duì)其進(jìn)行清潔處理[2]。另一方面，電極表面的固體狀態(tài)差異，是造成重現(xiàn)性差的主要原因。明白這兩個(gè)方面之后，就需要對(duì)電極表面做好加工，確保其固體狀態(tài)差異最小。在達(dá)到一定的清潔標(biāo)準(zhǔn)之后，就可以對(duì)電極進(jìn)行修飾，常用的方法有吸附修飾、共價(jià)鍵合修飾以及聚合物修飾3種。吸附修飾就是通過分子吸附作用將某些特定官能團(tuán)吸附到電極表面；共價(jià)鍵合就是利用化學(xué)反應(yīng)鍵接特定官能團(tuán)到電極上；聚合物修飾就是通過等離子體聚合、有機(jī)硅烷縮合以及電化學(xué)聚合修飾電極。

2 環(huán)境污染物檢測(cè)中化學(xué)修飾電極的作用

環(huán)境污染物檢測(cè)是一項(xiàng)重要的工作，不僅可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)環(huán)境是否受到污染，而且可以分析出污染物的具體成分，從而為相應(yīng)的處置保護(hù)工作打下基礎(chǔ)。將化學(xué)修飾電極應(yīng)用到環(huán)境污染物檢測(cè)當(dāng)中，其作用是重大的，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

第一，化學(xué)修飾電極的應(yīng)用，增加了環(huán)境污染物檢測(cè)的途徑，豐富了檢測(cè)手段，推動(dòng)了相應(yīng)工作的進(jìn)步。由于產(chǎn)業(yè)的多樣化，導(dǎo)致了環(huán)境污染的多樣化。一些傳統(tǒng)的檢測(cè)手段在面對(duì)新污染的時(shí)候，已經(jīng)不能發(fā)揮出高效的檢測(cè)效果了。而化學(xué)修飾電極的出現(xiàn)，通過具體特殊功能的電極，可以對(duì)相應(yīng)物質(zhì)實(shí)現(xiàn)高效快速的檢測(cè)，提升了環(huán)境污染物檢測(cè)工作的效率。

第二，加強(qiáng)了環(huán)境污染物檢測(cè)的針對(duì)性。從實(shí)際情況上來說，環(huán)境污染物檢測(cè)的主要手段可以分為普適性和針對(duì)性這兩大類，在一些新的污染物不斷出現(xiàn)的情況下，以往的普適性和針對(duì)性檢測(cè)手段的效果都出現(xiàn)了不同程度的下滑。因此，通過具備特殊功能電極的化學(xué)修飾電極，可以在環(huán)境污染物的檢測(cè)上實(shí)現(xiàn)針對(duì)性檢測(cè)，而且可以隨著檢測(cè)對(duì)象的變化而不斷變化，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。

第三，提升了環(huán)境污染物檢測(cè)的準(zhǔn)確性。在以往的檢測(cè)工作當(dāng)中，部分檢測(cè)手段的準(zhǔn)確性并不是很高，其往往只能檢測(cè)出存在某類物質(zhì)，卻無法準(zhǔn)確檢測(cè)出具體的物質(zhì)類別。比如，針對(duì)大氣污染物進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，某些手段只能檢測(cè)出其具有氮氧化物，而無法檢測(cè)出氮氧化物的具體類型。但是通過化學(xué)修飾電極，就可以準(zhǔn)確檢測(cè)出氮氧化物的具體類型，準(zhǔn)確性很高。

3 環(huán)境污染物檢測(cè)中化學(xué)修飾電極的實(shí)踐應(yīng)用

3.1 檢測(cè)金屬離子

金屬離子是環(huán)境污染物中的一個(gè)大類，其中，鉻離子、鉛離子、銅離子、汞離子等是幾種主要的金屬離子污染物。在對(duì)這些離子進(jìn)行檢測(cè)的過程中，化學(xué)修飾電極可以發(fā)揮出顯著的作用。比如，在對(duì)銅離子進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，Rubinstein等就發(fā)明了一種化學(xué)修飾電極，其是將十八硫醇和2，2-乙硫醇基乙酰乙酸通過吸附修飾的方法在金電極的表面吸附成膜，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)銅離子的選擇性響應(yīng)，達(dá)到檢測(cè)效果[8]。而我國的李昌安等則通過共價(jià)鍵合的修飾方法，將金電極與L-半胱氨酸分子進(jìn)行共價(jià)鍵合，形成專門的修飾電極，實(shí)現(xiàn)對(duì)銅離子的檢測(cè)。除此之外，在鉻離子定量分析的時(shí)候，可以采用吸附修飾的方法將谷胱甘肽和金電極進(jìn)行吸附修飾處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉻離子的檢測(cè)。對(duì)鉛離子進(jìn)行檢測(cè)，則可以通過聚合物修飾的方式制造PVC粉末微電極。上述電極在檢測(cè)上都存在單向性，何翡翡等憑借涂布法，對(duì)充蠟石墨電極利用三聚氰胺-乙二胺四草酰乙酸/納米碳管復(fù)合物進(jìn)行修飾，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)含有鉛、鋅、鉻重金屬離子的同時(shí)檢測(cè)[11]。

