一種金絲電化學微電極及其製作方法與應用的製作方法
2023-05-22 01:34:16
一種金絲電化學微電極及其製作方法與應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種金絲電化學微電極及其製作方法與其在對地下水中砷的檢測應用。該地下水中砷檢測的金絲電化學微電極是基於常規的電化學電極，將傳統的電極製作工藝進行簡化，並演化為一種簡單易操作且工藝條件溫和的製作方法。金絲作為電化學敏感材料經導電銀漿直接與導電銅絲連接。此外，以常見的環氧樹脂進行封裝，以絕緣電極套作為外殼，從而得到可用於檢測地下水中砷的金絲微電極，並且具有穩定性好、檢測精度高、抗幹擾能力強的優點。有望作為普適性的地下水砷檢測裝置。
【專利說明】-種金絲電化學微電極及其製作方法與應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種金絲電化學微電極製作，並以其用於地下水中砷的檢測。特別涉 及到一種簡易微電極傳感器器件的設計及製作方法。
【背景技術】
[0002] 地下水砷汙染問題是已成為世界性的環境問題，危害人體健康，長期飲用高砷地 下水會引起多種慢性疾病，諸如黑變病，皮膚損害以及各種皮膚癌和肺癌等。因此，地下 水砷汙染已經被世界衛生組織稱為"人類史上最大的危害"。地下水中砷分析方法主要依 賴原子吸收或原子螢光光度法，誘導等離子體-質譜聯用，電噴霧離子化-質譜，氣相色 譜-質譜聯用，高效液相色譜-質譜聯用等方法進行定性與定量分析。這些光譜或質譜分 析方法具有很高的靈敏度和準確度，但是還存在一些不足之處：i)常見的高精度光譜或質 譜分析儀器較大，不適用於現場實時監測應用；ii)對樣品的採集、預處理與保存等環節要 求較嚴格。砷形態極易受周圍環境條件(如氧化還原條件，pH，Fe (II/III)，有機物，微生物 活動）的改變而發生轉化，因而對水樣的採集與保存條件有著較高的要求，處理不當則會引 起分析結果與實際情況產生偏差；iii)大部分儀器操作過程較為複雜，對實驗者的操作經 驗要求較高；iv)儀器的運行成本較高。因此，亟需發展具有穩定性與可靠性高、成本低、操 作簡單等特點的地下水中砷現場分析方法。
[0003] 電化學分析方法是最有希望實現對地下水中砷的現場分析的方法之一，它具有靈 敏度高、低成本低、操作簡單等特點。然而，目前電化學檢測所用工作電極多在高溫環境中 以聚四氟乙烯進行封裝，其工藝難以推而廣之，實現大眾化、普適性的應用。而常規電極作 為電化學傳感檢測器件在複雜環境(如地下水）的應用中易受複雜環境的幹擾和汙染，穩定 差等不足，從而不能提高可靠、可信的檢測分析結果。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種簡易的金屬電化學微電極，通過簡單而溫和的工藝條件 實現對微電極的封裝製作，簡化了現有的局限性的工藝技術。該微電極可應用於地下水中 砷的檢測，具有穩健、有效、精確和抗複雜環境幹擾的優點，可為電化學傳感器的普適性進 行有效的推廣。
[0005] 本發明的一種金絲電化學微電極，包括一絕緣電極套，所述絕緣電極套的一端連 接有銅導線，另一端連接有金絲線，所述銅導線與金絲線通過置於絕緣電極套中的導電漿 料相連接。
[0006] 所述絕緣電極套可以為錐形如圓錐形、方錐形等，其錐尖部插入金絲線。
[0007] 所述錐形絕緣電極棒的錐尖端塗有密封膠；所述密封膠如可以為環氧樹脂、酚醛 樹脂、有機矽樹脂或不飽和聚酯樹脂等。
[0008] 所述探出錐尖端密封膠的金絲線長度不超過5毫米為宜。
[0009] 所述絕緣電極套為耐酸鹼材質的中空錐狀結構，其材質可以為聚丙烯類聚合物、 玻璃或聚四氟乙烯等絕緣材料。
[0010] 所述導電漿料可以為導電銀漿等。
[0011] 本發明所述金絲電化學微電極的製作方法，首先將金絲線的一端插入錐形絕緣電 極套的錐尖部，再用密封膠將錐形絕緣電極套的尖端密封，常溫固化密封膠，然後注入導電 銀漿使從絕緣電極套另一端插入的銅導線的一端與插入到錐形絕緣電極套的金絲線端頭 通過導電漿料相粘連，固化導電漿料，修剪金絲線使探出錐形絕緣電極套尖端密封膠的金 絲線長度不超過5毫米。
[0012] 最後，可以將製作完畢的金絲電化學微電極置於固定套(如聚丙烯塑料管）中，以 備電化學檢測使用。
[0013] 所述金絲線直徑5-20微米為宜。
[0014] 本發明的金絲電化學微電極可作為電化學分析方法中的工作電極用於水中砷的 檢測。本發明可以常見的環氧樹脂進行封裝，可以聚丙烯塑料管作為外殼，從而得到可用於 檢測地下水中砷的金絲微電極，並且具有穩定性好、檢測精度高、抗幹擾能力強的優點。
[0015] 本發明的有益效果在於： 其一、該檢測地下水的金絲電化學微電極的檢測元件有別於傳統的常規電極，採用金 絲作為敏感材料提高了電極本身的抗幹擾性，可以實現複雜環境中砷的高效精確檢測，較 明顯的提高了其檢測效果。
