專(zhuān)利名稱(chēng):便攜式重金屬鉛、鎘和鋅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)水中重金屬離子含量的便攜式重金屬鉛、鎘和鋅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):
隨著現(xiàn)代文明的迅猛發(fā)展及工業(yè)廢水的大規(guī)模排放,重金屬污染日益嚴(yán)重,導(dǎo)致人類(lèi)生存空間和生活質(zhì)量直線下降,同時(shí)誘發(fā)多種重大疾病的發(fā)生,嚴(yán)重威脅人類(lèi)的生命。 神經(jīng)系統(tǒng)最易受鉛的損害,由于血腦屏障成熟較晚,中樞神經(jīng)系統(tǒng)相對(duì)脆弱,加之排泄功能不夠完善,容易受到鉛的損害。兒童一次或短期內(nèi)攝入大量鉛化合物時(shí),腦組織產(chǎn)生細(xì)胞水腫、出血、海馬結(jié)構(gòu)萎縮等。當(dāng)兒童處于低水平的鉛環(huán)境中,可引起腦細(xì)胞突觸密度降低。由于鉛在腦內(nèi)分部不均一,造成其慢性中毒時(shí)癥狀不典型如患兒愛(ài)動(dòng)運(yùn)動(dòng)失調(diào),反應(yīng)遲鈍、智力發(fā)育落后等。醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期飲用受鎘污染的自來(lái)水或地表水,造成腎損傷,進(jìn)而導(dǎo)致骨軟化癥,周身疼痛,稱(chēng)為“痛痛病”。此外,慢性鎘中毒對(duì)人體生育能力也有所影響,它會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷Y因子,使出生的嬰兒多為女性。此外,當(dāng)食入被鋅污染的水、飲料或食品時(shí),可發(fā)生頑固性貧血、性功能衰退、生長(zhǎng)延遲等。因此,開(kāi)發(fā)出一種能有效檢測(cè)環(huán)境中重金屬鉛、鎘和鋅離子的傳感器具有十分重要的意義。目前測(cè)定水樣中重金屬鉛、鎘和鋅離子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)廢水中的重金屬鉛、鎘和鋅離子實(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鉛、鎘和鋅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)生的目的,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鉛、鎘和鋅傳感器,在聚酯薄膜基片上絲網(wǎng)印刷三個(gè)電極一個(gè)是氧化鉍工作電極,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,所述的氧化鉍工作電極為氧化鉍與混料碳粉、石墨粉和油墨制成的漿料印刷到聚酯薄膜上烘干而成。本發(fā)明的便攜式重金屬鉛、鎘和鋅傳感器的制備工藝是首先將氧化鉍與混料碳粉、石墨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之外的基片上及三個(gè)電極碳引出線上表面涂覆一層絕緣漿,絕緣層覆蓋三個(gè)電極碳引出線的前部分,各電極碳引出線的后部分伸出絕緣層。本發(fā)明的便攜式重金屬鉛、鎘和鋅傳感器的檢測(cè)方法是將本發(fā)明的傳感器與電化學(xué)工作站相連接;用于檢測(cè)重金屬鉛、鎘和鋅離子含量,在含有0. 05M鹽酸與0. IM醋酸鈉溶液中加入待測(cè)樣本,將傳感器印刷電極下端浸入溶液,富集后采用方波伏安分析法,根據(jù)獲得的溶出氧化峰電流與鉛、鎘和鋅離子的濃度之間的線性關(guān)系,測(cè)定重金屬鉛、鎘和鋅離子的濃度。現(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)確的測(cè)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(kāi)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)。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)印版一端上面倒入油墨,用刮板在絲網(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。電化學(xué)傳感器的實(shí)際應(yīng)用中,常用各種汞電極,汞自身對(duì)人類(lèi)有危害并造成環(huán)境的再次污染;同時(shí)實(shí)樣的復(fù)雜性導(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)用使得鉛、鎘和鋅離子檢測(cè)避免了傳統(tǒng)的汞電極,使得儀器的便攜性大大增強(qiáng),可在戶(hù)外進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè),并實(shí)現(xiàn)了廢水中重金屬鉛、鎘和鋅離子快速檢測(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,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。本發(fā)明通過(guò)對(duì)絲網(wǎng)印刷工作電極進(jìn)行表面修飾,將具有優(yōu)良電化學(xué)性能的氧化鉍固定在電極表面,實(shí)現(xiàn)環(huán)境中鉛、鎘和鋅離子的高靈敏度同時(shí)測(cè)定。
圖1是本發(fā)明傳感器結(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.氧化鉍工作電極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
