專利名稱：便攜式重金屬鉻傳感器及其制備工藝和檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可快速檢測(cè)水中重金屬含量的傳感器，具體涉及一種便攜式重金屬鉻傳感器及其制備工藝和檢測(cè)方法，屬于分析儀器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鉻在環(huán)境中以六價(jià)、三價(jià)或二價(jià)存在，其中六價(jià)鉻是重要的環(huán)境污染物，可引起肝、腎病變，由于其氧化性和對(duì)皮膚的高滲透性，能使皮膚潰瘍，對(duì)呼吸道、消化道有刺激、 致癌、誘變作用，被認(rèn)為是致癌物質(zhì)。飲用水中鉻含量在0. lmg/L以上時(shí)，就會(huì)使人嘔吐，侵害腸道和腎臟；此外，六價(jià)鉻能殺死水體中浮游動(dòng)植物，并對(duì)水的自凈過(guò)程產(chǎn)生不良影響。 其污染源主要來(lái)自鉻礦開采加工、電鍍、制革、紡織和造紙等工業(yè)。我國(guó)早期頒布的《工業(yè) “三廢”排放標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ4-7!3)指出，六價(jià)鉻是5種對(duì)人體損害較大的第一類有害物質(zhì)之一， 因此要求對(duì)環(huán)境中六價(jià)鉻污染進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控。因此，需要一種操作方法簡(jiǎn)單，成本低，快速、 便于攜帶的六價(jià)鉻的檢測(cè)儀器。目前測(cè)定廢水中六價(jià)鉻含量的主要方法有原子吸收光譜法，等離子質(zhì)譜法，熒光法，分光光度法，化學(xué)發(fā)光法，然而上述方法樣品處理復(fù)雜，耗時(shí)，同時(shí)不能夠在污染源現(xiàn)場(chǎng)對(duì)廢水中的六價(jià)鉻實(shí)時(shí)測(cè)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，為有色冶金、電子，電鍍、機(jī)械等行業(yè)的廢水排放在線監(jiān)測(cè)提供一種快速、單人份操作、便于攜帶、低成本及操作簡(jiǎn)單、使用一次性的便攜式重金屬鉻傳感器及其制備工藝和檢測(cè)方法，達(dá)到控制污水排放量并杜絕污染事故發(fā)生，也可用于河流斷面等地表水自動(dòng)檢測(cè)，確保水環(huán)境生態(tài)安全。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這種便攜式重金屬鉻傳感器，在聚酯薄膜基片上絲網(wǎng)印刷三個(gè)電極一個(gè)是功能化石墨工作電極，一個(gè)是碳輔助電極，一個(gè)是銀和氯化銀參比電極；并在聚酯薄膜基片上絲網(wǎng)印刷上述三個(gè)電極的碳引出線。上述技術(shù)方案中，在三個(gè)電極碳引出線的前部分及三個(gè)電極以外的基片上，還覆蓋有絕緣漿印制的絕緣層。上述技術(shù)方案中，所述的功能化石墨工作電極由功能化石墨粉、碳粉和油墨制成的漿料印刷到聚酯表面上烘干而成。上述技術(shù)方案中，所述的功能化石墨粉為石墨采用了預(yù)氧化處理，增加了石墨薄膜的富集吸附功能，提高了傳感器的靈敏度。本發(fā)明的便攜式重金屬鉻傳感器的制備工藝是首先將功能化石墨粉、碳粉和油墨制成工作電極印刷漿料、通過(guò)絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備并單獨(dú)印刷到厚度為250微米的聚酯薄膜上，然后置于烘箱中烘干，制成工作電極，并印刷碳輔助電極、銀和氯化銀參比電極及三個(gè)電極的碳電極引線；再接著在上述工作電極、參比電極及輔助電極以外的基片上及三個(gè)電極的碳引出線上表面涂覆一層絕緣漿，形成絕緣層，絕緣層覆蓋三個(gè)電極的碳引出線前部分，各電極的碳引出線后部分伸出絕緣層。
本發(fā)明的便攜式重金屬鉻傳感器的檢測(cè)方法是將本發(fā)明傳感器與電化學(xué)工作站相連接；用于檢測(cè)重金屬六價(jià)鉻含量，在0. IMH2SO4溶液中加入待測(cè)樣本，將傳感器印刷電極下端浸入溶液，采用線性掃描伏安分析法，根據(jù)獲得的還原峰電流與六價(jià)鉻的濃度之間的線性關(guān)系，測(cè)定重金屬六價(jià)鉻離子的濃度。絲網(wǎng)印刷制備傳感器電極技術(shù)為重金屬離子的電化學(xué)傳感不僅提供了工業(yè)化生產(chǎn)的可能性，而且制作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、便于攜帶、易于微型化和集成化?，F(xiàn)有技術(shù)的絲網(wǎng)印刷基本原理是利用絲網(wǎng)印版圖文部分網(wǎng)孔透油墨，非圖文部分網(wǎng)孔不透墨的基本原理進(jìn)行印刷。