Электрохимический сенсор для обнаружения мышьяка с использованием нанокомпозита

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8816 (2023) Цитировать эту статью

184 доступа

Подробности о метриках

Целью данного исследования является разработка электрохимического сенсора на основе проводящего полимера полианилина и катионного полимера полидиаллилдиметиламмония хлорида, армированного нанолистами оксида графена, функционализированного акриловой кислотой. Двумерная природа нанолистов оксида графена, функционализированных акриловой кислотой, и кластеров из проводящих полимеров, а также нанолистов оксида графена, функционализированных акриловой кислотой, была подтверждена микроскопическими тестами. Подготовленный нанокомпозит наносили на стеклоуглеродный электрод с целью изготовления электрохимического сенсора для обнаружения мышьяка методами циклической вольтамперометрии и дифференциально-импульсной вольтамперометрии. Следует отметить, что наличие нанолистов оксида графена, функционализированных акриловой кислотой, увеличивает площадь поверхности за счет наноразмерного эффекта, а лучшая дисперсность этого наноматериала, полидиаллилдиметиламмонийхлорида, увеличивает адсорбционную способность аналита за счет электростатического взаимодействия между отрицательно заряженное аналит и положительно заряженная поверхность, а полианилин увеличивает скорость переноса заряда за счет хорошей проводимости. Результаты показывают, что подготовленный электрод имеет чувствительность, равную 1,79 А/М с пределом обнаружения 0,12 мкМ. Предложенный сенсор может быть использован для определения общего неорганического мышьяка путем предварительной окислительной обработки для преобразования As(III) в As(V).

Среди видов тяжелых и вредных для человека и животных металлов мышьяк считается одним из наиболее опасных для окружающей среды металлов, угрожающих жизни миллионов людей1. Между различными химическими видами мышьяка (арсенит, арсенат и органические производные этого металла) его минеральные состояния более токсичны по своей природе из-за более высокой ионной подвижности, чем органические виды. По правилам Всемирной организации здравоохранения, необходимо удалять мышьяк из природной и питьевой воды до достижения концентрации ниже 10 ppb (0,14 мкМ)2.

Известными аналитическими методами определения мышьяка в воде являются масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой, методы абсорбционной и эмиссионной атомной спектроскопии, атомно-флуоресцентная спектроскопия, высокоэффективная жидкостная хроматография, а также ультрафункциональные хроматографические методы, требующие сложных и дорогостоящих приборов, поэтому использование этих методов имеет ограничения и не подходит для полевого анализа3,4,5,6,7,8.

В последние годы электрохимические аналитические методы показали, что они являются перспективным подходом и могут заменить классические методы количественного и качественного обнаружения мышьяка. Системы электрохимической диагностики обладают такими преимуществами, как простота аппаратуры, высокая чувствительность, селективность и удобство. Более того, эти методы имеют возможность миниатюризации, что позволяет использовать их в разное время и в разных местах9. Одним из параметров, влияющих на электродные процессы, являются характеристики поверхности электрода, поэтому, изменяя поверхность электрода путем фиксации подходящего реагента, можно повысить такие аналитические цели, как чувствительность и селективность химических реакций. Были проведены значительные исследования по разработке электрохимических датчиков для обнаружения минеральных видов мышьяка в окружающей среде. В связи с этим были предложены различные методы модификации электродов и достижения желаемого улучшения результатов10,11,12.

Разработка и производство электродов, модифицированных наноматериалами, привлекло внимание, и в последние годы в этой области было опубликовано несколько научных отчетов13,14,15,16. Наночастицы обладают уникальными физическими, химическими, электронными и оптическими свойствами, и введение их в структуру электрода может вызвать эти особенности в электрохимических сенсорах. Модификация электродов наноматериалами для электрохимических целей и обнаружения тяжелых металлов повышает чувствительность датчика благодаря высокому соотношению поверхности к объему и лучшей проводимости17.