基于方波溶出伏安法和三電極傳感器快速測(cè)定銅的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了屬于環(huán)境監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】的一種基于方波溶出伏安法和三電極傳感器快速測(cè)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(dǎo)電銀漿形成3個(gè)電極條，干燥并冷卻；然后涂敷導(dǎo)電碳漿，形成參比電極、工作電極、對(duì)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(xué)工作站，設(shè)定方波溶出伏安法的檢測(cè)條件，分別測(cè)定銅離子標(biāo)準(zhǔn)液和待測(cè)液的溶出峰電流值，可以得到銅離子濃度與溶出峰電流值之間的線性方程，通過(guò)線性方程即可得到待測(cè)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(cè)時(shí)樣品需要量更少，快速、靈敏且便宜有效。
【專利說(shuō)明】 基于方波溶出伏安法和三電極傳感器快速測(cè)定銅的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于方波溶出伏安法和三電極傳感器快速測(cè)定銅的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等領(lǐng)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(lái)，土壤、食品、地下水、飲用水或者廢水中銅的快速檢測(cè)是眾多環(huán)境分析工作者努力的方向。目前，用于測(cè)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(cè)方法雖然精密度和準(zhǔn)確度較高，但檢測(cè)儀器昂貴，對(duì)實(shí)驗(yàn)室和儀器化程度要求高，并且操作費(fèi)時(shí)，分析成本昂貴，不利于推廣使用，難以適應(yīng)大量樣本和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的要求。因此，尋找一種快速、靈敏且便宜有效的檢測(cè)方法事在必行。
[0003]而電化學(xué)傳感器分析檢測(cè)技術(shù)與之相比具有速度更快、成本更低的特點(diǎn)，被認(rèn)為是目前最適合在線檢測(cè)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(cè)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種基于方波溶出伏安法和三電極傳感器快速測(cè)定銅的方法。其具體步驟如下:
[0005](I)選擇長(zhǎng)度為40mm,寬度為15mm,厚度為2mm材質(zhì)為聚對(duì)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(wú)水乙醇清洗三次，于50°C干燥箱中干燥3小時(shí)，然后冷卻至200C ；
[0006](2)向步驟(I)中的電極基板I上涂敷導(dǎo)電銀漿形成參比電極條2、工作電極條3和對(duì)電極條4，該三個(gè)電極條的長(zhǎng)度均為25mm，寬度均為2mm ;在涂敷導(dǎo)電銀漿時(shí)從電極基板I的底部開(kāi)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(cè)間隔3mm涂敷參比電極條2，在工作電極條3的右側(cè)間隔3_涂敷對(duì)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 ；
[0007](3)向步驟(2)中的電極基板I上涂敷導(dǎo)電碳漿，先在電極基板I的下部開(kāi)始涂敷參比電極5、工作電極6和對(duì)電極7，該三個(gè)電極的長(zhǎng)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(duì)電極7與對(duì)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(nèi)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(jīng)過(guò)圓心于頂部平行從左側(cè)開(kāi)始向右旋轉(zhuǎn)208° ;然后涂敷對(duì)電極連接線9，對(duì)電極連接線9的底部與圓環(huán)8外側(cè)底部的距離為4mm,與圓環(huán)8內(nèi)側(cè)底部的距離為5.16mm,其寬度2mm,其位置與對(duì)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(shí)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 ；
[0008](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(gè)網(wǎng)格的長(zhǎng)度為1.5mm,寬度為0.05mm ;在涂敷絕緣膜12時(shí)從電極基板I的頂部開(kāi)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(shí)，不要在與圓環(huán)8豎直中心線右側(cè)圓環(huán)重合的區(qū)域內(nèi)涂敷絕緣漿，也不要在與該區(qū)域相對(duì)稱的左側(cè)區(qū)域內(nèi)涂敷絕緣漿；同時(shí)也不要在與電極工作區(qū)10尺寸及位置都相同的實(shí)心圓內(nèi)涂敷絕緣漿；涂敷完畢后經(jīng)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；
[0009](5)重復(fù)步驟(I)至(4)，制備50個(gè)三電極傳感器，置于4°C冰箱中干燥保存?zhèn)溆茫?br> [0010](6)用高純水將氯化銅配制成濃度為200mg/L的儲(chǔ)備液，然后用高純水稀釋儲(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)液；
[0011](7)從步驟(5)保存?zhèn)溆玫娜姌O傳感器中拿取一個(gè)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(duì)電極7分別連接電化學(xué)工作站的參比電極、工作電極和對(duì)電極，然后設(shè)定方波溶出伏安法的檢測(cè)條件如下:頻率為35Hz，電位增量為3mV，方波振幅為200mV，沉積電位為-1.2V,沉積時(shí)間為600s ；