3.2 檢測(cè)大氣污染物

大氣污染物是環(huán)境污染物的另一個(gè)大類，而且直接存在于大氣之中，對(duì)人們的生命安全具有重大影響。就實(shí)際情況而言，大氣污染物的主要類型有氮氧化物、硫化物、甲醛等。對(duì)于不同形式的污染氣體進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，所運(yùn)用的方法也是不一樣的。

氮氧化物過多會(huì)造成光化學(xué)煙霧或是酸雨，對(duì)氮氧化物進(jìn)行檢測(cè)并控制其在大氣中的含量是非常重要的。憑借化學(xué)修飾電極這種方法，可以通過聚合物修飾的方法，制作出1,10-菲絡(luò)啉合鈷電極。通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，該電極可以對(duì)一氧化氮起到顯著的催化氧化效果，在2.4×10-7mol/L～4.2×10-5mol/L的范圍內(nèi)會(huì)表現(xiàn)出線性的電流和濃度關(guān)系，且檢測(cè)下限達(dá)到了5.0×10-7mol/L。

硫化物在大氣污染中主要是以二氧化硫的形式存在，其中，還具有部分硫化氫。對(duì)于二氧化硫的檢測(cè)是非常重要的工作，其標(biāo)準(zhǔn)方法是鹽酸副玫瑰苯胺比色法。通過長時(shí)間的實(shí)踐，這種方法表現(xiàn)出了重現(xiàn)性不高、試劑使用過多、存在環(huán)境污染等多個(gè)問題。因此，可以在玻碳電極的基礎(chǔ)上通過鐵氰化鎳對(duì)電極進(jìn)行修飾處理，然后用于對(duì)二氧化硫的檢測(cè)。從實(shí)際效果來看，該電極可以在1.0×10-6mol/L～2.0×10-2mol/L范圍內(nèi)和硫酸根離子表現(xiàn)出良好的電流與濃度線性關(guān)系，檢測(cè)下限達(dá)到4.8×10-8mol/L，效果顯著。

近些年，甲醛污染得到了較為廣泛的關(guān)注，對(duì)甲醛進(jìn)行檢測(cè)也成為許多行業(yè)和人群的要求。基于實(shí)際的需求，在化學(xué)修飾電極理念的基礎(chǔ)上，高桂蓮等通過在電極上聚合不對(duì)稱配體氮苯甲酸氮乙二胺草酰胺鎳配合物，得出了一種專門用于甲醛檢測(cè)的電極。而通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，該電極可以實(shí)現(xiàn)對(duì)甲醛的電催化，甲醛濃度在10-1mol/L～10-4mol/L范圍內(nèi)時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出直線型的電流與電壓關(guān)系，能夠?qū)崿F(xiàn)甲醛的定量分析。

除了金屬離子和大氣污染物之外，化學(xué)修飾電極還可以在pH、有機(jī)污染物以及無機(jī)陰離子等污染物質(zhì)的檢測(cè)上發(fā)揮作用。比如，在pH的檢測(cè)上，可以采用聚合修飾的方法，將苯胺溶液和三乙醇胺摻雜起來，通過電氧化聚合對(duì)電極進(jìn)行修飾，得到的電極可以對(duì)0～11范圍的pH值實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)。在有機(jī)物的檢測(cè)上，則需根據(jù)具體檢測(cè)對(duì)象的不同，針對(duì)性地制作符合檢測(cè)對(duì)象特點(diǎn)的電極。在無機(jī)陰離子的檢測(cè)上，也是依照檢測(cè)對(duì)象的特點(diǎn)制作對(duì)應(yīng)的化學(xué)修飾電極，依靠表現(xiàn)出的電流-濃度關(guān)系實(shí)現(xiàn)結(jié)果的判定。如，在玻碳電極表面將殼聚糖利用共價(jià)鍵合的方式進(jìn)行修飾，在溶液中對(duì)碘離子具有良好的選擇性和吸附性，檢測(cè)效果靈敏、良好。

4 結(jié)束語

化學(xué)修飾電極是電化學(xué)分析的一個(gè)成果產(chǎn)物，其在環(huán)境污染物檢測(cè)中的廣泛應(yīng)用，有效提升了這方面工作的質(zhì)量水平。根據(jù)污染物的類別不同，化學(xué)修飾電極的制作方法和具體的檢測(cè)功能也存在一定的差異。因此，在實(shí)際工作中，必須要結(jié)合實(shí)際情況制作化學(xué)修飾電極，并將其合理運(yùn)用到污染物檢測(cè)上，確保快速準(zhǔn)確得出檢測(cè)結(jié)果。

[1] 楚琳.納米材料修飾電極電化學(xué)方法檢測(cè)環(huán)境污染物[D].濟(jì)南：山東大學(xué),2012.

[2] 楚琳，張曉麗.淺談納米材料修飾電極電化學(xué)方法檢測(cè)環(huán)境污染物[J].曲阜師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)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

趙倩倩，女，1994年出生，渤海大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院在讀碩士。研究方向：環(huán)境科學(xué)。

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

O657.1

A

1004-7050(2017)01-0047-03