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用于水体重金属检测的电化学传感器及仪器与分析方法研究

用于水体重金属检测的电化学传感器及仪器与分析方法研究

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作者：林温程浙江大学

学位级别：硕士

随着经济社会的快速发展,水体污染问题逐渐成为水资源开发利用中面临的难题。其中,水体中的重金属污染不容忽视,这是痛痛病、水俣病等多种公害病产生的重要原因。常规的重金属离子检测依赖于实验室环境,存在着相当的局限性;而电化学方... 详细信息

随着经济社会的快速发展,水体污染问题逐渐成为水资源开发利用中面临的难题。其中,水体中的重金属污染不容忽视,这是痛痛病、水俣病等多种公害病产生的重要原因。常规的重金属离子检测依赖于实验室环境,存在着相当的局限性;而电化学方法作为一种重要的痕量分析方法,易于操作且可以实现小型化,在快速检测重金属方面具有突出的优势。通过研究电化学传感器及仪器与分析方法,可以对水体中的重金属含量进行便捷、快速、准确的定量检测,这对人居环境、饮食安全以及工农业生产等都具有十分重要的意义。论文的主要内容和创新性工作如下:1.研制了一种新型的feooh修饰的丝网印刷电极传感器,实现了对铅和铜离子的高灵敏和特异性检测通过在丝网印刷金电极的表面修饰feooh,获得了海胆状刺球的微观结构,用于同时检测水中的Pb（II）和Cu（II）。为了实现对水中重金属离子的检测,采用电沉积的方法对丝网印刷金电极快速修饰。电极修饰完毕后,对检测的富集电压、富集时间、溶液p H等多种实验参数进行了优化。根据实验参数的优化,使用阳极方波溶出伏安法建立了Pb（II）和Cu（II）的标准曲线,检出限分别低至2.82μg/L和0.44μg/L,并对电极的重复性、一致性与抗干扰性进行了测试。为了进一步验证该传感器实际检测重金属离子的能力,进行了实际水样的检测,并与原子吸收光谱法进行了比对,获得了一致的结果。2.设计了电化学检测仪器,可用于便携检测水中多种重金属开发了便携式电化学检测仪器,能够执行多种电化学分析方法用于分析检测重金属。电化学检测仪器由电源模块、检测模块以及电化学传感器构成,并通过蓝牙与上位机软件连接。电化学检测仪器能够接收上位机的指令并执行循环伏安法、差分脉冲溶出伏安法等多种伏安过程,并返回电化学过程中的电流数据做进一步的处理。对仪器的硬件测试显示,该仪器的检测结果满足设计要求,可以用于重金属的伏安检测。3.开发了基于智能手机的移动端软件,实现了重金属的现场快速检测依托安卓平台,使用Java语言开发了基于智能手机的移动端软件,作为水体重金属的现场检测移动终端。移动端软件具有参数设置、命令控制、曲线绘制、数据管理等基础功能,并通过蓝牙的形式与电化学检测仪器实现通讯。软件能够对获得的数据作初步处理,实现了异常值剔除、去噪滤波等功能。通过与硬件电路的联调联试,验证了软件的整体功能,说明该移动端能够作为水体重金属的现场移动检测平台。4.建立了重金属浓度定量算法模型,探索了多传感器的数据融合方法针对地表水样检测中重金属离子相互干扰以及水体中存在有机物干扰等实际课题,提出了电化学和光学传感器等多类型的传感器联合进行检测的方法。根据浓度超立方体中实验点均匀分布的原则,设计了一系列重金属浓度组合的地表水模拟水样。利用多传感器的响应构建了一维卷积神经网络模型,与传统的线性拟合方法相比,预测的Cd（II）和Pb（II）浓度的平均绝对误差明显减小,分别为0.2176μg/L和0.6002μg/L,证明了该模型在多传感器数据融合方面具有一定的优势和应用潜力。

关键词：重金属检测传感器 feooh修饰传感器电化学检测仪器移动端软件传感器数据融合

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