光電化學分析法在汞、銅離子檢測中的應用研究.pdf

1、汞、銅等重金屬離子的污染已日益成為嚴重威脅人類健康的重大環(huán)境問題。目前常用的檢測重金屬離子方法（主要是光譜法和電化學分析法）大都存在操作繁瑣、儀器昂貴、樣品處理過程多、難以實現(xiàn)實時在線監(jiān)測等缺陷，因此亟待尋求一種靈敏、準確、快速、經濟、簡便且實時的檢測技術來實現(xiàn)重金屬離子的有效檢測。光電化學(Photoelectrochemical,PEC)檢測技術是近幾年新出現(xiàn)且被迅速發(fā)展的一種分析檢測方法。由于在這種方法中激發(fā)源（光）與檢測信號（電

2、流）被完全分離，因此降低了背景信號、提高了分析靈敏度，具有單獨的光化學檢測和電化學檢測目前不具有的優(yōu)勢。此外，這種PEC方法因儀器設備簡單、成本低廉、小型檢測裝置易構建等優(yōu)點，得到了廣大分析科研工作者的青睞。本論文通過設計新型的光電化學傳感器和化學傳感器，成功建立了具有高靈敏度、適用于不同重金屬離子檢測的新方法。本論文工作重點主要包括以下內容：
　　(1)基于多功能光敏劑N3染料構建了一種新型的光電化學傳感器用于靈敏檢測Hg2+。

3、首先，N3染料具有優(yōu)異的光伏特性，所以基于N3組裝的電極在可見光照射下會表現(xiàn)出靈敏的光電流響應，而且N3染料通過其固載基團被共價鍵合到電極上，大大提高了傳感器的穩(wěn)定性。其次，利用N3染料的SCN配體和Hg2+之間的配位，將目標檢測離子Hg2+特異性結合到光電陽極上，從而形成N3-Hg2+復合物，使得N3染料的吸收特征和HOMO/LUMO能級發(fā)生顯著變化，光電流信號明顯降低，從而實現(xiàn)對Hg2+的靈敏檢測。并且構建的PEC傳感器表現(xiàn)出了好的

4、特異性與穩(wěn)定性。此外，由于N3和N3-Hg2+之間通過置換反應存在可逆相互轉化，所以連接有N3的TiO2 NWs光陽極可以被循環(huán)利用。論文提出的基于多功能分子光敏劑對目標物質直接響應的傳感器的構建策略，為進一步開發(fā)高性能的PEC傳感器以及Hg2+的檢測提供了一種新的方法。
　　(2)在抗壞血酸的化學還原作用基礎上設計一個用于靈敏檢測Cu2+的PEC方法。首先，通過水熱法制備TiO2納米線；然后，通過化學水浴沉積法將CdS量子點成功

5、修飾到TiO2 NWs表面，從而得到TiO2 NWs/CdS納米復合物光陽極。由于CdS優(yōu)良的光電轉換性能，該光電陽極產生顯著的光電流響應。當目標檢測物Cu2+存在時，檢測體系中的抗壞血酸（AA）能快速將其還原成Cu+，并以Cu2S的形式沉積到CdS量子點的表面。生成的Cu2S可以充當光電子與空穴的復合中心，以抑制從CdS量子點到TiO2納米電極的電子轉移，從而使光電流顯著下降，實現(xiàn)對目標離子Cu2+的靈敏檢測。該方法還具有構造簡單、反

6、應快速、選擇性好的優(yōu)點。
　　(3)合成一種具有水溶性和可恢復性的釕基探針用于比色識別Hg（II）和Cys的研究。首先，在探針1的合成過程中通過在釕絡合物的聯(lián)吡啶配位體中引入親水性的磷酸基團，解決了釕基探針水溶性差的缺陷。然后，在合成的探針1溶液中加入目標檢測物Hg2+，通過Hg2+與探針SCN基團的硫原子之間的特異性配位作用，形成探針1-Hg2+絡合物，這種絡合物會使探針1的光譜發(fā)生顯著變化，根據(jù)光譜變化從而實現(xiàn)對目標離子的檢測