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塔那那利佛钻探院发布光谱电化学检验重金属离

时间:2019-05-14 20:36来源:科学
近期,智能所黄行九研究员课题组应邀撰写电化学检测砷进展综述文章 Recentdevelopments in electrochemical determination ofarsenic 并发表在 Current Opinion inElectrochemistry( 上。 近期,中国科学院合肥

近期,智能所黄行九研究员课题组应邀撰写电化学检测砷进展综述文章Recent developments in electrochemical determination of arsenic并发表在Current Opinion in Electrochemistry(上。

近期,中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所研究员黄行九课题组关于光谱电化学检测重金属离子进展的综述文章Electrochemical spectral methods for trace detection of heavy metals: A review 发表在Trends in Analytical Chemistry上。 重金属离子污染对人体健康与生态环境都造成了严重威胁,实现污染物中痕量与超痕量水平重金属离子的检测尤为重要。单一的光谱检测方法,如X射线荧光分析、激光诱导击穿光谱分析以及传统电化学手段在面对低浓度、成分未知的复杂污染物时,存在检测限、灵敏度、抗干扰能力不理想的缺点。

考虑到无机砷对人体与生态环境的严重危险性,当前,发展测量痕量与超痕量水平砷的电化学分析方法已成为环境分析领域研究热点之一。随着纳米技术的发展,纳米材料越来越多地被应用于电极修饰剂构筑电化学敏感界面,从而提高电化学方法分析检测砷的灵敏度与准确性,并已在砷的分析检测方面取得了丰硕的研究成果。因此,为了评估电化学方法检测砷的研究现状,跟进发展趋势,并关注检测过程中存在的关键问题,简要的综合介绍关于电化学分析检测砷是非常必要的。

近几年,光谱电化学技术已经成为环境分析领域研究热点之一,该方法使用电沉积和电吸附技术对检测样品进行预处理,然后使用光谱技术实现对痕量重金属离子的定性定量分析,该联用技术具有灵敏度高、检测限低、抗干扰能力强的优点。黄行九课题组已在光谱电化学检测重金属离子方面取得了一系列科研成果。比如,该课题组使用电吸附-X射线荧光分析联用技术实现了水环境中砷离子的检测;使用电沉积-激光诱导击穿光谱分析联用技术实现了水稻中镉离子的抗干扰检测;此外,使用电吸附-激光诱导击穿光谱联用技术,该课题组还实现了铬离子的原位检测,实验装置如图1所示。

该综述主要介绍了近两年来所使用的电极材料及电解质pH值的发展趋势,以及电化学方法与其他技术联用分析检测无机砷的进展。通过调研,得出如下主要结论:1、试图摆脱贵金属材料,利用非贵金属纳米材料作为电极修饰剂;2、虽然酸性介质分析检测砷是目前最常见的缓冲溶液,但是在中性pH或碱性条件下进行检测的研究逐渐增加;3、不断开发电化学方法与其他技术联用的分析方法。

此次发表的综述主要介绍了光谱电化学在检测重金属离子方面的主要进展及发展趋势。其中,电沉积预处理技术主要与原子吸收光谱、全反射X射线荧光分析、X射线荧光分析及激光诱导击穿光谱分析联用。基于静电吸附作用,近几年新发展的电吸附预处理技术也成功地与X射线荧光分析及激光诱导击穿光谱分析联用。值得注意的是,光谱电化学技术也能实现重金属离子的原位监测。

此外,本文提出了目前电化学方法分析检测砷存在的关键问题和挑战。课题组研究人员指出增强抗干扰和敏感性的机制需要进一步的探索,尽管已经提出了吸附电催化和吸附扩散的理论,但直接的实验证据仍然不足。结合光谱技术与理论计算,如X-射线吸收精细结构和密度泛函理论,从而获得砷与电极修饰材之间的相互作用,包括配位数、键合形式、键长和键能等,从而在原子水平上更深入地了解释获得增强的电化学信号的本质原因。另外,探索开发便携、易操作的电化学传感器件,能够让非专业人员利用其实现污染物的准确、稳定、在线检测将是研究人员努力的方向。

此外,该综述文章提出了目前光谱电化学方法分析检测重金属离子存在的关键问题和挑战。课题组研究人员指出,实现痕量及超痕量重金属离子的快速高灵敏检测需要:1)设计基于纳米材料的电极,优化电化学过程的实验条件,以缩短预处理过程的时间;2)通过与光谱技术及理论计算结合,如X-射线吸收精细结构和密度泛函理论,进一步探索电化学过程的抗干扰机制;3)进一步设计可用于在线监测环境污染物的便捷实验装置。

该研究工作得到了中国科学院创新交叉团队、合肥研究院院长基金、国家自然科学基金等项目的支持。

该研究工作得到了国家自然科学基金重点项目、博士后创新人才支持计划、安徽省重大科技专项、中科院创新交叉团队、合肥研究院院长基金等的支持。

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图1 电化学方法分析检测无机砷研究现状与发展趋势

微区液体排空装置辅助原位水下电吸附-激光诱导击穿光谱分析联用体系的实验装置图。原位光谱电化学设备原理图;微区液体排空装置设备的分解图。

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