通訊作者：BIN ZHAO

       通訊單位：China University of Geosciences (Beijing)

       本文采用摻硼金剛石電極代替汞電極制備了BDD電極，直接用于海水中重金屬的檢測。結果表明：（1）所制備的電極具有寬的電化學窗口（4.2 V）和低的背景電流（3 ± 2 μA）。（2）可同時測定海水樣品的Pb2+、Cd2+、Zn2+、Cu2+。其靈敏度高，重復性好。（3）儀器檢測精準度符合國家標準規定值。檢測周期小于15 min。可通過自動采樣和無線數據傳輸實現對海水中重金屬的現場監測。
       圖1顯示了現場重金屬探測器的原型。探測器由上控制層（a）、調度中心層（b）和采集檢測層（c）組成。各層之間都是無線連接或使用導線連接的。上層控制層（a）由多個工作站組成，工作站可以調整調度中心層（b）服務器發送的檢測數據。工作站可根據需要設置和修改調度中心b層的可編程控制器（PLC）程序。調度中心層（B）包含主控PLC和輔助PLC。主控連接到顯示設備和數據輸出設備，并連接到采集和檢測層（c）。采集和檢測層（c）包含一個現場采樣系統和一個重金屬檢測系統。水樣采集系統從目標采集水樣，經預處理后送入重金屬檢測系統。檢測系統對樣品進行檢測，并將數據返回主控器和輔助設備內的調度中心層（B）。

圖1 原位重金屬探測器的原型。

圖2顯示了重金屬探測器。從圖2（a）可以看出，檢測器由三部分組成：電化學檢測板、閥門控制面板和監控面板。電化學檢測板檢測并分析離子含量。閥門控制板控制和調節電解質溶液的流入和流出。控制面板實時顯示陽極溶出伏安法的曲線。圖2（b）為電化學檢測板三電極系統示意圖，包括參比電極，輔助電極和工作電極。工作電極為BDD電極。

圖2重金屬原位檢測器（a）物理圖像和（b）檢測系統中的電極布置。

       此外，研究了電解質組成和pH值對電極電化學性能的影響。測試了儀器的重現性和校正曲線。
       在大連灣進行現場試驗時，選擇了三個采樣點。圖3顯示了現場檢測布置圖。從圖4可以看出，1、2和3個測試點均配備了現場水樣采集和檢測控制系統。采集檢測部分與采樣點工作站的控制系統控制層通過PLC（可編程序控制器）中的GPRS（通用分組無線業務）模塊進行無線連接。監控層對數據進行采集和比較，并連接到上控制層的上傳服務器。天然水樣中含有懸浮顆粒和金屬有機物。為了保證檢測的準確性，對水樣進行了預先處理。圖3（a）和圖3（b）分別顯示了采集預處理系統和采樣點檢測控制系統的結構。從圖3（a）可以看出，采集預處理系統包含采樣系統、電源系統和電解液處理機制。在電解質溶液處理系統中，采用紫外消解法釋放有機絡合物中的離子并調整電解質溶液的pH值和電解質溶液的組成。檢測控制系統由檢測系統和控制系統組成。它通過通訊控制機構實時接收上位PLC的指令序列，順序開/關電磁閥，控制三電極系統的電位。溶液經采集預處理系統處理后進入三電極系統檢測。得到電流和電位曲線，返回主控PLC完成自動檢測過程。

圖3 現場檢測裝置的示意圖。

圖4 海水樣品的溶出伏安響應曲線

結果表明該檢測器適合海水中重金屬的檢測，并達到了國家標準的檢測閾值。由于電極不需要像傳統的汞基電極頻繁的清洗，可以在15分鐘內完成檢測，而傳統的汞滴電極需要將近半小時的檢測時間。該電極不存在二次污染問題，因此它有望取代汞基重離子電極金屬離子探測器。