1. 研究目的与意义
碳糊电极(carbon paste electrode，简称cpe)是利用导电性的石墨粉(颗粒度0.01mm- 0.02 mm)与憎水性的粘合剂(如石蜡、硅油等)混合制成糊状物，然后将其涂在电极棒表面或填充入电极管中而制成的一类电极。自1958年，adams首次制备出碳糊电极以来，已经有许多不同的方法用于制备碳糊电极并用于电化学研究。由于碳糊电极无毒、电位窗口宽(依实验条件而定，电位范围为-1.4-1.3v，最高至 1.7vvs．sce)、制作简单、成本低廉、表面容易更新，备受电化学分析工作者的青睐。碳糊电极的性能主要取决于制备方法、所用材料、电极表面状态及使用时间等，其已被广泛应用于各类物质的电化学分析，发展迅猛。然而，裸碳糊电极性能非常有限，通过电极修饰的方法可以使碳糊电极具有一定的功能。20世纪70年代中期出现的化学修饰碳糊电极，是通过在碳糊中添加特殊成分或以其他方式使其具备某种功能，从而改变溶液相中电子转移速度较慢的现象，降低背景电流和过电位，使电极能快速进行特定的、有选择的反应，借以提高测定灵敏度。
作为化学修饰电极的一种，修饰剂是化学修饰碳糊电极的重要成分，常用的修饰剂有离子交换树脂、吸附剂、络合剂、金属配合物和生物材料等。一般说来。作为cmcpe的修饰剂应满足以下条件：①不溶于水或待测溶液，并能强烈吸附在碳糊中，以防止从碳糊上脱落；②在所涉及的电位范围内，尽量不表现出电活性，以避免产生高背景电流；③易于活化再生，以保证良好的重现性；④易于对待测物进行有效地富集或电催化响应。修饰剂可归纳为两大类：(1)电活性的修饰剂，如氨基酸、c60-y-环糊精、5-氟脲嘧啶、四氰基醌二甲烷、萘二胺、四羟基蒽醌等，使用这类修饰剂，碳糊修饰电极可用于测定金属离子，也可应用于医学、生化等方面。(2)非电活性的修饰剂，如聚酰胺，无机试剂al203，硅胶等，使用这类修饰剂制作的碳糊电极大多利用修饰剂对目标物质的物理吸附达到富集待测物，缩短传质过程，从而提高分析灵敏度的目的。
将修饰剂混合在电极本体中是最常用的碳糊电极修饰方法，即将化学修饰剂、石墨粉、粘合剂三者适量直接混合。为了使修饰剂在电极表面分布均匀一致，常用超声振荡进行分散石墨粉与修饰剂。若修饰剂能强吸附于碳粉上，可预先将修饰剂溶于挥发性溶剂(如乙腈、乙醇等)中，加人石墨粉成碳浆，待溶剂挥发后加入粘合剂，获得均匀的cmcpe。制备碳糊修饰电极也可以将修饰剂直接溶解在粘合剂中，再与石墨粉混合。溶解法仅限于亲脂性很强的修饰剂，而且必要时可加热促进其溶解。此外也可以先制备碳糊基础电极，将其浸入含有修饰剂的溶液中，通过吸附、共价键合或粘合剂的萃取作用将修饰剂富集在电极表面，或采用涂膜法将含有修饰剂的溶液滴加或涂敷于碳糊电极表面，烘干即可。吸附法、共价键合法制备修饰电极的缺点是吸附层不重现，修饰剂易脱落。随着生产力的发展，经济水平不断地提高，但城市改造、煤矿开采、金属冶炼、农业施肥等工农业产生的废渣废水以及生活污水大肆排放，导致重金属以不同形式排放到环境中，严重影响了水体、土壤等，造成不同程度污染。在环境中重金属离子具有不易被代谢，也不易被生物降解的特性，只能是各形态之间相互转化，因而可被生物体不断地富集并积累，严重影响人类的正常生活。进入大气、水体和土壤等各种环境的重金属离子可通过呼吸道、消化道和皮肤等各种途径被动物吸收，损害神经系统、造血系统和消化系统，使机体免疫力降低。此外铜、铅、铬等重金属是造成人类生殖障碍的重要致病因子之一。因此，环境中重金属离子的快速检测对环境评价，保护人体健康具有重要的现实意义。
2. 研究内容和预期目标
主要研究内容：将金属离子螯合剂复合碳纳米材料与石墨粉混合在一定条件下制备得到修饰电极，运用阳极溶出伏安法测定重金属离子例如pb2 、cu2 等，构建重金属离子的灵敏分析方法。
预期目标：通过表征和伏安曲线能够清晰得出重金属离子在不同电极下有明显的差异，从而为重金属离子的富集和快速灵敏检测提供理论基础。
3. 研究的方法与步骤
| 1、裸电极（CPE）的制备 将质量比为4:1的石墨粉与甲基硅油充分研磨混合均匀制成糊状，填充到内径为3 mm的塑胶管中压实，在管的另一端插入一根铜丝作为电极的导线，然后在称量纸上抛光并用二次蒸馏水冲洗电极的表面以备用。 2、修饰电极的制备 取一定量石墨粉、乙二胺四乙酸二钠（EDTA）、碳纳米材料、甲基硅油于研钵中，充分混匀至糊状后，取适量压入上述碳糊电极管的空腔内，紧密填实。电极过夜晾干，使用前在称量纸上轻磨成镜面。如需更新电极表面时，将碳糊电极挤出 0.5 - 1 mm后，重新磨平抛光即可，无需再进行其他的预处理。 3、方波阳极伏安溶出法 在测定重金属之前，将裸电极和制备的修饰电极插入0.1 mol/L KCl 支持电解质溶液中，在-1.40～-0.60 V电位区间用CV以100 mv/s 的扫描速度扫描数圈至基线稳定，再在含有一定浓度重金属离子溶液( 含有十二烷基苯磺酸钠的0.1 mol/L KCl溶液)中运用阳极溶出伏安法以相同的电位范围对重金属离子进行测定，记录阳极溶出伏安曲线。每次测定后将电极置于空白底液中进行CV扫描至无明显峰出现，以清洗吸附在电极表面的重金属离子以便再次使用。阳极溶出伏安法检测程序: 首先在-1.40 V( vs.SCE)下搅拌富集90 s,电沉积结束后停止搅拌,然后进行阳极溶出扫描:扫描电位-1.40～-0.60 V(vs.SCE)，静置时间10 s，电位增量为5 mV，频率为10.00 Hz，方波幅度为20 mV。 |
4. 参考文献
[1]许文娟, 焦晨旭. 碳糊电极和化学修饰碳糊电极制备及应用综述[j]. 应用化工, 2010, 39(5):755-757.
[2]郭凌雁. 化学修饰碳糊电极在重金属离子和三聚氰胺检测中的应用研究[d]. 中北大学, 2015.
[3]刘叶, 刘莉莉, 薄晓文,等. gb14233.1-2008重金属测定实验方法的选择与应用[j]. 生物医学工程研究, 2013, 32(2).
5. 计划与进度安排
1(第一周) 接受任务，查阅文献。
2（第二－三周） 询问导师课题疑问、完成开题报告、完成英文文献翻译、为论文实验做准备。
3（第四－十三周） 构建修饰电极，记录重金属离子在电极上的电化学反应，对修饰电极进行表征，对比重金属离子的不同伏安曲线。
