全固態(tài)銨離子選擇性電極的制備及其性能研究.pdf

1、氨氮含量過高會導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象的發(fā)生且會對水生生物產(chǎn)生一定的毒害作用，因此在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中氨氮含量一直是衡量水體是否適合進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖的重要參數(shù)之一。而目前在氨氮含量檢測中被廣泛使用的納氏試劑分光光度法以及氨氣敏電極法仍然存在一定的缺點(diǎn)無法滿足實(shí)際水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中的需要。固態(tài)離子選擇性電極因?yàn)槠渚哂懈哌x擇性、低檢測下限、檢測方便以及不易被破壞等優(yōu)點(diǎn)在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域具有很廣的應(yīng)用前景。本論文研究了基于聚苯胺修飾多種導(dǎo)電基體材料的固態(tài)銨離子選

2、擇性電極檢測水體中銨離子含量的性能，并進(jìn)一步用聚苯胺與石墨烯的共聚物作為固態(tài)接觸層制備了性能更為優(yōu)異的固態(tài)銨離子選擇性電極，對其相關(guān)性能參數(shù)進(jìn)行了一系列研究，最后制備了固態(tài)參比電極與固態(tài)銨離子選擇性電極聯(lián)用的復(fù)合電極并對其的性能進(jìn)行了研究。具體工作如下:
　　通過恒電位法在銅絲、銀絲導(dǎo)電基體上沉積聚苯胺并通過提拉法成功制備了固態(tài)銨離子選擇性電極。以二氧化鈦(TiO2)半導(dǎo)體作為導(dǎo)電基體的電極并不能夠?qū)λw中的銨離子有檢測作用，原因

3、是半導(dǎo)體的導(dǎo)電性仍然不足以滿足固態(tài)離子選擇性電極的需求。以銅絲為導(dǎo)電基體材料、聚苯胺為固態(tài)接觸層的固態(tài)銨離子選擇性電極的檢測范圍為10-5mol/L至10-2mol/L，靈敏度為20.68mV/Dec，相關(guān)系數(shù)為0.996;以銀絲為導(dǎo)電基體材料、聚苯胺為固態(tài)接觸層的固態(tài)銨離子選擇性電極的檢測范圍為10-4mol/L至10-1mol/L，靈敏度為75.10mV/Dec，相關(guān)系數(shù)為0.998。相較銅絲而言，多孔銅在一定程度上增加了基底電極的

4、體表比，并且在導(dǎo)電性上也有所提高。以多孔銅為導(dǎo)電基體材料、聚苯胺為固態(tài)接觸層的固態(tài)銨離子選擇性電極的檢測范圍為10-5mol/L至10-1mol/L，靈敏度為42.50mVDec，相關(guān)系數(shù)為0.998。
　　分別通過恒電位法以及循環(huán)伏安法在多孔銅導(dǎo)電基體上沉積還原氧化石墨烯以及聚苯胺和還原氧化石墨烯共聚物并通過提拉法成功制備了性能更為優(yōu)異的固態(tài)銨離子選擇性電極。以多孔銅為導(dǎo)電基體材料、石墨烯為固態(tài)接觸層的固態(tài)銨離子選擇性電極的檢測

5、范圍為10-6mol/L至10-1mol/L，靈敏度為44.80mV/Dec，相關(guān)系數(shù)為0.999;以多孔銅為導(dǎo)電基體材料、聚苯胺和還原氧化石墨稀共聚物為固態(tài)接觸層的固態(tài)銨離子選擇性電極的檢測范圍為10-6mo1/L至10-1mol/L，靈敏度為58.91mV/Dec，相關(guān)系數(shù)為0.999。以多孔銅為導(dǎo)電基體材料、聚苯胺和還原氧化石墨稀共聚物為固態(tài)接觸層的固態(tài)銨離子選擇性電極的檢測機(jī)理為兩方面，一方面聚苯胺和還原氧化石墨稀共聚物具有很好

6、的導(dǎo)電性，并且其獨(dú)特的三維結(jié)構(gòu)提高了電子傳遞速率，縮短了電子在固態(tài)接觸層與離子選擇性膜之間的傳遞距離;另一方面，則是聚苯胺具有的氧化還原電容與還原氧化石墨稀具有的雙電層電容的復(fù)合作用。該電極具有很快的響應(yīng)時(shí)間，且具有良好的穩(wěn)定性，在經(jīng)過長達(dá)100個(gè)小時(shí)的測試之后電位的漂移僅為1.8mV。該電極對鈉、鉀、銅、鈣、鎂、鋅等干擾離子的選擇性系數(shù)都低于10-2，表明該電極對水體中的其他離子的抗干擾性能良好。該電極對自然光具有很好的抗性，但是當(dāng)空

7、氣被吹到溶液中時(shí)，電位發(fā)生了很大的變化，基本穩(wěn)定在200mV。該電極表面未形成水膜，這是因?yàn)檫€原氧化石墨烯具有疏水性。該電極可以成功用于實(shí)際養(yǎng)殖水體中氨氮含量的檢測，與納氏試劑分光光度法的檢測結(jié)果的誤差僅為5％。
　　通過熱浸涂法和電解氯化法在不銹鋼管基體上成功制備了固態(tài)參比電極。熱浸涂法制備制備的固態(tài)參比電極在檢測過程中電位不穩(wěn)定，在100s的檢測時(shí)間內(nèi)，電位變化了9mV，并且隨著時(shí)間的推移電極的電位產(chǎn)生了一定的漂移，與玻璃Ag

8、/AgCl電極之間的電位差由100mV左右變?yōu)?5mV左右。以電解氯化法制備的固態(tài)參比電極在檢測過程中電位較為穩(wěn)定，基本維持在185mV左右。并且在6天的時(shí)間內(nèi)電極的電位由185mV漂移至175mV，僅為10mV。在3天的時(shí)間內(nèi)電極的電位漂移更是小于5mV，具有相對較好的應(yīng)用價(jià)值。以多孔銅為導(dǎo)電基體材料、聚苯胺和還原氧化石墨稀共聚物為固態(tài)接觸層的固態(tài)銨離子選擇性電極與電解氯化法制備的固態(tài)參比電極構(gòu)成的復(fù)合電極在檢測過程中具有很好的穩(wěn)定性