化学修饰电极制备及在环境监测中的应用

****学院毕业设计（论文）I化学修饰电极的制备及其在环境监测中的应用摘要化学修饰电极（CME）是当前电化学、电分析化学中十分活跃的研究领域，其应用研究范围非常的广泛。本文综述了化学修饰电极的定义、种类、如何制备，应具有的表征及其实际的意义，即在环境监测中的应用。让我们从中认识了什么是化学修饰电极，应该如何制备电极使具有针对性和特效性，尤其是在环境监测中的应用包括：重金属离子、非金属和胺类、酚类等有机化合物的监测与治理。主要利用的是化学修饰电极的高灵敏、高效性的特性，对环境中的污染物进行监测与治理，从而尽可能的减少环境污染对人体的危害及各种动植物的危害和全球环境的影响。在环境监测的实例中，将体现出化学修饰电极在实际中的运用和给人类社会带来的巨大利益，并展望了化学修饰电极在实际中的应用前景。关键词：修饰电极，制备，环境监测，应用****学院毕业设计（论文）IIPreparationofchemicallymodifiedelectrodeanditsapplicationinenvironmentalmonitoringABSTRACTChemicallymodifiedelectrode(CME)arethecurrentElectrochemistry,AnalyticalChemistryelectricityveryactiveareaofresearch,itsapplicationsareverybroadscopeofthestudy.Inthispaper,thedefinitionofchemicallymodifiedelectrodes,types,howthepreparation,characterizationandshouldhavepracticalsignificance,namely,inenvironmentalmonitoringapplications.Letusgettoknowwhatarechemicallymodifiedelectrode,theelectrodeshouldbepreparedtomaketargetedandeffective,especiallyinenvironmentalmonitoringapplicationsinclude:heavymetalions,non-metallicandamines,phenolsandotherorganiccompoundsmonitoringandgovernance.Themainuseofchemicallymodifiedelectrodesarethecharacterizationofthecharacteristicsofthepollutantsontheenvironmentmonitoringandmanagement,therebyreducingpossiblehealthhazardsofenvironmentalpollutiononplantsandanimalsandallkindsofhazardsandtheglobalenvironment.Examplesofenvironmentalmonitoringwillreflectthechemicallymodifiedelectrodeuseinpracticeandtohumansocietybroughtaboutenormousbenefitsandtheprospectofachemicallymodifiedelectrodeattheprospectofpracticalapplication.KEYWORDS:Modifiedelectrode,Preparation,Environmentalmonitoring,Application****学院毕业设计（论文）III目录前言................................................................................................1第1章化学修饰电极的制备与方法分类..........................................21.1共价键结合法........................................................................21.2吸附法...................................................................................31.3高聚物涂层法........................................................................4第2章化学修饰电极在环境监测中的应用（一）..........................62.1大气监测................................................................................62.2水污染监测............................................................................62.3土壤监测................................................................................7第3章化学修饰电极在环境监测中的应用（二）........................93.1阴离子的监测.......................................................................93.2有机物的监测.....................