介孔碳修饰电极在环境分析中的应用

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农药对提高农业产量的作用不可低估。但长期过量地使用杀虫剂和杀草剂,会使微量或痕量的农药残留在作物、蔬菜及水果等农产品上,会对人体健康和生态环境产生极大的毒害。近几年来,人们的环境保护意识及食品安全意识不断增强,农药残留问题也得到了全世界范围的关注。如何对农药进行快速、灵敏、准确的检测,成为亟需解决的重要问题。介孔材料属于纳米尺度的范畴,其具有独特的物理和化学特性,在电化学分析领域得到了广泛的应用。本文针对两类具有代表性的农药甲基对硫磷(含磷农药)和氨基三唑(含氯农药)作为对象,分别利用有序介孔碳(orderedmesoporouscarbon,OMC)和大介孔碳(largemesoporouscarbon,LMC)作为电极修饰物。我们研究了这两类农药的电化学性质,并用电化学伏安方法分别对其进行了检测。主要研究结果如下:1.我们合成了有序介孔碳(OMC),并将其修饰到裸玻碳(GC)电极表面。由于OMC独特的性质,和裸GC电极相比,甲基对硫磷的还原电位降低了约219mV,峰电流增大了76倍。我们用计时电量法来检测了电极表面对甲基对硫磷的吸附能力。实验结果证实OMC修饰的GC电极(OMC/GCE)上得到的Г值(2.34×10-9mol·cm–2)是GC电极上(2.47×10-10mol·cm–2)的9.5倍。该OMC/GC电极对甲基对硫磷表现出了协同的电催化和富集效应。开路富集5分钟后,用线性扫描伏安法(linearscanningvoltammetry,LSV)对甲基对硫磷实现了无酶检测,在0.09-61μM浓度间,阳极峰电流和甲基对硫磷的浓度成正比,检出限低达7.6nM(S/N=3)。该OMC/GC电极被成功地应用于检测静湖水样中的甲基对硫磷。2.我们利用纳米CaCO3作模板、蔗糖作碳源,通过一种简单、绿色的方法合成出了大介孔碳(LMC)。用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、氮气吸附/脱附测试仪和粉末X射线衍射仪(XRD)对LMC材料进行了表征。由于大介孔碳具有优越的电化学性质,和裸GC电极相比,我们观察到在LMC修饰的电极上,氨基三唑的电氧化电位降低了259mV,峰电流增长了26倍。此外,我们用LSV和计时安培法计算出了一些动力学参数,如电子转移系数(α)、催化速率常数(kc)和扩散系数(D)。作为一种氨基三唑传感器,我们得到的线性检测范围为3.0×105-5.0×103M,检出限为2.7×107M,并且有良好的选择性和重现性。我们利用该方法检测杂草样本中的氨基三唑,得到了满意的回收率结果。
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