專利名稱：基于線性掃描伏安法和三電極傳感器快速測定銅的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于環(huán)境監(jiān)測技術領域，具體涉及一種基于線性掃描伏安法和三電極傳感器快速測定銅的方法。
背景技術：
隨著工業(yè)、農業(yè)、交通等領域含銅污染物的大量排放，銅已成為一種重要的環(huán)境污染物。近幾年來，土壤、食品、地下水、飲用水或者廢水中銅的快速檢測是眾多環(huán)境分析工作者努力的方向。目前，用于測定銅含量的分析方法已有多種，其中最常用的儀器分析方法主要有火焰原子吸收法、石墨爐原子吸收、ICP原子發(fā)射等。這些檢測方法雖然精密度和準確度較高，但檢測儀器昂貴，對實驗室和儀器化程度要求高，并且操作費時，分析成本昂貴，不利于推廣使用，難以適應大量樣本和現(xiàn)場檢測的要求。因此，尋找一種快速、靈敏且便宜有效的檢測方法事在必行。而電化學傳感器分析檢測技術與之相比具有速度更快、成本更低的特點，被認為是目前最適合在線檢測痕量或超痕量重金屬的方法。本發(fā)明建立一種適用于水體中銅離子的快速檢測方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種基于線性掃描伏安法和三電極傳感器快速測定銅的方法。其具體步驟如下:(I)選擇長度為40mm,寬度為15mm,厚度為2mm材質為聚對苯二甲酸乙二醇酯的電極基板I，用去離子水清洗三次，用無水乙醇清洗三次，于50°C干燥箱中干燥3小時，然后冷卻至200C ；(2)向步驟(I)中的電極基板I上涂敷導電銀漿形成參比電極條2、工作電極條3和對電極條4，該三個電極條的長度均為25mm，寬度均為2mm ;在涂敷導電銀漿時從電極基板I的底部開始，先涂敷中間的工作電極條3，工作電極條3的位置在電極基板I的中間，其中心線與電極基板I的中心線重合，然后在工作電極條3的左側間隔3mm涂敷參比電極條2，在工作電極條3的右側間隔3_涂敷對電極條4，涂敷完畢后置于130°C干燥箱中干燥35分鐘，然后冷卻至20°C ；(3)向步驟(2)中的電極基板I上涂敷導電碳漿，先在電極基板I的下部開始涂敷參比電極5、工作電極6和對電極7，該三個電極的長度均為10mm，寬度均為2mm，其中參比電極5與參比電極條2的位置相同，工作電極6與工作電極條3的位置相同，對電極7與對電極條4的位置相同；然后在電極基板I的上部涂敷外半徑為6.83mm,內半徑為4.52mm的圓環(huán)8,圓心位于基板中心線,且與電極基板I頂部的距離為12.9mm,圓環(huán)角度為208° ,經過圓心于頂部平行從左側開始向右旋轉208° ;然后涂敷對電極連接線9，對電極連接線9的底部與圓環(huán)8外側底部的距離為4mm,與圓環(huán)8內側底部的距離為5.16mm,其寬度2mm,其位置與對電極條4重合；然后涂敷電極工作區(qū)10,其為半徑1.5mm的實心圓，圓心與圓環(huán)8的圓心重合；然后涂敷工作電極連接線11，工作電極連接線11的底部與電極工作區(qū)10的圓心距離為7.26mm,其寬度為2mm,其位置與工作電極條3重合；涂敷完畢后置于130°C干燥箱中干燥35分鐘，然后冷卻至20°C ；
(4)向步驟(3)中的電極基板I上涂敷絕緣漿成為絕緣膜12，絕緣膜12中每個網格的長度為1.5mm,寬度為0.05mm ;在涂敷絕緣膜12時從電極基板I的頂部開始，并且絕緣膜12底部與電極基板I頂部之間的距離為35mm，絕緣膜12的寬度與電極基板I的寬度相同；在涂敷絕緣膜12時，不要在與圓環(huán)8豎直中心線右側圓環(huán)重合的區(qū)域內涂敷絕緣漿，也不要在與該區(qū)域相對稱的左側區(qū)域內涂敷絕緣漿；同時也不要在與電極工作區(qū)10尺寸及位置都相同的實心圓內涂敷絕緣漿；涂敷完畢后經紫外線照射35分鐘后置于120°C干燥箱中干燥30分鐘，然后冷卻至20°C，即可得到三電極傳感器；
