一种Au-Fe3O4-C电极传感器及其制备方法与在检测砷和锑中的应用与流程

本发明属于检测传感器制备，尤其涉及一种au-fe3o4-c电极传感器及其制备方法与在检测砷和锑中的应用。

背景技术：

1、锑(sb)与砷(as)化合物在岩石圈中共存，对锑矿进行大规模开采会以不同形式向环境排放大量砷、锑污染物，造成矿区及附近区域地下水和地表水污染。受污染水体通过吸附、沉淀、生物吸收等途径进入土壤或河床底泥，再通过食物链转移到人体，给当地居民的生命健康构成了严重威胁。目前，世界卫生组织(who)对饮用水中as的最大限值为10μg·l-1，sb的最大限值为5μg·l-1。as和sb在元素周期表中位于同族，原子轨道相同、物化性质和毒性机制相似，在环境中主要以三价和五价的无机形态存在，三价化合物的毒性远大于五价，对动植物及人体均存在致癌、致畸和致突变的危害。因此，研究和监测环境介质中as和sb的形态及含量，对环境监管和人类健康都具有重要意义。

2、as和sb形态分析的传统方法是高效液相色谱(hpcl)与原子质谱(ams)、原子荧光光谱法(afs)、原子吸收光谱法(aas)结合，这些方法对样品前处理要求较高，不能实现现场检测。环境样品需要野外采集、储存、运输到实验室，在样品制备、分离和检测的任何一个环节都极易破坏as、sb形态的完整性，无法满足大批量、快速、准确检测环境介质中as、sb形态的需求。常用的as、sb现场分析方法包括荧光法、比色法、表面增强拉曼光谱法和电化学法等，前三者主要适用于分析有机化合物形态，对于无机物的痕量检测还不够稳定和准确。相比而言，电化学法通过监测as、sb氧化还原转化时电流变化，实现对其快速、高灵敏定量分析，在as、sb等变价金属离子形态分析领域有更好的应用前景。

3、电极传感器性能是决定电化学分析效果的关键。pooja devi等利用化学还原方法合成rgo/fe3o4纳米复合材料(ncs)，以ncs改性玻碳电极(gce)为工作电极，用方波阳极溶出伏安法(swasv)实现对水中as的检测，灵敏度为0.281μa/μg·l-1、检出限(lod)为0.12μg·l-1。samuel研究了一种基于胺化多壁碳纳米管和金纳米粒子的异质结构，在42.89μg·l-1至170.00μg·l-1间进行as分析测定，对亚砷酸盐的检出限为0.39μg·l-1，回收率超过99.1％。林翠等通过au-s键将无标记的ars-3适配体组装在丝网印刷碳电极(spce)上，ars-3通过静电作用吸附聚二烯丙基二甲基铵(pdda)，亚砷酸盐与ars-3形成络合物导致pdda吸附量减少，从而吸附带正电的电化学活性指示剂[ru(nh3)6]3+，对亚砷酸根的检测限低至0.15nm。liu采用离子液体、石墨烯和纳米金修饰硒掺杂碳糊电极，建立了测定sb的微分脉冲溶出伏安法，该方法对sb(iii)的检出限为2.7×10-8mol/l。前期研究通过研制高活性电极传感器，实现了对as或sb的电化学检测，然而，能够同时检测as和sb的电极传感器及电化学分析方法仍未见报道。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种au-fe3o4-c电极传感器及其制备方法与在检测砷和锑中的应用。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种au-fe3o4-c电极传感器的制备方法，包括以下步骤：

3、将碳纤维布或碳纸作为工作电极，ag/agcl作为参比电极，pt线作为对电极，naclo4溶液、au3+溶液和fe3+溶液的混合溶液作为电解质，采用一步电沉积法制备得到所述au-fe3o4-c电极传感器。

4、进一步地，所述一步电沉积法的沉积电位为-1.0～-1.2v，沉积时间为30～60s。

5、进一步地，所述电解质中naclo4溶液的浓度为12～15g·l-1，au3+溶液的浓度为35～45g·l-1，fe3+溶液的浓度为130～140g·l-1；所述naclo4溶液、au3+溶液和fe3+溶液的体积比为9.7∶0.1∶0.2。

6、更进一步地，所述au3+溶液为haucl4溶液，所述fe3+溶液为fecl3溶液。

7、进一步地，所述碳纤维布或碳纸作为工作电极前需经过超声清洗和紫外线干燥处理。更具体的，所述预处理包括将cfc在超声浴中，用hno3溶液处理15～30min，然后依次在丙酮、乙醇和去离子水中冲洗5～10min，之后通过紫外照射干燥。

8、进一步地，所述hno3溶液的浓度为20～40wt％。

9、本发明还提供了一种所述制备方法制备得到的au-fe3o4-c电极传感器。

10、本发明还提供了所述的au-fe3o4-c电极传感器在检测痕量砷形态中的应用，在检测前先将as(v)通过抗坏血酸在70℃下还原为as(iii)，检测过程所用电化学方法为方波伏安阳极溶出法，所述电化学方法的沉积电压为-0.2～-0.5v，沉积时间为30～90s，溶出剥离电压为-0.4～0.4v。

