电化学分析方法检测重金属离子研究进展

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.220228

摘要/Abstract

摘要：

重金属难以生物降解，对环境和人类生命健康造成了严重威胁，因此，重金属的检测和重金属污染的治理十分必要。近年来，电化学分析方法对重金属离子的检测具有灵敏度高，分析速度快，可同时对多种金属离子进行检测等优点，成为了重金属检测领域的研究热点。本文综述了常见电化学检测方法的检测原理和发展现状，通过引入线性范围、检出限和回收率等参数，分别对电位分析法、电位溶出法和伏安法的检测效果进行阐述，讨论了各种方法的优缺点，并指出以后的研究方向，以期为电化学传感器的应用提供基础。

关键词: 重金属检测, 电化学分析, 电位分析法, 电位溶出法, 伏安法

Abstract:

Heavy metals are difficult to biodegrade and pose a serious threat to the environment and human life and health. Hence， the detection and treatment of heavy metal pollution is vital. In recent years， electrochemical methods for the detection of heavy metal ions have become a research hotspot in the field of heavy metal detection because of their high sensitivity， fast analysis speed and the ability to detect multiple metal ions simultaneously. This paper reviews the detection principles and development status of common electrochemical detection methods， and describes the detection effects of potentiometric analysis， potentiometric stripping analysis and voltammetry by introducing the parameters of linear range， detection limit and recovery. Finally， the review outlines the advantages and disadvantages of various methods， and points out the future research directions in order to provide a basis for the application of electrochemical sensors.

Key words: Heavy metal detection, Electrochemical analysis, Potentiometric analysis, Potentiometric stripping analysis, Voltammetry

中图分类号:

O657.1

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图/表 5

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Ion-Selective Electrode	Ionophore	Linear range/（mol·L^-1）	Limit of detection/（mol·L^-1）	Ref.
Calcium Ion Selective Electrode	1，1，1-Tris（N-methyl-N-phenylaminoearbonylmethoxymethy1）propane （TMPP）	5.0×10^-5~5.0×10^-2	2.3×10^-5	［24］
	Calix［4］arene tetraphosphine oxide	1.0×10^-4~1.0×10^-1		［25］
	N，N，N′，N′-Ｔetracyclohexyl-3-oxapentanediamide ligand （ETH 129）	1.0×10^-5~1.0×10^-2	1.0×10^-5	［26］
Lead Ion Selective Electrode	III N，N，N′，Ν′- Tetradodecyl-3，6-dioxaoctandithioamide （ETH5435）	1.0×10^-7~1.0×10^-4	5.0×10^-8	［27］
	Polyaminoanthraquinone （PAAQ）	2.5×10^-6~1.0×10^-1	7.76×10^-7	［28］
	Polyphenylenediamine	3.16×10^-6~3.16×10^-2	6.31×10^-7	［29］
Copper Ion Selective Electrode	o-Xylylenebis（N，N-diisobutyldithiocarbamate）	1.0×10^-1~1.0×10^-6	4.9×10^-7	［30］
	2， 2′-［1，9 Nonanediyl bis （nitriloethylidyne）］-bis- （1-naphthol）	1.0×10^-6~5.0×10^-3	8.0×10^-7	［31］
	N-Hydroxysuccinimide （NHS） and succinimide （Succ）	1.0×10^-2~1.0×10^-6	4.4×10^-6	［32］