................................................10第4章化学修饰电极的应用展望...................................................12结论..............................................................................................13谢辞................................................................................................14参考文献..........................................................................................15外文资料翻译..................................................................................17****学院毕业设计（论文）1前言目前，化学修饰电极(CME)在环境监测中的应用，已成为CME研究的重要方向。本文综述了化学修饰电极的定义、种类及如何制备，应具有的表征及其实际的意义，即在环境监测中的应用。让我们从中认识了化学修饰电极并且应该如何制备电极使具有针对性和特效性，尤其是在环境监测中的应用包括：重金属离子、胺类、酚类等有机化合物的监测及生物监测。主要利用的是化学修饰电极的高灵敏、高效性的特性，对环境中的污染物进行适时高效监测。有关CME在微量及痕量分析方面应用的报道，日益增多。近几年，有关报道增加的趋势尤为明显。在环境监测的实例中，将体现出化学修饰电极在实际中的运用和给人类社会带来的巨大利益，并展望了化学修饰电极在实际中的应用前景。化学修饰电极(CME)是在电极表面接上所需要的化学基团,以使其高选择性地进行所期待的反应或使其拥有某种特定的电化学性质。因此,CME用于环境监测在提高选择性和灵敏度以及实现遥测等方面具有独到的优越性。事实上,CME在环境监测的应用是随着它在分析化学中的广泛应用而逐渐渗入的,而这一成果则归功于八十年代聚合物薄膜CME的出现。与早期采用共价键合法和吸附法制备的单分子层CME相比,聚合物薄膜CME不仅电化学响应灵敏,制备简单,而且由于聚合物薄膜本身提供了固有的化学物理稳定性,故电极的重现性好且使用寿命长。特别是聚合物薄膜表面结构造成空间的、静电的、化学的等特殊微环境,可广为环境监测所用[1]。****学院毕业设计（论文）2第1章化学修饰电极的制备与方法分类化学修饰电极的分类方法很多，在这里主要是按其性质进行分类，包括以下三种：1.1共价键结合法这是最早采用的化学修饰法。在电极表面上欲得到高浓度的功能团，首要的是向电极表面引入可供键合的基团。修饰方法一般分为二步进行:第一步是电极表面的预处理，第二步是做表面有机合成，最后把目的功能团键合于电极上。对石墨体系电极的化学修饰方法如图l-1。已知处于含氧气氛中的石墨，其表面上常有一COOH、一CO、一OH、一内酯等基团存在。的电极预处理多用空气氧化法来导人含氧基，但其浓度不高，而且只在与碳层垂直的棱面上产生，在与碳层平行的基面无反应。若用高锰酸钾、重铬酸钾、浓硝酸及过氯酸钠等做湿法氧化处理，就能导人相当量的含氧基(0~10一９克分子/厘米2)。此法手续简便，但存在试剂沾污不易清除的缺点。最好采用氧等离子体处理(或先用氢等离子体刻蚀后再与氧接触，或与微波产生的原子态的氧反应)，导入的含氧基浓度较高，速度快，也无沾污而且重现性也好。为进一步提高相同的含氧基的浓度，还可在氧化后再用还原剂，如氯化锂铝、硼化氢、硼氢化钠、硫代硫酸钠等进行还原处理，使石墨表面的含氧基均变为一OH基，提供了高浓度的为键合反应的基。常用硝化剂如混合酸处理，也可在电极表面上直接导人胺基，或先用氢等离子体清洁石墨表面，再与含一NH2的试剂反应;甚至还可用氨等离子体直接向电极表面导入胺基。此外，将碳纤维在真空中加热到1000℃以上，清除氧化物就会使电极表面活化，冷却到室温后，与溴化乙烯或卤化丙烯相接触而导入卤基。****学院毕业设计（论文）3图1-1石墨体系电极的化学修饰过程用共价键合法制备化学修饰电极的性能稳定。最近已研制出具有导电功能团的化学修饰电极，如四硫富瓦烯电极及四硫富瓦烯四氢喹喏二甲烷电极等。1.2吸附法电极表面被溶液中物质强吸附而无意识地被修饰已多年，过去总认为“吸附”是一种干扰，而化学修饰电极的出现却把“吸附”变为有利的方法。在有机物、生物体的吸附方面，一般地说，分子量较大，熔点较高的有机物很容易吸附在电极表面，吸附的动力可能来自有机物与电极表面的疏水结合，及∏电子相互作用的共同效果。含有悬垂功能团的芳香烃不可逆地强吸附于电极表面，如将热解石墨电极浸人含有0.3毫摩尔Ru(NH3)3+6和1微摩尔9，10一菲醌(PQ)的1摩尔CF3COOH水溶液中，进行循环伏安法研究，见图1-2。图1-2(I)中第一个峰相当于PQ，它随电极浸人的时间而增高，直到稳定为止;第二个相当于Ru(NH3)3+6，没有变化。由于PQ浓度比Ru(NH3)3+6高300倍左右，故在同一电位扫描中不会观察到PQ的扩散波，因此，第一波是由吸附在电极表而上的PQ而引起的，电流增高****学院毕业设计（论文）4表示吸附员的增加。此时若将电极移出洗净，再浸人到只含有支持电解质的空白溶液中，则得到的循环伏安曲线仅有ＰＱ波，而Ru(NH3)3+6波消失，如图1-2(11)所示。吸附于电极表面的PQ的浓度为2.5×10-10克分子/厘米2，相当于PQ的单分子层。系统研究自然吸附的结果表明[2]只要电极表面用氧等离子体处理过，就可把它直接浸人含有第一胺或第二胺的衍生物溶液中，而不必进行表而有机合成就能获得强吸附型