(5)重復步驟(I)至(4)，制備50個三電極傳感器，置于4°C冰箱中干燥保存?zhèn)溆茫?br> (6)用高純水將氯化銅配制成濃度為200mg/L的儲備液，然后用高純水稀釋儲備液，配制成濃度為5mg/L的使用液,再用高純水稀釋使用液,配制成濃度分別為0.02mg/L,0.05mg/L, 0.lmg/L, 0.3mg/L 和 0.5mg/L 的標準液；
(7)從步驟(5)保存?zhèn)溆玫娜姌O傳感器中拿取一個三電極傳感器，用去離子水將該三電極傳感器在超聲波清洗器中清洗5分鐘后晾干，將三電極傳感器底部的參比電極5、工作電極6和對電極7分別連接電化學工作站的參比電極、工作電極和對電極，然后設定線性掃描伏安法的富集電位為-1.2V，富集時間為270s ；
(8)向步驟(7)三電極傳感器的電極工作區(qū)10中滴加100 μ I pH = 5.5的檸檬酸沖溶液和100 μ I 0.55mol/L的氯化銨作為支持電解質，并攪拌均勻；
(9)向步驟⑶三電極傳感器的電極工作區(qū)10中加入100 μ I濃度為0.02mg/L的銅離子標準液，然后測定其掃描峰電流值；
(10)重復步驟(7)至(8)，分別向步驟⑶三電極傳感器的電極工作區(qū)10中加入100 μ I 濃度為 0.02mg/L, 0.05mg/L, 0.lmg/L, 0.3mg/L 和 0.5mg/L 的銅離子標準液,然后分別測定其掃描峰電流值；
(11)根據(jù)各個不同標準液濃度及與之相對應的掃描峰電流值，可以得到銅離子濃度與掃描峰電流值之間的線性方程；
(12)重復步驟(7)至(8)，向步驟⑶三電極傳感器的電極工作區(qū)10中加入100 μ I待測液，測定其掃描峰電流值，根據(jù)線性方程得到所測掃描峰電流值對應的濃度值。
本發(fā)明的方法中，所使用的電化學工作站為CHI440D電化學工作站。
本發(fā)明的有益效果是制得的三電極傳感器體積更小巧，攜帶方便，制作成本低，對樣品中的銅進行檢測時需樣品量更少，快速、靈敏且便宜有效。


附圖1是涂敷導電銀漿后的示意圖。附圖1中，I為電極基板，2為參比電極條、3為工作電極條，4為對電極條。
附圖2是涂敷導電碳漿后的示意圖。附圖2中，5為參比電極，6為工作電極，7為對電極，8為圓環(huán)，9為工作電極連接線，10為電極工作區(qū)，11為對電極連接線。
附圖3是涂敷絕緣漿后的示意圖。附圖3中，12為絕緣膜。
附圖4是制作完成后的三電極傳感器的示意圖。附圖5是三電極傳感器的詳細尺寸圖。附圖5中，A為涂敷導電銀漿后的示意圖，B為涂敷導電碳漿后的示意圖，C為涂敷絕緣漿后的示意圖，D為制作完成后的三電極傳感器的示意圖。
具體實施例方式下面結合實例進一步說明本發(fā)明。材料和儀器:(I)材質為聚對苯二甲酸乙二醇酯的電極基板。(2)銀漿、絕緣漿、碳漿。(3)氯化銨(99.999%, Alfa Aesar公司)，氯化銅(G.R,天津市光復精細化工研究所)。(4)濃度為200mg/L的氯化銅儲備液，濃度為5mg/L的氯化銅使用液，濃度分別為
0.02mg/L, 0.05mg/L, 0.lmg/L, 0.3mg/L 和 0.5mg/L 的氯化銅標準液。(5)待測液:將5mL濃度為5mg/L的氯化銅使用液加入到150mL自來水中配制成含氯化銅的待測液。(6) pH = 5.5的檸檬酸緩沖溶液。(7)濃度為0.55mol/L的氯化銨溶液。(8) CHI440D電化學工作站。實施例選擇長為40mm,寬15mm,厚度為2mm材質為聚對苯二甲酸乙二醇酯的電極基板,用去離子水清洗三次，用無水乙醇清洗三次，然后于50°C干燥箱中干燥3小時。