电化学方法实现溶液中Cr的水下检测,中国科学院

来源:http://www.020tL.com 作者:新闻中心 人气:103 发布时间:2019-09-22
摘要: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和安徽光学精密机械研究所研究员赵南京从电化学、激光诱导击穿光谱检测水溶液中Cr存在的问题出发,通过将电化

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和安徽光学精密机械研究所研究员赵南京从电化学、激光诱导击穿光谱检测水溶液中Cr存在的问题出发,通过将电化学方法与激光诱导击穿光谱联用并结合微区液体排空装置实现对水中微污染物Cr的原位水下检测。该工作在利用光谱-电化学方法联用实现水下原位重金属离子的准确检测方面具有重要的科学意义,相关研究成果已发表在美国化学会《分析化学》上(Analytical Chemistry 2017, DOI:10.1021/acs.analchem.7b00629)。

近期,智能所黄行九研究员和安徽光机所赵南京研究员从电化学、激光诱导击穿光谱检测水溶液中Cr存在的问题出发,通过将电化学方法与激光诱导击穿光谱联用并结合微区液体排空装置实现对水中微污染物Cr的原位水下检测。该工作在利用光谱-电化学方法联用实现水下原位重金属离子的准确检测方面具有重要的科学意义,相关研究成果已发表在美国化学会《分析化学》上(Analytical Chemistry 2017, DOI:10.1021/acs.analchem.7b00629)。

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和安徽光学精密机械研究所研究员赵南京从电化学、激光诱导击穿光谱检测水溶液中Cr存在的问题出发,通过将电化学方法与激光诱导击穿光谱联用并结合微区液体排空装置实现对水中微污染物Cr的原位水下检测。

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。

激光诱导击穿光谱作为一种元素分析方法已被用于环境样品中重金属离子的检测研究。但LIBS直接检测液体样品时往往伴随着溶液对激光能量和等离子体信号的吸收,对激光的散射与折射等现象,致使其检测灵敏度低、检测限较高。为克服以上问题,常需通过富集方式将溶液样品中的待测物转移到固体基底上,而后在空气环境中进行LIBS检测。但这种样品预处理和检测分开进行的分析方式可能会带来样品成分的变化,从而影响检测的准确性。

激光诱导击穿光谱作为一种元素分析方法已被用于环境样品中重金属离子的检测研究。但LIBS直接检测液体样品时往往伴随着溶液对激光能量和等离子体信号的吸收,对激光的散射与折射等现象,致使其检测灵敏度低、检测限较高。为克服以上问题,常需通过富集方式将溶液样品中的待测物转移到固体基底上,而后在空气环境中进行LIBS检测。但这种样品预处理和检测分开进行的分析方式可能会带来样品成分的变化,从而影响检测的准确性。

该工作在利用光谱-电化学方法联用实现水下原位重金属离子的准确检测方面具有重要的科学意义,相关研究成果已发表在美国化学会《分析化学》上(Analytical Chemistry 2017,DOI:10.1021/acs.analchem.7b00629)。

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。

研究人员将微区液体排空装置、电吸附富集方法与传统LIBS结合实现溶液中Cr的原位水下检测。为了克服LIBS检测水样品时存在的一系列问题,研究者研发了微区液体排空装置,其工作原理为:当系统采集LIBS信号时,通过引入气流使得仪器的激光传输通道和等离子体激发与收集腔内的溶液排出,以在这两个区域及电极表面形成短暂的空气环境,借此避免激光传输过程中能量的损耗、等离子体激化点处的溶液溅射等来自周围水环境的干扰问题,提高光谱信号的稳定性。为了改善LIBS的检测下限并提高检测的选择性,电吸附方法被用于富集溶液中Cr,壳聚糖修饰的石墨烯作为吸附剂,同时电吸附富集过程中形成的正电场避免了来自共存阳离子的干扰。不仅如此,该原位水下LIBS体系在真实水样品环境中Cr也表现出较好的检测性能。该研究成果还可以扩展到原位定量检测水环境中其他带电离子污染物方面。

研究人员将微区液体排空装置、电吸附富集方法与传统LIBS结合实现溶液中Cr的原位水下检测。为了克服LIBS检测水样品时存在的一系列问题,研究者研发了微区液体排空装置,其工作原理为:当系统采集LIBS信号时,通过引入气流使得仪器的激光传输通道和等离子体激发与收集腔内的溶液排出,以在这两个区域及电极表面形成短暂的空气环境,借此避免激光传输过程中能量的损耗、等离子体激化点处的溶液溅射等来自周围水环境的干扰问题,提高光谱信号的稳定性。为了改善LIBS的检测下限并提高检测的选择性,电吸附方法被用于富集溶液中Cr,壳聚糖修饰的石墨烯作为吸附剂,同时电吸附富集过程中形成的正电场避免了来自共存阳离子的干扰。不仅如此,该原位水下LIBS体系在真实水样品环境中Cr也表现出较好的检测性能。该研究成果还可以扩展到原位定量检测水环境中其他带电离子污染物方面。

激光诱导击穿光谱作为一种元素分析方法已被用于环境样品中重金属离子的检测研究。但LIBS直接检测液体样品时往往伴随着溶液对激光能量和等离子体信号的吸收,对激光的散射与折射等现象,致使其检测灵敏度低、检测限较高。为克服以上问题,常需通过富集方式将溶液样品中的待测物转移到固体基底上,而后在空气环境中进行LIBS检测。但这种样品预处理和检测分开进行的分析方式可能会带来样品成分的变化,从而影响检测的准确性。

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。

该研究工作得到了国家重大科学研究计划项目、国家自然科学基金和中科院创新交叉团队等项目的支持。

该研究工作得到了国家重大科学研究计划项目、国家自然科学基金和中国科学院创新交叉团队等项目的支持。

研究人员将微区液体排空装置、电吸附富集方法与传统LIBS结合实现溶液中Cr的原位水下检测。

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。

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原位光谱电化学LIBS设备原理图;微区液体排空装置设备的分解图

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