印刷時(shí)在絲網(wǎng)印版一端上倒入油墨，用刮印刮板在絲網(wǎng)印版上的油墨部位施加一定壓力，同時(shí)朝絲網(wǎng)印版另一端移動(dòng)。油墨在移動(dòng)中被刮板從圖文部分的網(wǎng)孔中擠壓到承印物上。由于油墨的粘性作用而使印跡固著在一定范圍之內(nèi)，印刷過(guò)程中刮板始終與絲網(wǎng)印版和承印物呈線接觸，接觸線隨刮板移動(dòng)而移動(dòng)，印刷時(shí)通過(guò)刮板的擠壓，使油墨通過(guò)圖文部分的網(wǎng)孔轉(zhuǎn)移到承印物上，形成與原稿一樣的圖文?，F(xiàn)有技術(shù)的重金屬電化學(xué)分析的測(cè)量信號(hào)是電導(dǎo)、電位、電流、電量等電信號(hào)，不需要分析信號(hào)的轉(zhuǎn)換就能直接記錄，所以電化學(xué)分析的儀器裝置簡(jiǎn)單小型得多，易于自動(dòng)化和連續(xù)分析。在樣品的檢測(cè)分析中，電化學(xué)分析方法是一種公認(rèn)的快速、靈敏、準(zhǔn)確的痕量分析方法，而且儀器簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。研制并開發(fā)出高靈敏度、能同時(shí)對(duì)重金屬鉛、鎘和鋅離子在線檢測(cè)的電化學(xué)傳感器成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。電化學(xué)傳感器的實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)閷?shí)樣的復(fù)雜性及現(xiàn)有的金屬電極易汞齊化，導(dǎo)致傳感器的測(cè)量結(jié)果靈敏度較低。本發(fā)明的一次性傳感器應(yīng)用使得六價(jià)鉻離子檢測(cè)避免傳統(tǒng)的汞電極，使得儀器的便攜性大大增強(qiáng)，可在戶外進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，并實(shí)現(xiàn)了廢水中重金屬六價(jià)鉻離子快速檢測(cè)，使得檢測(cè)時(shí)機(jī)靈活性大大增強(qiáng)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有絲網(wǎng)印刷電極制備簡(jiǎn)單，加工方便，成本低，同時(shí)避免了汞膜電極的引入，無(wú)污染，用該絲網(wǎng)印刷電極制成的傳感器檢測(cè)方法簡(jiǎn)單，且靈敏度高、重現(xiàn)性好等特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。標(biāo)號(hào)說(shuō)明1.聚酯薄膜，2.碳電極引線，3.工作電極，4.輔助電極，5.參比電極， 6.碳電極引線端部。圖2是本發(fā)明工作電極的掃描電子顯微鏡圖。圖3是本發(fā)明傳感器搭配對(duì)實(shí)樣檢測(cè)的電化學(xué)分析儀結(jié)果圖。圖4是上說(shuō)所述圖3電化學(xué)分析儀結(jié)果的線性圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述實(shí)施例1 本發(fā)明產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。參見圖1，本發(fā)明的便攜式重金屬鉻傳感器，在聚酯薄膜基片1上絲網(wǎng)印刷三個(gè)電極一個(gè)是功能化石墨工作電極3，一個(gè)是碳輔助電極4，一個(gè)是銀和氯化銀參比電極5 ；并在聚酯薄膜基片1上絲網(wǎng)印刷上述三個(gè)電極的碳引出線2 ；在三個(gè)電極的碳引出線2的前部分及三個(gè)電極以外的基片上，還覆蓋有絕緣漿印制的絕緣層。上述的功能化石墨工作電極為功能化石墨粉、碳粉和油墨制成的漿料印刷到聚酯薄膜上烘干而成。上述石墨工作電極的功能化，是由于對(duì)工作電極材料石墨采用了預(yù)氧化處理，成為功能化石墨粉，具體預(yù)氧化處理工藝是將5g石墨粉加入3M/L的硫酸60毫升，攪拌12 個(gè)小時(shí)，然后水洗0. 5-1小時(shí)，最后烘干，待用，成為功能化石墨粉。上述功能化石墨工作電極由功能化石墨粉、碳粉和油墨制成漿料印刷到聚酯薄膜基片上其配比為功能化石墨粉、碳粉、油墨之比為1 2 13或者1 1.5 12。本發(fā)明由于對(duì)工作電極材料石墨采用了預(yù)氧化處理，增加石墨表面的含氧功能團(tuán)，這樣使得六價(jià)鉻在電極表面的富集吸附能力得到增強(qiáng)，提高了所述傳感器的靈敏度，同時(shí)，一次性傳感器使用過(guò)程無(wú)需在樣品液中加入汞離子，有效減少了汞對(duì)環(huán)境的污染。