向電極基板上涂敷導電銀漿形成3條長度為25mm，寬度為2mm的參比電極條、工作電極條和對電極條，涂敷完畢后置于130°C干燥箱中干燥35分鐘，冷卻至20°C。然后涂敷導電碳漿，先從下部開始涂敷參比電極、工作電極和對電極，然后在上部涂敷外半徑為6.83mm,內半徑為4.52mm的圓環(huán)，接著涂敷對電極連接線、電極工作區(qū)和工作電極連接線，涂敷完畢后置于130°C干燥箱中干燥35分鐘，冷卻至20°C。然后涂敷絕緣漿成為絕緣膜，涂敷完畢后經紫外線照射35分鐘后置于120°C干燥箱中干燥30分鐘，冷卻至20°C，即可得到三電極傳感器。按時上述過程分別制作50個三電極傳感器，然后將這些三電極傳感器放置于4°C冰箱中干燥保存?zhèn)溆?。下面運用制作的三電極傳感器和CHI440D電化學工作站測定銅離子標準液的掃描峰電流值，其測定的具體過程如下:拿取一個三電極傳感器，用去離子水將三電極傳感器在超聲波清洗器中清洗5分鐘后晾干，將三電極傳感器底部的參比電極、工作電極和對電極分別連接CHI440D電化學工作站的參比電極，工作電極和對電極，然后設定線性掃描伏安法的檢測條件，其中富集電位為-1.2V，富集時間為270s。向電極工作區(qū)滴加100μ I pH=5.5的檸檬酸緩沖溶液和100 μ I 0.55mol/L的氯化銨作為支持電解質，并攪拌均勻；然后向電極工作區(qū)加入100 μ I濃度為0.02mg/L的銅離子標準液，測定掃描峰電流值。重復上述測定過程,分別測定濃度為0.05mg/L, 0.lmg/L, 0.3mg/L和0.5mg/L的銅離子標準液和待測液的掃描峰電流值。根據(jù)各個不同標準液濃度及與之相對應的掃描峰電流值，可以得到銅離子濃度與掃描峰電流值之間的線性方程，i = 0.0977c+0.9634，相關系數(shù)R2 = 0.9991。通過線性方程即可得到待測液的掃描峰電流值對應的濃度值，結果表明待測液的濃度為0.16mg/L。
權利要求
1.一種基于線性掃描伏安法和三電極傳感器快速測定銅的方法，其特征在于，該方法的具體步驟如下: (1)選擇長度為40mm,寬度為15mm,厚度為2mm材質為聚對苯二甲酸乙二醇酯的電極基板I，用去離子水清洗三次，用無水乙醇清洗三次，于50°C干燥箱中干燥3小時，然后冷卻至`20 0C ； (2)向步驟(I)中的電極基板I上涂敷導電銀漿形成參比電極條2、工作電極條3和對電極條4，該三個電極條的長度均為25mm，寬度均為2mm ;在涂敷導電銀漿時從電極基板I的底部開始，先涂敷中間的工作電極條3，工作電極條3的位置在電極基板I的中間，其中心線與電極基板I的中心線重合，然后在工作電極條3的左側間隔3_涂敷參比電極條2，在工作電極條3的右側間隔3mm涂敷對電極條4，涂敷完畢后置于130°C干燥箱中干燥35分鐘，然后冷卻至20°C ； (3)向步驟(2)中的電極基板I上涂敷導電碳漿，先在電極基板I的下部開始涂敷參比電極5、工作電極6和對電極7，該三個電極的長度均為10mm，寬度均為2mm，其中參比電極5與參比電極條2的位置相同，工作電極6與工作電極條3的位置相同，對電極7與對電極條4的位置相同；然后在電極基板I的上部涂敷外半徑為6.83mm,內半徑為4.52mm的圓環(huán)`8,圓心位于基板中心線，且與電極基板I頂部的距離為12.9mm,圓環(huán)角度為208° ,經過圓心于頂部平行從左側開始向右旋轉208° ;然后涂敷對電極連接線9，對電極連接線9的底部與圓環(huán)8外側底部的距離為4mm,與圓環(huán)8內側底部的距離為5.16mm,其寬度2mm,其位置與對電極條4重合；然后涂敷電極工作區(qū)10,其為半徑1.5mm的實心圓，圓心與圓環(huán)8的圓心重合；然后涂敷工作電極連接線11，工作電極連接線11的底部與電極工作區(qū)10的圓心距離為7.26mm,其寬度為2mm,其位置與工作電極條3重合；涂敷完畢后置于130°C干燥箱中干燥35分鐘，然后冷卻至20°C ； (4)向步驟(3)中的電極基板I上涂敷絕緣漿成為絕緣膜12，絕緣膜12中每個網格的長度為1.5mm,寬度為0.05mm ;在涂敷絕`緣膜12時從電極基板I的頂部開始，并且絕緣膜12底部與電極基板I頂部之間的距離為35mm，絕緣膜12的寬度與電極基板I的寬度相同；在涂敷絕緣膜12時，不要在與圓環(huán)8豎直中心線右側圓環(huán)重合的區(qū)域內涂敷絕緣漿，也不要在與該區(qū)域相對稱的左側區(qū)域內涂敷絕緣漿；同時也不要在與電極工作區(qū)10尺寸及位置都相同的實心圓內涂敷絕緣漿；涂敷完畢后經紫外線照射35分鐘后置于120°C干燥箱中干燥30分鐘，然后冷卻至20°C，即可得到三電極傳感器； (5)重復步驟(I)至(4)，制備50個三電極傳感器，置于4°C冰箱中干燥保存?zhèn)溆茫? (6)用高純水將氯化銅配制成濃度為200mg/L的儲備液,然后用高純水稀釋儲備液，配制成濃度為5mg/L的使用液，再用高純水稀釋使用液，配制成濃度分別為0.02mg/L,`0.05mg/L, 0.lmg/L, 0.3mg/L 和 0.5mg/L 的標準液； (7)從步驟(5)保存?zhèn)溆玫娜姌O傳感器中拿取一個三電極傳感器，用去離子水將該三電極傳感器在超聲波清洗器中清洗5分鐘后晾干，將三電極傳感器底部的參比電極5、工作電極6和對電極7分別連接電化學工作站的參比電極、工作電極和對電極，然后設定線性掃描伏安法的富集電位為-1.2V，富集時間為270s ； (8)向步驟(7)三電極傳感器的電極工作區(qū)10中滴加100μ I pH = 5.5的檸檬酸沖溶液和100 μ I 0.55mol/L的氯化銨作為支持電解質，并攪拌均勻；(9)向步驟⑶三電極傳感器的電極工作區(qū)10中加入100μ I濃度為0.02mg/L的銅離子標準液，然后測定其掃描峰電流值； (10)重復步驟(7)至(8)，分別向步驟⑶三電極傳感器的電極工作區(qū)10中加入.100 μ I 濃度為 0.02mg/L, 0.05mg/L, 0.lmg/L, 0.3mg/L 和 0.5mg/L 的銅離子標準液,然后分別測定其掃描峰電流值； (11)根據(jù)各個不同標準液濃度及與之相對應的掃描峰電流值，可以得到銅離子濃度與掃描峰電流值之間的線性方程； (12)重復步驟(7)至(8)，向步驟⑶三電極傳感器的電極工作區(qū)10中加入100μI待測液，測定其掃描峰電流值，根據(jù)線性方程 得到所測掃描峰電流值對應的濃度值。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于環(huán)境監(jiān)測技術領域的一種基于線性掃描伏安法和三電極傳感器快速測定銅的方法。該方法的具體步驟為清洗電極基板后干燥冷卻；向電極基板上涂敷導電銀漿形成三個電極條，干燥并冷卻；然后涂敷導電碳漿，形成參比電極、工作電極、對電極和電極工作區(qū)，干燥并冷卻；然后涂敷絕緣漿成為絕緣膜，干燥冷卻后即可得到三電極傳感器。清洗三電極傳感器后連接電化學工作站，設定線性掃描伏安法的檢測條件，分別測定銅離子標準液和待測液的掃描峰電流值，可以得到銅離子濃度與掃描峰電流值之間的線性方程，通過線性方程即可得到待測液的濃度值。本發(fā)明的有益效果是三電極傳感器的制作成本低，檢測時樣品需要量更少，快速、靈敏且便宜有效。
文檔編號G01N27/48GK103149265SQ20121059524
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權日2012年12月31日
發(fā)明者豆俊峰, 王營營, 丁愛中, 程莉蓉 申請人:北京師范大學