Research Progress in Detection of Heavy Metal Ions by Electrochemical Analysis

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.220228

Chinese Journal of Applied Chemistry ›› 2023, Vol. 40 ›› Issue (4): 463-475.DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.220228

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Research Progress in Detection of Heavy Metal Ions by Electrochemical Analysis

Ming-Yan LIU¹^,², Xiu-Ding SHI¹^,², Tian-Guo LI⁴, Jing WANG¹^,²^,³()

^1.School of Civil Engineering，Yunnan Agricultural University，Kunming 650201，China
^2.Yunnan Provincial Key Laboratory of Urban and Rural Water Security and Water Conservation and Emission Reduction in Universities，Kunming 650201，China
^3.Yunnan Province Soil Fertilizer and Pollution Remediation Engineering Research Center，Kunming 650201，China
^4.School of Resources and Environment，Yunnan Agricultural University，Kunming 650201，China

Received:2022-07-01 Accepted:2022-11-21 Published:2023-04-01 Online:2023-04-17
Contact: Jing WANG
About author:88333732@qq.com
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(22066027);the Science and Technology Project of Yunnan Science and Technology Department(2018FD020);the Scientific Reseavch Foundation of Yunnan Education Department(2021J0124);the Scientific Research Foundation of Yunnan Education Department(2022Y294);the Scientific Research Foundation of Yunnan Education Department(2022Y293)

Abstract

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

CLC Number:

O657.1

Ming-Yan LIU, Xiu-Ding SHI, Tian-Guo LI, Jing WANG. Research Progress in Detection of Heavy Metal Ions by Electrochemical Analysis[J]. Chinese Journal of Applied Chemistry, 2023, 40(4): 463-475.

Figures/Tables 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］

Research Progress in Detection of Heavy Metal Ions by Electrochemical Analysis

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