超硬材料网

       通讯作者：BIN ZHAO

       通讯单位：China University of Geosciences (Beijing)

       本文采用掺硼金刚石电极代替汞电极制备了BDD电极，直接用于海水中重金属的检测。结果表明：（1）所制备的电极具有宽的电化学窗口（4.2 V）和低的背景电流（3 ± 2 μA）。（2）可同时测定海水样品的Pb2+、Cd2+、Zn2+、Cu2+。其灵敏度高，重复性好。（3）仪器检测精准度符合国家标准规定值。检测周期小于15 min。可通过自动采样和无线数据传输实现对海水中重金属的现场监测。
       图1显示了现场重金属探测器的原型。探测器由上控制层（a）、调度中心层（b）和采集检测层（c）组成。各层之间都是无线连接或使用导线连接的。上层控制层（a）由多个工作站组成，工作站可以调整调度中心层（b）服务器发送的检测数据。工作站可根据需要设置和修改调度中心b层的可编程控制器（PLC）程序。调度中心层（B）包含主控PLC和辅助PLC。主控连接到显示设备和数据输出设备，并连接到采集和检测层（c）。采集和检测层（c）包含一个现场采样系统和一个重金属检测系统。水样采集系统从目标采集水样，经预处理后送入重金属检测系统。检测系统对样品进行检测，并将数据返回主控器和辅助设备内的调度中心层（B）。

图1 原位重金属探测器的原型。

图2显示了重金属探测器。从图2（a）可以看出，检测器由三部分组成：电化学检测板、阀门控制面板和监控面板。电化学检测板检测并分析离子含量。阀门控制板控制和调节电解质溶液的流入和流出。控制面板实时显示阳极溶出伏安法的曲线。图2（b）为电化学检测板三电极系统示意图，包括参比电极，辅助电极和工作电极。工作电极为BDD电极。

图2重金属原位检测器（a）物理图像和（b）检测系统中的电极布置。

       此外，研究了电解质组成和pH值对电极电化学性能的影响。测试了仪器的重现性和校正曲线。
       在大连湾进行现场试验时，选择了三个采样点。图3显示了现场检测布置图。从图4可以看出，1、2和3个测试点均配备了现场水样采集和检测控制系统。采集检测部分与采样点工作站的控制系统控制层通过PLC（可编程序控制器）中的GPRS（通用分组无线业务）模块进行无线连接。监控层对数据进行采集和比较，并连接到上控制层的上传服务器。天然水样中含有悬浮颗粒和金属有机物。为了保证检测的准确性，对水样进行了预先处理。图3（a）和图3（b）分别显示了采集预处理系统和采样点检测控制系统的结构。从图3（a）可以看出，采集预处理系统包含采样系统、电源系统和电解液处理机制。在电解质溶液处理系统中，采用紫外消解法释放有机络合物中的离子并调整电解质溶液的pH值和电解质溶液的组成。检测控制系统由检测系统和控制系统组成。它通过通讯控制机构实时接收上位PLC的指令序列，顺序开/关电磁阀，控制三电极系统的电位。溶液经采集预处理系统处理后进入三电极系统检测。得到电流和电位曲线，返回主控PLC完成自动检测过程。

图3 现场检测装置的示意图。

图4 海水样品的溶出伏安响应曲线

结果表明该检测器适合海水中重金属的检测，并达到了国家标准的检测阈值。由于电极不需要像传统的汞基电极频繁的清洗，可以在15分钟内完成检测，而传统的汞滴电极需要将近半小时的检测时间。该电极不存在二次污染问题，因此它有望取代汞基重离子电极金属离子探测器。