碘是人體生長必需的一種微量元素。人體中所需的碘主要通過攝取海產品和加碘鹽獲得。當膳食中碘過量或不足時,會引起一些健康問題如精神發育遲滯、甲狀腺腫、甲狀腺機能亢進等。因此,建立一種靈敏度高、選擇性好、準確度高的碘檢測方法是非常必要的。目前,國內外研究者已發展多種碘檢測方法,包括熒光法、毛細管電泳法、高效液相色譜法、氣相色譜-質譜法等。然而,這些方法存在儀器價格昂貴、試劑耗量大、分離時間長等缺陷。與上述方法相比,電化學方法是一種簡單、廉價、選擇性好、靈敏度高的方法,且可利用碘離子的電化學活性實現其檢測。


石墨烯是近年發展起來的一種新型納米材料,由于具有導電性好、比表面積大等優點,廣泛用于構建電化學傳感器和生物傳感器,在碘離子檢測中的應用較少。本文采用一步電化學沉積法將膠態水溶液中的氧化石墨烯沉積到電極表面制得石墨烯修飾電極,利用該修飾電極建立了一種電化學檢測碘離子的新方法,進一步將該方法用于食鹽中碘的測定。


1材料及方法


1.1材料與試劑


氧化石墨購自南京先豐納米材料科技有限公司;碘化鈉、溴化鈉、氯化鈉、氟化鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、氫氧化鈉、高氯酸鋰、抗壞血酸購自上海晶純生化科技股份有限公司。實驗用水為超純水。pH為1.0~2.0緩沖溶液由0.1mol·L-1硫酸和0.1mol·L-1氫氧化鈉配制,pH為3.0~5.0緩沖溶液由0.1mol·L-1磷酸氫二鈉和0.1 mol·L-1磷酸二氫鈉配制。不同濃度碘化鈉溶液(支持電解質為0.1mol·L-1緩沖)現用現配。


1.2石墨烯修飾電極的制作


將直徑為2mm裸金電極先用粒徑為0.5和0.05μm的氧化鋁濕粉打磨,待將其在超純水中超聲清洗3min后,采用循環伏安法將它在0.1 mol·L-1硫酸中進行電化學打磨,電位掃描范圍為0~1.6V,掃速為100mV·s-1,直到獲得穩定的循環伏安圖為止。將氧化石墨在0.1mol·L-1高氯酸鋰中超聲剝離30min,制得3g·L-1氧化石墨烯膠體水溶液。用高純度氮氣處理上述膠體水溶液10min,采用直接電化學沉積法將石墨烯修飾在電極表面,即可制得石墨烯修飾電極,沉積電位為-1.2V,沉積時間為800s。


1.3電化學檢測碘離子


將石墨烯修飾的金工作電極、銀-氯化銀(3 mol·L-1氯化鉀)參比電極和鉑絲對電極與電化學工作站連接,將上述三電極浸入碘離子溶液中,采用方波伏安法對溶液中的碘離子進行了測定,階躍電位為5mV,振幅為20mV,頻率為10Hz。


2結果與分析


2.1碘離子在石墨烯修飾電極上的電化學行為


圖1為1×10-4mol·L-1碘化鈉(支持電解質為0.1mol·L-1緩沖,pH=1.0)在石墨烯修飾金電極上的循環伏安圖(掃速為100mV·s-1)。當溶液中不存在碘化鈉時,未在裸金電極(灰色虛線)和石墨烯修飾的金電極(黑色虛線)上觀察到明顯的氧化峰和還原峰;與裸金電極相比,在石墨烯修飾電極上獲得的充電電流信號明顯增大,這一現象表明石墨烯已成功修飾在金電極表面。而當溶液中存在1×10-4mol·L-1碘化鈉時,可在0.54V和0.43V處分別明顯觀察到碘離子的氧化峰和還原峰(黑色實線)。因此,可利用碘離子在石墨烯修飾電極表面的電化學信號實現對其含量的測定。

圖1碘離子在工作電極上的循環伏安圖