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(jiàn)圖1,本發(fā)明的便攜式重金屬鉛、鎘和鋅傳感器,在聚酯薄膜基片上絲網(wǎng)印刷三個(gè)電極一個(gè)是氧化鉍工作電極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。實(shí)施例2 本發(fā)明產(chǎn)品的制備工藝。首先將氧化鉍與混料碳粉、石墨粉和油墨按一定質(zhì)量比1 2 2 20或者 2:3:3: 18配比,制作工作電極印刷漿料,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,置于烘箱中烘干,制成工作電極;然后再印刷碳輔助電極、銀和氯化銀參比電極及三個(gè)電極的碳電極引出線。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和三個(gè)電極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)電極碳引出線的前部分,各電極碳引出線的后部分伸出絕緣層。本發(fā)明的工作電極材料為氧化鉍,這樣使得鉛、鎘及鋅離子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,有效了減少汞對(duì)環(huán)境的污染。實(shí)施例3 檢測(cè)河水中加標(biāo)試樣鉛、鎘和鋅離子本發(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 μ -AutolabIII電化學(xué)工作站電化學(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)重金屬鉛、鎘和鋅離子含量,采用方波伏安分析法,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,用鹽酸將待測(cè)樣溶液PH調(diào)節(jié)至1. 5,配制10-150 μ gL—1鉛、鎘和鋅離子的一系列加標(biāo)溶液。最后,將傳感器電極下端浸入溶液,開(kāi)始方波伏安分析法,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中的方波掃描曲線,所述的方波伏安法分析參數(shù)為穩(wěn)定電壓 0. 5V/30s,富集電位-1. 5V/120s,平衡時(shí)間30s,方波幅度28mV,電位步進(jìn)值3mV,頻率15Hz, 工作電位窗口 0. 4 -0. 14V,鉛、鎘和鋅離子濃度標(biāo)定,分別讀取-0. 76,-0. 91,-1. 22V電位時(shí)的峰電流。如圖3所示,氧化峰電流與鉛、鎘和鋅離子濃度10-150μ gL—1范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系,鉛、鎘和鋅離子的檢出限分別為10、5及30μ 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,克服了傳統(tǒng)電極反復(fù)使用存在分析誤差大的問(wèn)題。
權(quán)利要求
1.一種便攜式重金屬鉛、鎘和鋅傳感器,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)是氧化鉍工作電極,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鉛、鎘和鋅傳感器,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鉛、鎘和鋅傳感器,其特征在于所述的氧化鉍工作電極為氧化鉍與混料碳粉、石墨粉和油墨制成的漿料印刷到聚酯薄膜上烘干而成。
4.一種便攜式重金屬鉛、鎘和鋅傳感器的制備工藝,其特征是首先將氧化鉍與混料碳粉、石墨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之外的基片上及三個(gè)電極碳引出線上表面涂覆一層絕緣漿,絕緣層覆蓋三個(gè)電極碳引出線的前部分,各電極碳引出線的后部分伸出絕緣層。
5.一種便攜式重金屬鉛、鎘和鋅傳感器的檢測(cè)方法,其特征是將本發(fā)明的傳感器與電化學(xué)工作站相連接;用于檢測(cè)重金屬鉛、鎘和鋅離子含量,在含有0. 05M鹽酸與0. IM醋酸鈉溶液中加入待測(cè)樣本,將傳感器印刷電極下端浸入溶液,富集后采用方波伏安分析法,根據(jù)獲得的溶出氧化峰電流與鉛、鎘和鋅離子的濃度之間的線性關(guān)系,測(cè)定重金屬鉛、鎘和鋅離子的濃度。
全文摘要
一種便攜式重金屬鉛、鎘和鋅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)是氧化鉍工作電極,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)明具有絲網(wǎng)印刷電極結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,檢測(cè)快速,便于攜帶,成本低,取樣量小、可對(duì)環(huán)境實(shí)際水樣中的重金屬鉛、鎘及鋅離子實(shí)施同時(shí)在線監(jiān)測(cè),使用一次性,同時(shí)避免了汞膜電極的引入,無(wú)污染,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)G01N27/403GK102243210SQ20101017224
公開(kāi)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(ài)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