在金刚石电极上利用ASV法检测自来水中的Pb

摘要

重金属离子在环境化学与公众健康中的重要作用是已被人们广泛认知。在这些重金属离子中，其中pb2+最为人们关注，这是因为铅的化合物具有高度的毒性，并容易在各种生物体中积累。而且铅经常用来作为供水管道的材料，因此自来水与铅管有长时间的接触(比如说，一晚上)，从而自来水中含有较高量的铅。基于这些原因，在自来水中检测Pb2+的浓度变得越来越重要。 目前主要利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)或原子吸附法来检测在饮用水中的铅含量，并且采用离子色谱仪也可以得到比较令人满意的检测。虽然这些方法都具有高灵敏度，但它们不适合广泛使用，因为它们需要昂贵和笨重的检测设备。 阳极溶出伏安法本来就是一种非常灵敏的检测方法，而且使用其来痕量分析重金属已经在很多实验中得到证实。几种ASV仪器已成功的用于铅检测，但它们中的大多数工作电极都使用滴汞电极，或汞膜电极。然而，考虑到这些电极都具有明显毒性的，所以目前正在努力寻求用于铅检测的无汞分析仪。 可导性金刚石是一种在电化学分析中引起人们广泛关注的电极材料，由于它显著的电化学特性：在水溶液中有宽的电势窗口，低背景电流，在反应中长期的稳定性和对溶解氧而言低敏感度。多晶金刚石的这些独特的特性，和它的弱吸附性，使得这种材料非常适合利用溶出伏安法来检测自来水中的pb2+。 因此，将金刚石膜电极的制备、ASV法检测自来水中Pb2+的相结合，不仅拓宽了金刚石膜的应用领域，具有较好的理论意义，同时也使得铅检测设备简单且易行成本相对降低，具有很好的实际效用。 本文首先介绍了铅检测的几种方法，并着重介绍了伏安分析法的过程和它的几种工作电极。然后介绍了金刚石膜电极的制备与表征，包括探索其成膜影响因素、工艺参数等。最后研究金刚石膜优异的电化学特性，将金刚石膜电极应用于在自来水中检测pb2+。通过在掺硼金刚石电极(BDD)上利用线性扫描阳极溶出伏安法来检测自来水中痕量Pb2+。相对于其他电极材料而言低检测限(2nM)是掺硼金刚石电极的一个优势，并在实验中发现，当支持电解液处于低PH值时，且在自来水水中存在一定浓度的Cu2+时，在很大程度上并不影响Pb2+的检测。这些实验结果表明，在BDD电极上利用阳极溶出伏安法来检测在自来水中的痕量Pb2+是一种较好的无汞测量法。且得到的将自来水作为实际检测样品时检测铅得到的检测结果与电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)检测结果非常吻合。这表明了在掺硼金刚石电极(BDD)上利用线性扫描阳极溶出伏安法来检测痕量Pb2+是一种切实可行的具有分析效用的方法。

目录

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第一章绪论

1.1铅对人体健康的影响

1.2自来水中铅进入人体的途径

1.3铅(II)的检测方法分析进展

1.3.1原子光谱法

1.3.2电化学法

1.3.3光度法

1.4伏安分析法

1.4.1原理

1.4.2分类

1.4.3金属离子在电极表面的电沉积过程(阴极过程)

1.4.4金属的阳极过程

1.4.5溶出伏安法的电极

1.5化学修饰电极

1.6本论文的意义、检测方法选择依据和主要内容

1.6.1铅离子检测的意义

1.6.2检测方法选择的依据

1.6.3研究的主要内容

第二章掺硼金刚石膜电极的沉积

2.1金刚石结构和特性

2.2人造金刚石发展历史

2.2.1高温高压法制备金刚石历史

2.2.2 CVD金刚石薄膜制备的历史

2.3 CVD沉积金刚石的主要方法

2.3.1热丝(HFCVD)法

2.3.2微波等离子体CVD(MWPCVD)法

2.3.3等离子体射流(Plasma Jet)法

2.3.4燃烧火焰(Combustion Flame)法

2.4化学气相沉积金刚石原理概述

2.5化学气相沉积金刚石膜的一般条件

2.6 CVD金刚石膜的反应过程

2.7生长模型

2.7.1 CVD法的非平衡热力学耦合模型

2.7.2 CVD法生长金刚石膜的动力学模型

2.8金刚石形貌的改变

2.9热丝法化学气相沉积金刚石膜

2.9.1实验装置

2.9.2实验材料选择

2.9.3实验过程

2.9.4实验影响因素

2.9.5实验注意事项

2.10金刚石膜的表征

2.11不同工艺参数对金刚石生长的影响

2.11.1研磨对金刚石膜电极生长的影响

2.11.2生长气压对金刚石膜电极生长的影响

2.11.3不同碳源浓度对金刚石膜电极的影响：

2.12金刚石膜电极的掺硼研究

2.13金刚石膜电极的最终沉积参数：

第三章金刚石膜电极的电化学性质

3.1概论

3.2金刚石膜电极的电势窗口

3.3电化学反应的可逆性

3.4动力学特性

3.5金刚石膜电极的重现性和稳定性

3.6金刚石膜电化学性质应用

3.6.1 BDD电极的电化学性质

3.6.2 BDD电极的应用

第四章ASV法检测自来水中Pb2+的研究

4.1简介

4.2试剂与仪器

4.3实验过程

4.4结果与讨论

4.4.1 Pb2+在氧化BDD电极上的溶出特性

4.4.2在不同浓度Cu2+存在下Pb2+在BDD电极上的溶出特性

4.4.3 PH值的影响

4.4.4电极参数的测定及应用

4.4.5电极材料的影响

4.5结论

第五章结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