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环境分析化学研究环境中污染物及痕量化学物质种类、浓度和存在形态的分析与监测方法和技术。电化学分析是环境分析中重要的分析方法之一。本文研究了基于硼掺杂的金刚石(BDD)薄膜等电极的电化学分析方法在环境分析中的几个应用。硼掺杂的金刚石薄膜电极不仅具有金刚石本身的优异性能,如高的物理、化学稳定性和良好的生物兼容性,还具有优越的电化学特性,如宽电化学视窗、低背景电流、高电化学稳定性和强抗电极表面玷污能力等,是极具优势的电极材料。本论文以硼掺杂金刚石薄膜为电极基底,通过各种手段对其进行功能化修饰,将其用作检测水体系中阳离子表面活性剂和酚类的工作电极,并表征了响应性质。本文还研究比较了检测水中无机氰化物的电化学方法。主要研究内容包括:
⑴通过先在硼掺杂金刚石薄膜表面采用电化学沉积的方式修饰一层金颗粒,再使辛硫醇自组装在其表面上,制备得到了烷基终端硼掺杂金刚石电极(OT-Au-BDD)。然后,我们以烷基终端硼掺杂金刚石电极作为工作电极,以铁氰化钾作为探针,对表面活性剂十六烷基溴化吡啶(CPB)进行电化学检测,线性范围为5×10-7-10-4 M,检出限为0.2μM,并表现良好的重复性和稳定性,优于以金或玻碳为电极基底的烷基终端电极,这归因于硼掺杂金刚石薄膜材料优异的电化学特性。
⑵通过将酪氨酸酶、纳米金刚石(ND)和纳米金颗粒(AuNPs)共同修饰在硼掺杂金刚石薄膜电极上制备了纳米粒子(纳米金刚石和纳米金颗粒)与酪氨酸酶共同修饰硼掺杂金刚石薄膜电极(TYR-ND-Au-BDD),将其用于检测水中酚类物质。在0.1M的磷酸缓冲液(pH=6.5)中,以-0.05 V vs.Ag/AgCl为工作电位,TYR-ND-Au-BDD电极对苯酚具有快速响应,响应时间10s左右,检出限达0.002 mg·L-1,其灵敏度、重复性和稳定性均优于以往报道的酪氨酸酶修饰硼掺杂金刚石电极,这主要是因为纳米金刚石为酪氨酸酶提供了生物兼容性高的环境,而纳米金颗粒提高了酶电极的电流响应。此外,我们还探讨了酪氨酸酶、纳米金刚石和纳米金颗粒的用量,及纳米金刚石的粒径等因素,优化了纳米粒子与酪氨酸酶共同修饰硼掺杂金刚石薄膜电极的制备条件。
⑶采用国内外两个品牌(上海雷磁和英国ELIT)的商品氰离子选择电极对碱性溶液中的氰离子进行了直接电位测定,对比了两个电极的响应性质,发现上海雷磁p-CN氰离子选择电极更适合微量氰离子的检测。然后以总离子强度缓液优化检测条件,实验结果标明上海雷磁p-CN氰离子选择电极对氰离子的检出限达1μM,有望应用于饮用水中无机氰化物的检测。此外,我们以平面金电极作为工作电极对氰离子进行电流法测定,检测限为2μM,此方法稳定性较差,与实际应用尚有距离。