11、本发明还提供了所述的au-fe3o4-c电极传感器在检测痕量锑形态中的应用，在检测前sb(v)先通过ki、vc还原为sb(iii)，检测过程所用电化学方法为差分脉冲伏安阳极溶出法，所述电化学方法的沉积电压为-0.2～-0.5v，沉积时间为30～90s，溶出剥离电压为-0.3～0.3v。

12、本发明还提供了所述的au-fe3o4-c电极传感器在同时检测痕量砷和痕量锑中的应用，检测过程所用电化学方法为差分脉冲伏安阳极溶出法，所述电化学方法的沉积电压为-0.2～-0.5v，沉积时间为30～90s，溶出剥离电压为-0.4～0.3v。

13、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

14、(1)本发明通过电沉积法制备了复合材料au-fe3o4-c电极传感器，结合金属au优越的电催化性能，fe3o4对含氧阴离子as、sb的吸附与氧化还原活性，以及碳纤维布或碳纸良好的耐受性和导电性，提高了对as和sb电化学分析的灵敏度。以au-fe3o4-c电极传感器为工作电极，采用差分脉冲阳极溶出伏安法，结合peak fit软件对阳极溶出峰进行分峰拟合，实现了对混合溶液中as和sb的同时定量分析。

15、(2)本发明制备得到了一种稳定的au-fe3o4-c电极传感器材料，并作为工作电极对水样中砷、锑的含量进行研究，构建了自然水中痕量砷、锑的电化学快速检测方法，本发明的方法具备操作简单、检测快速、稳定，且可实现材料重复利用的优势，为自然水中痕量砷锑的定量定性分析提供了一种快速、灵敏且高效的检测方法，在环境监测中发挥了重要作用。

技术特征：

1.一种au-fe3o4-c电极传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的au-fe3o4-c电极传感器的制备方法，其特征在于，所述一步电沉积法的沉积电位为-1.0～-1.2v，沉积时间为30～60s。

3.根据权利要求1所述的au-fe3o4-c电极传感器的制备方法，其特征在于，所述电解质中naclo4溶液的浓度为12～15g·l-1，au3+溶液的浓度为35～45g·l-1，fe3+溶液的浓度为130～140g·l-1；所述naclo4溶液、au3+溶液和fe3+溶液的体积比为9.7∶0.1∶0.2。

4.根据权利要求1所述的au-fe3o4-c电极传感器的制备方法，其特征在于，所述碳纤维布或碳纸使用之前还包括预处理的步骤；所述预处理包括将cfc在超声浴中，用hno3溶液处理15～30min，然后依次在丙酮、乙醇和去离子水中冲洗5～10min，之后通过紫外照射干燥。

5.根据权利要求4所述的au-fe3o4-c电极传感器的制备方法，其特征在于，所述hno3溶液的浓度为20～40wt％。

6.一种权利要求1-5任一项所述制备方法制备得到的au-fe3o4-c电极传感器。

7.如权利要求6所述的au-fe3o4-c电极传感器在检测痕量砷形态中的应用，其特征在于，在检测前先将as(v)通过抗坏血酸在70℃下还原为as(iii)，检测过程所用电化学方法为方波伏安阳极溶出法，所述电化学方法的沉积电压为-0.2～-0.5v，沉积时间为30～90s，溶出剥离电压为-0.4～0.4v。

8.如权利要求6所述的au-fe3o4-c电极传感器在检测痕量锑形态中的应用，其特征在于，在检测前sb(v)先通过ki、vc还原为sb(iii)，检测过程所用电化学方法为差分脉冲伏安阳极溶出法，所述电化学方法的沉积电压为-0.2～-0.5v，沉积时间为30～90s，溶出剥离电压为-0.3～0.3v。

9.如权利要求6所述的au-fe3o4-c电极传感器在同时检测痕量砷和痕量锑中的应用，检测过程所用电化学方法为差分脉冲伏安阳极溶出法，所述电化学方法的沉积电压为-0.2～-0.5v，沉积时间为30～90s，溶出剥离电压为-0.4～0.3v。

技术总结本发明提出了一种Au‑Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;‑C电极传感器及其制备方法与在检测砷和锑中的应用，属于检测传感器制备技术领域。本发明的Au‑Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;‑C电极传感器以碳纤维布或碳纸作为工作电极，Ag/AgCl作为参比电极，Pt线作为对电极，NaClO<subgt;4</subgt;溶液、HAuCl<subgt;4</subgt;溶液和FeCl<subgt;3</subgt;溶液的混合溶液作为电解质，采用一步电沉积法制备得到。该电极传感器结合了金属Au优越的电催化性能，Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;对含氧阴离子As、Sb的吸附与氧化还原活性，以及碳布良好的耐受性和导电性，提高了对As和Sb电化学分析的灵敏度和稳定性，实现了对混合溶液中As和Sb的同时定量分析。技术研发人员：于亚琴,佟俊婷,张正东,魏梦雪受保护的技术使用者：中国计量科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/11/4