[0016] 其二、獨特簡易的工藝製作可以在溫和的條件下實現對微電極的封裝，大大提高 其應用範圍。
[0017] 其三、所設計的金絲微電極器件體積較小且製作工藝簡單易操作，從而可使電化 學在實際環境分析檢測得到有效推廣，並有望得到普適化、大眾化的應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1是金絲微電極結構示意圖； 圖2是以金絲微電極對濃度為10-100ppb的砷的測試結果； 圖3為採用金絲電化學微電極測試地下水中砷的濃度測試結果。
[0019] 圖中，1、銅導線，2、錐形絕緣電極套，3、導電銀漿，4、環氧樹脂膠，5、金絲線。
【具體實施方式】
[0020] 下述實施例是對於本
【發明內容】
的進一步說明以作為對本發明技術內容的闡釋，但 本發明的實質內容並不僅限於下述實施例所述，本領域的普通技術人員可以且應當知曉任 何基於本發明實質精神的簡單變化或替換均應屬於本發明所要求的保護範圍。
[0021] 如圖1所示，本發明的一種金絲電化學微電極，包括一錐形絕緣電極套2,錐形絕 緣電極套2的錐尖部連接有銅導線1，其另一端連接有金絲線5,銅導線1與金絲線5通過 置於錐形絕緣電極套2內的導電漿料3相粘接；錐形絕緣電極套2的錐尖端塗有環氧樹脂 膠4。
[0022] 製作金絲電化學微電極，以及採用製作的電極進行水中砷的檢測實例如下： 實施例1 本發明的金絲電化學微電極的製作。首先將長度1. 5釐米，直徑12. 7微米的金絲線5 插入錐形聚丙烯中空管2,裸露在管口之外的部分長度約0. 5釐米；用環氧樹脂膠將錐形聚 丙烯中空管尖端密封，在常溫下使其自然乾燥固化；利用導電銀漿3將銅導線1與金絲線5 粘連，而後將其進行烘乾，以使導電漿料固化穩定；剪去部分裸露在錐形絕緣電極套尖端的 金絲，保留探出環氧樹脂膠的金絲長度在1毫米至2毫米之間。最後將製作完畢的金絲電 化學微電極置於固定套中，以備使用。
[0023] 本實例的電化學分析條件：採用電化學方波陽極溶出伏安法對砷進行分析，底液： Ν2Η4 ·2Η(：1 (2g/L)，富集電位：-0· 35V，富集時間：90s，平衡時間：20s。在10mL底液中依次 滴加三價砷標準溶液，溶液濃度從lOppb到lOOppb遞增，結果表明本發明對砷具有很好的 線性響應，靈敏度為0. 472 nA/ppb (R2= 0. 998)，檢測限為5. Olppb。測試結果見圖2。
[0024] 實施例2 採用金絲電化學微電極測試地下水中砷的濃度。採用電化學方波陽極溶出伏安法進 行分析，標定方法為標準加入法。底液：N2H4 · 2HC1 (4g/L)，富集電位：-0. 35V，富集時間： 90s，平衡時間：20s。將5mL地下水與5mL N2H4 · 2HC1底液混勻，富集電位：-0. 35V，富集時 間：90s，平衡時間：20s。依次滴加三價砷標準溶液，溶液濃度從lOppb到lOOppb遞增，通過 電流響應，檢出地下水中砷的濃度為102. 12ppb (採用電感耦合等離子體質譜測試結果為 105ppb)。測試結果如圖3所示。
【權利要求】
1. 一種金絲電化學微電極，包括一絕緣電極棒，其特徵在於，所述絕緣電極棒的一端連 接有銅導線，另一端連接有金絲線，所述銅導線與金絲線通過置於絕緣電極棒內的導電漿 料相連接。
2. 如權利要求1所述金絲電化學微電極，其特徵在於，所述絕緣電極套為錐形，錐尖部 連接金絲線。
3. 如權利要求2所述金絲電化學微電極，其特徵在於，所述錐形絕緣電極套的錐尖端 塗有密封膠。
4. 如權利要求3所述金絲電化學微電極，其特徵在於，所述密封膠為環氧樹脂、酚醛樹 月旨、有機矽樹脂或不飽和聚酯樹脂。
5. 如權利要求3所述金絲電化學微電極，其特徵在於，所述探出錐尖端密封膠的金絲 線長度不超過5毫米。
6. 如權利要求5所述金絲電化學微電極，其特徵在於，所述絕緣電極套為耐酸鹼材質 的中空錐狀結構。
7. -種權利要求6所述金絲電化學微電極的製作方法，其特徵在於，首先將金絲線的 一端插入絕緣電極套中空管的尖端，再用密封膠將絕緣電極套中空管的尖端密封，常溫固 化密封膠，然後注入導電漿料，使從錐形絕緣電極套另一端插入的銅導線的一端與插入到 錐形聚丙烯中空管的金絲線端頭通過導電漿料相粘連，固化導電漿料，修剪金絲線使探出 錐形絕緣電極套錐尖端密封膠的金絲線長度不超過5毫米。
8. 如權利要求7所述金絲電化學微電極，其特徵在於，所述金絲線直徑5-20微米。
9. 如權利要求1所述金絲電化學微電極或者採用權利要求7所述製作方法得到的金絲 電化學微電極的應用，其特徵在於，作為電化學分析方法中的工作電極用於水中砷的檢測。
【文檔編號】G01N27/30GK104062336SQ201410215779
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月21日 優先權日:2014年5月21日
【發明者】陳星 , 張開勝, 黃行九, 劉錦淮 申請人:中國科學院合肥物質科學研究院