實(shí)施例2 檢測(cè)河水中加標(biāo)試樣中的六價(jià)鉻本發(fā)明的集成型電化學(xué)傳感器使用時(shí)，可以與多功能電化學(xué)分析儀如與 μ -AutolabIII電化學(xué)各種站電化學(xué)工作臺(tái)的三電極接入線相連接，加入溶液，使用伏安法測(cè)量其電化學(xué)信號(hào)。本發(fā)明傳感器如圖1所述的絲網(wǎng)印刷電極用于檢測(cè)重金屬六價(jià)鉻含量的方法。采用線性掃描分析法，首先，將所述的傳感器與電化學(xué)工作站連接；其次，取河水水樣，用硫酸將待測(cè)樣溶液PH調(diào)節(jié)至1，配制0-1000 μ gL—1六價(jià)鉻離子的一系列加標(biāo)溶液。 最后，將傳感器電極下端侵入溶液開始線性掃描分析法，按照本發(fā)明所述方法，進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)，可以得到如圖3中的線性掃描曲線，工作電位窗口在0. 8 -0. 4V，六價(jià)鉻離子濃度標(biāo)定，讀取0. 075V電位時(shí)的峰電流。如圖4所示，還原峰電流與六價(jià)鉻濃度0-1000 μ gL—1范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，相關(guān)系為0. 999，檢出限為21 μ gL—1。本發(fā)明使用的電極是集成電極，構(gòu)成三電極體系。特點(diǎn)是方法簡(jiǎn)單，快速。采用本發(fā)明所述的一次性電化學(xué)傳感器，可大大降低由于傳統(tǒng)電極反復(fù)使用帶來(lái)的分析誤差，同時(shí)由于絲網(wǎng)印刷工藝決定了可批量制備的特點(diǎn)，成本極低。
權(quán)利要求
1.一種便攜式重金屬鉻傳感器，其特征在于在聚酯薄膜基片上絲網(wǎng)印刷三個(gè)電極 一個(gè)是功能化石墨工作電極，一個(gè)是碳輔助電極，一個(gè)是銀和氯化銀參比電極；并在聚酯薄膜基片上絲網(wǎng)印刷上述三個(gè)電極的碳引出線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式重金屬鉻傳感器，其特征在于在三個(gè)電極碳引出線的前部分及三個(gè)電極以外的基片上，還覆蓋有絕緣漿印制的絕緣層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式重金屬鉻傳感器，其特征在于所述的功能化石墨工作電極為功能化石墨粉、碳粉和油墨制成的漿料印刷到聚酯薄膜上烘干而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的便攜式重金屬鉻傳感器，其特征在于所述的功能化石墨粉為石墨采用了預(yù)氧化處理。
5.一種便攜式重金屬鉻傳感器的制備工藝，其特征是首先將功能化石墨粉、碳粉和油墨制成工作電極印刷漿料、通過(guò)絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備并單獨(dú)印刷到厚度為250微米的聚酯薄膜上，然后置于烘箱中烘干，制成工作電極，并印刷碳輔助電極、銀和氯化銀參比電極及三個(gè)電極的碳電極引線；再接著在上述工作電極、參比電極及輔助電極以外的基片上及三個(gè)電極的碳引出線上表面涂覆一層絕緣漿，形成絕緣層，絕緣層覆蓋三個(gè)電極的碳引出線前部分，各電極的碳引出線后部分伸出絕緣層。
6.一種便攜式重金屬鉻傳感器的檢測(cè)方法，其特征是將本發(fā)明傳感器與電化學(xué)工作站相連接；用于檢測(cè)重金屬六價(jià)鉻含量，在0. IMH2SO4溶液中加入待測(cè)樣本，將傳感器印刷電極下端浸入溶液，采用線性掃描伏安分析法，根據(jù)獲得的還原峰電流與六價(jià)鉻的濃度之間的線性關(guān)系，測(cè)定重金屬六價(jià)鉻離子的濃度。
全文摘要
一種便攜式重金屬鉻傳感器及其制備工藝和檢測(cè)方法，在聚酯薄膜基片上絲網(wǎng)印刷三個(gè)電極一個(gè)是功能化石墨工作電極，一個(gè)是碳輔助電極，一個(gè)是銀和氯化銀參比電極；并在聚酯薄膜基片上絲網(wǎng)印刷上述三個(gè)電極的碳引出線。在三個(gè)電極碳引出線的前部分及三個(gè)電極以外的基片上，還覆蓋有絕緣漿印制的絕緣層。本發(fā)明快速、單人份操作、便于攜帶、低成本及操作簡(jiǎn)單、使用一次性，同時(shí)避免了汞膜電極的引入，無(wú)污染，且靈敏度高，重現(xiàn)性好，是確保水環(huán)境生態(tài)安全的環(huán)保產(chǎn)品和環(huán)保監(jiān)測(cè)方法。
文檔編號(hào)G01N27/403GK102243209SQ201010172240
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者卡瑞格·愛德華·巴克斯, 李敘, 紀(jì)效波, 菲利浦·M·哈蘭姆 申請(qǐng)人:湖南友能高新技術(shù)有限公司