一种先进且灵敏的镉检测方法，采用阳极剥离伏安法，并通过化学计量学方法进行了验证

《Journal of the Indian Chemical Society》：An Advanced and Sensitive Cadmium Detection using Anodic Stripping Voltammetry validated by a Chemometric Approach

环境监测中高灵敏镉离子检测新方法研究，采用未修饰标准金电极结合阳极溶出伏安法（ASV）与偏最小二乘回归（PLSR）优化，实现0.63 ppb检测限和0.281 μA/ppb灵敏度，为低成本快速检测提供新方案。

　　镉（Cd2?）是一种具有高度毒性的重金属污染物，其对人类健康和生态环境构成严重威胁。由于镉在自然界中较为稀有，但广泛存在于工业生产过程中，例如采矿、电镀和电池制造等行业，因此它很容易通过污染的水源进入人体，进而引发一系列健康问题。镉的生物半衰期较长，意味着它在人体内积累的速度较快，即使在低浓度下也可能对健康造成深远影响。因此，开发一种能够实现准确、灵敏和快速检测镉离子的方法对于环境监测和公共卫生保护至关重要。

当前，检测镉离子的主流技术包括电感耦合等离子体光谱法（ICP-OES）、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）、火焰原子吸收光谱法（FAAS）以及石墨炉原子吸收光谱法（GFAAS）。这些方法虽然在实验室环境中表现出较高的检测精度和可靠性，但它们通常需要昂贵的设备和专业的操作人员，限制了其在日常环境监测中的应用。此外，这些方法往往涉及复杂的样品预处理步骤，导致检测过程耗时且难以实现现场快速分析。因此，寻找一种操作简便、成本低廉且适用于现场检测的镉离子检测技术成为当前研究的重点。

近年来，基于电化学技术的镉离子检测方法逐渐受到关注。其中，阳极溶出伏安法（Anodic Stripping Voltammetry, ASV）因其高灵敏度和良好的选择性而被认为是一种有前景的替代方案。ASV是一种通过在工作电极上沉积目标离子，随后在特定电位下将其氧化并测量电流变化以实现定量检测的电化学方法。该方法具有操作简便、设备成本相对较低以及能够实现快速分析等优点，使其在环境监测领域具有较大的应用潜力。

为了进一步提高ASV在镉离子检测中的性能，研究者们尝试通过材料改性来优化电极表面。例如，使用多壁碳纳米管作为修饰材料，可以显著提高电极的比表面积，增强其对镉离子的吸附能力。此外，碳纳米管还具有优异的导电性能，有助于提高检测信号的强度和稳定性。然而，这些改性材料的使用通常会增加检测成本，并且需要专门的制备工艺，这在某些资源有限的环境中可能并不适用。

相比之下，本研究采用了一种未经过表面修饰的标准金电极作为工作电极。金电极具有良好的化学稳定性和电化学活性，能够有效参与镉离子的沉积和氧化过程。尽管未经过修饰的金电极在灵敏度和选择性方面可能不如某些改性电极，但其简便性和经济性使其成为一种值得探索的检测手段。通过优化预浓缩和溶出参数，研究团队成功提高了金电极在镉离子检测中的性能，实现了更低的检测限和更高的灵敏度。

在本研究中，检测的浓度范围设定为0.089至0.444微摩尔（μM），这一范围涵盖了环境中常见的镉离子浓度水平。通过调整沉积电位（Dp）和沉积时间（Dt），以及优化溶出参数（如脉冲幅度和扫描速率），研究团队显著提升了检测信号的强度和稳定性。这些参数的优化不仅提高了检测的准确性，还增强了方法的重复性和可靠性。此外，研究还采用了偏最小二乘回归（Partial Least Squares Regression, PLSR）算法对检测数据进行建模和分析，以进一步提高方法的选择性和抗干扰能力。

PLSR是一种常用的化学计量学方法，能够有效处理多变量数据并提取关键信息。在本研究中，PLSR被用于验证优化后的ASV方法的性能，确保其在复杂环境样品中的检测准确性。通过结合ASV和PLSR，研究团队不仅提高了检测的灵敏度和选择性，还增强了方法的稳健性，使其能够适用于多种实际应用场景。这一方法的开发为镉离子的现场快速检测提供了新的思路，并有望在环境监测和公共卫生保护领域发挥重要作用。

本研究的结果表明，采用标准金电极并结合参数优化和PLSR算法的ASV方法在镉离子检测中表现出优异的性能。该方法的检测限为0.63皮克每升（ppb），灵敏度达到0.2816微安每皮克（μA/ppb），在0.089至0.444 μM的线性范围内均能实现高精度检测。这些数据表明，该方法不仅具有较高的检测灵敏度，还能有效区分镉离子与其他金属离子的干扰，从而确保检测结果的可靠性。

在实际应用中，这一方法的优势在于其操作简便和成本低廉。与传统的ICP-MS等方法相比，ASV所需的设备更为简单，且无需复杂的样品预处理步骤。这使得该方法更适合在资源有限或需要快速响应的环境中使用。此外，标准金电极的广泛应用和标准化特性也使得该方法在不同实验室和操作人员之间具有较好的可重复性，有助于建立统一的检测标准。

尽管本研究在提高镉离子检测的灵敏度和选择性方面取得了显著进展，但仍存在一些可以进一步优化的方向。例如，如何进一步提高未修饰金电极的检测性能，仍然是一个值得深入研究的问题。研究团队建议未来可以探索不同的电极预处理方法，以增强其表面活性和吸附能力。此外，优化电解液的组成和检测条件，也可能是提升检测性能的关键。通过这些改进，未修饰金电极有望成为一种更加高效和经济的镉离子检测工具。

在实际环境中，镉离子的检测不仅需要高灵敏度和选择性，还必须考虑样品的复杂性和干扰因素。因此，研究团队在实验中特别关注了如何提高检测方法的抗干扰能力。通过PLSR算法的引入，检测数据的处理更加高效和准确，能够有效排除其他金属离子的干扰，从而确保镉离子的检测结果不受影响。这一方法的成功应用为未来开发更先进的环境监测技术提供了理论支持和实践基础。

综上所述，本研究通过结合ASV和PLSR算法，开发了一种基于标准金电极的镉离子检测方法。该方法不仅在灵敏度和选择性方面表现出色，还具有较高的稳定性和可重复性，适用于多种实际应用场景。未来，随着技术的不断进步和优化，这种方法有望在环境监测和公共卫生保护领域发挥更大的作用，为实现更高效的镉离子检测提供新的解决方案。