Ion-Selective Electrode	Ionophore	Linear range/（mol·L^-1）	Limit of detection/（mol·L^-1）	Ref.
Calcium Ion Selective Electrode	1，1，1-Tris（N-methyl-N-phenylaminoearbonylmethoxymethy1）propane （TMPP）	5.0×10^-5~5.0×10^-2	2.3×10^-5	［24］
	Calix［4］arene tetraphosphine oxide	1.0×10^-4~1.0×10^-1		［25］
	N，N，N′，N′-Ｔetracyclohexyl-3-oxapentanediamide ligand （ETH 129）	1.0×10^-5~1.0×10^-2	1.0×10^-5	［26］
Lead Ion Selective Electrode	III N，N，N′，Ν′- Tetradodecyl-3，6-dioxaoctandithioamide （ETH5435）	1.0×10^-7~1.0×10^-4	5.0×10^-8	［27］
	Polyaminoanthraquinone （PAAQ）	2.5×10^-6~1.0×10^-1	7.76×10^-7	［28］
	Polyphenylenediamine	3.16×10^-6~3.16×10^-2	6.31×10^-7	［29］
Copper Ion Selective Electrode	o-Xylylenebis（N，N-diisobutyldithiocarbamate）	1.0×10^-1~1.0×10^-6	4.9×10^-7	［30］
	2， 2′-［1，9 Nonanediyl bis （nitriloethylidyne）］-bis- （1-naphthol）	1.0×10^-6~5.0×10^-3	8.0×10^-7	［31］
	N-Hydroxysuccinimide （NHS） and succinimide （Succ）	1.0×10^-2~1.0×10^-6	4.4×10^-6	［32］

Electrode	Linear range/ （mol·L^-1）	Limit of detection/（mol·L^-1）	RSD/%	Recovery/%	Analysis object	Ref.
Fullerene-chitosan	Hg（II），1.0×10^-4~6.0×10^-6 Cu（II），5.0×10^-4~6.0×10^-6 Pb（II），5.0×10^-3~6.0×10^-6 Cd（II），5.0×10^-5~9.0×10^-6	Hg（Ⅱ），3.0×10^-9 Cu（Ⅱ），1.4×10^-8 Pb（Ⅱ），1.0×10^-9 Cd（Ⅱ），2.1×10^-8	Hg（Ⅱ），3.1 Cu（Ⅱ），2.5 Pb（Ⅱ），5.7 Cd（Ⅱ），1.9	92.2~117.2	Hg（Ⅱ） Cu（Ⅱ） Pb（Ⅱ） Cd（Ⅱ）	［60］
1，10-Phenanthroline-5，6-dione	2.4×10^-7~6.0×10^-9	3.0×10^-10	2.10	99.3	Cd（Ⅱ）	［61］
Carbon electrode was modified by chitosan and cysteine	2.0×10^-7~2.0×10^-9	7.32×10^-7	5.87		As（Ⅲ）	［62］
Reduced graphene oxide and Goldnanoparticles （rGO/AuNPs CFMEs）	0~1.0×10^-6	2.4×10^-9	2.22		Cu（Ⅱ）	［63］
Nafion-modified glassy carbon electrode	9.2×10^-7~9.2×10^-8	4.6×10^-8	7.1	90.0~109.0	Ag（Ⅰ）	［64］
Hg-Plated	Cd（Ⅱ），3.5×10^-7~8.9×10^-10 Pb（Ⅱ），3.9×10^-7~4.8×10^-10 Cu（Ⅱ），0~1.6×10^－6	Cd（Ⅱ），5.3×10^-10 Pb（Ⅱ），1.4×10^-9 Cu（Ⅱ），1.6×10^-9	Cd（Ⅱ），4.0 Pb（Ⅱ），2.9 Cu（Ⅱ），2.7	Cd（Ⅱ），99.57 Pb（Ⅱ），101.30 Cu（Ⅱ），98.00	Cd（Ⅱ） Pb（Ⅱ） Cu（Ⅱ）	［65］
In-situ Bismuth-modified Boron doped diamond electrode	4.6×10^-6~4.8×10^-8	Zn（Ⅱ），8.6×10^-9 Cd（Ⅱ），2.9×10^-9 Pb（Ⅱ），3.6×10^-9		92.0~114.0	Zn（Ⅱ） Cd（Ⅱ） Pb（Ⅱ）	［66］
Bi₂O₃-graphene material	Pb（Ⅱ），9.6×10^-7~4.8×10^-8 Cd（Ⅱ），1.8×10^-6~2.2×10^-7	Pb（Ⅱ），9.6×10^-11 Cd（Ⅱ），2.2×10^-9	Pb（Ⅱ），4.3 Cd（Ⅱ），4.7		Pb（Ⅱ） Cd（Ⅱ）	［67］

Electrode	Linear range/ （mol·L^-1）	Limit of detection/（mol·L^-1）	RSD/%	Recovery/%	Analysis object	Ref.
Fullerene-chitosan	Hg（II），1.0×10^-4~6.0×10^-6 Cu（II），5.0×10^-4~6.0×10^-6 Pb（II），5.0×10^-3~6.0×10^-6 Cd（II），5.0×10^-5~9.0×10^-6	Hg（Ⅱ），3.0×10^-9 Cu（Ⅱ），1.4×10^-8 Pb（Ⅱ），1.0×10^-9 Cd（Ⅱ），2.1×10^-8	Hg（Ⅱ），3.1 Cu（Ⅱ），2.5 Pb（Ⅱ），5.7 Cd（Ⅱ），1.9	92.2~117.2	Hg（Ⅱ） Cu（Ⅱ） Pb（Ⅱ） Cd（Ⅱ）	［60］
1，10-Phenanthroline-5，6-dione	2.4×10^-7~6.0×10^-9	3.0×10^-10	2.10	99.3	Cd（Ⅱ）	［61］
Carbon electrode was modified by chitosan and cysteine	2.0×10^-7~2.0×10^-9	7.32×10^-7	5.87		As（Ⅲ）	［62］
Reduced graphene oxide and Goldnanoparticles （rGO/AuNPs CFMEs）	0~1.0×10^-6	2.4×10^-9	2.22		Cu（Ⅱ）	［63］
Nafion-modified glassy carbon electrode	9.2×10^-7~9.2×10^-8	4.6×10^-8	7.1	90.0~109.0	Ag（Ⅰ）	［64］
Hg-Plated	Cd（Ⅱ），3.5×10^-7~8.9×10^-10 Pb（Ⅱ），3.9×10^-7~4.8×10^-10 Cu（Ⅱ），0~1.6×10^－6	Cd（Ⅱ），5.3×10^-10 Pb（Ⅱ），1.4×10^-9 Cu（Ⅱ），1.6×10^-9	Cd（Ⅱ），4.0 Pb（Ⅱ），2.9 Cu（Ⅱ），2.7	Cd（Ⅱ），99.57 Pb（Ⅱ），101.30 Cu（Ⅱ），98.00	Cd（Ⅱ） Pb（Ⅱ） Cu（Ⅱ）	［65］
In-situ Bismuth-modified Boron doped diamond electrode	4.6×10^-6~4.8×10^-8	Zn（Ⅱ），8.6×10^-9 Cd（Ⅱ），2.9×10^-9 Pb（Ⅱ），3.6×10^-9		92.0~114.0	Zn（Ⅱ） Cd（Ⅱ） Pb（Ⅱ）	［66］
Bi₂O₃-graphene material	Pb（Ⅱ），9.6×10^-7~4.8×10^-8 Cd（Ⅱ），1.8×10^-6~2.2×10^-7	Pb（Ⅱ），9.6×10^-11 Cd（Ⅱ），2.2×10^-9	Pb（Ⅱ），4.3 Cd（Ⅱ），4.7		Pb（Ⅱ） Cd（Ⅱ）	［67］

Ionophore	Linear range/（mol·L^-1）	Limit of detection/（mol·L^-1）	RSD/%	Recovery/%	Analysis object	Ref.
Chitosan coated magnetite nanoparticle modified carbon paste electrode	5.8×10^-9~1.9×10^-10	1.2×10^-10	11.4	87~110	Cr（Ⅵ）	［71］
Gold， microwire electrode	1×10^-7~1×10^-9	5.0×10^-10			As（Ⅲ）	［72］
Electrode was modified by nanographite and plastic （polylactic acid）	9.1×10^-9~2.7×10^-6	1.6×10^-9	4.9	96~105	Mn（Ⅱ）	［73］
Carbon nanotude paste electrode	8.0×10^-9~3.0×10^-7	3.5×10^-9	2.5	96.7~104	NI（Ⅲ）	［74］
Iron oxide nanostructured （ION）	1.0×10^-6~8.0×10^-6	3.0×10^-9	3.6	102~119	Cu（Ⅱ）	［75］