[0012](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 = 4.5的醋酸緩沖溶液和100 μ I 0.5mol/L的氯化銨作為支持電解質(zhì)，并攪拌均勻；
[0013](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(biāo)準(zhǔn)液，然后測(cè)定其溶出峰電流值；
[0014](10)重復(fù)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(biāo)準(zhǔn)液,然后分別測(cè)定其溶出峰電流值；
[0015](11)根據(jù)各個(gè)不同標(biāo)準(zhǔn)液濃度及與之相對(duì)應(yīng)的溶出峰電流值，可以得到銅離子濃度與溶出峰電流值之間的線性方程；
[0016](12)重復(fù)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(cè)液，測(cè)定其溶出峰電流值，根據(jù)線性方程得到所測(cè)溶出峰電流值對(duì)應(yīng)的濃度值。
[0017]本發(fā)明的方法中，所使用的電化學(xué)工作站為CHI440D電化學(xué)工作站。
[0018]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(duì)樣品中的銅進(jìn)行檢測(cè)時(shí)需樣品量更少，快速、靈敏且便宜有效。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]附圖1是涂敷導(dǎo)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(duì)電極條。
[0020]附圖2是涂敷導(dǎo)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(duì)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(duì)電極連接線。[0021]附圖3是涂敷絕緣漿后的示意圖。附圖3中，12為絕緣膜。
[0022]附圖4是制作完成后的三電極傳感器的示意圖。
[0023]附圖5是三電極傳感器的詳細(xì)尺寸圖。附圖5中，A為涂敷導(dǎo)電銀漿后的示意圖，B為涂敷導(dǎo)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(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0025]材料和儀器:
[0026](I)材質(zhì)為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的電極基板。
[0027](2)銀漿、絕緣漿、碳漿。
[0028](3)氯化銨(99.999%, Alfa Aesar公司)，氯化銅(G.R,天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所)。
[0029](4)濃度為200mg/L的氯化銅儲(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)液。
[0030](5)待測(cè)液:將5mL濃度為5mg/L的氯化銅使用液加入到150mL自來(lái)水中配制成含氯化銅的待測(cè)液。
[0031](6) pH = 4.5的醋酸緩沖溶液。
[0032](7)濃度為0.5mol/L的氯化銨溶液。
[0033](8) CHI440D電化學(xué)工作站。
[0034]實(shí)施例
[0035]選擇長(zhǎng)為40mm,寬15mm,厚度為2mm材質(zhì)為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的電極基板,用去離子水清洗三次，用無(wú)水乙醇清洗三次，然后于50°C干燥箱中干燥3小時(shí)。向電極基板上涂敷導(dǎo)電銀漿形成3條長(zhǎng)度為25mm，寬度為2mm的參比電極條、工作電極條和對(duì)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(dǎo)電碳漿，先從下部開(kāi)始涂敷參比電極、工作電極和對(duì)電極，然后在上部涂敷外半徑為6.83mm,內(nèi)半徑為4.52mm的圓環(huán)，接著涂敷對(duì)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(jīng)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(shí)上述過(guò)程分別制作50個(gè)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)溆谩?br> [0036]下面運(yùn)用制作的三電極傳感器和CHI440D電化學(xué)工作站測(cè)定銅離子標(biāo)準(zhǔn)液的溶出峰電流值，其測(cè)定的具體過(guò)程如下:拿取一個(gè)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(duì)電極分別連接CHI440D電化學(xué)工作站的參比電極，工作電極和對(duì)電極，然后設(shè)定方波溶出伏安法的檢測(cè)條件，其中頻率為35Hz，電位增量為3mV，方波振幅為200mV，沉積電位為-1.2V,沉積時(shí)間為600s。向電極工作區(qū)滴加100 μ I pH = 4.5的醋酸緩沖溶液和100 μ 10.5mol/L的氯化銨作為支持電解質(zhì)，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(biāo)準(zhǔn)液，測(cè)定溶出峰電流值。[0037]重復(fù)上述測(cè)定過(guò)程,分別測(cè)定濃度為0.05mg/L, 0.lmg/L, 0.3mg/L和0.5mg/L的銅離子標(biāo)準(zhǔn)液和待測(cè)液的溶出峰電流值。根據(jù)各個(gè)不同標(biāo)準(zhǔn)液濃度及與之相對(duì)應(yīng)的溶出峰電流值，可以得到銅離子濃度與溶出峰電流值之間的線性方程，i = 0.0294c+0.9634，相關(guān)系數(shù)R2 = 0.9993。通過(guò)線性方程即可得到待測(cè)液的溶出峰電流值對(duì)應(yīng)的濃度值，結(jié)果表明待測(cè)液的濃度為0.16mg/L。
【權(quán)利要求】
1.一種基于方波溶出伏安法和三電極傳感器快速測(cè)定銅的方法，其特征在于，該方法的具體步驟如下: (1)選擇長(zhǎng)度為40mm,寬度為15mm,厚度為2mm材質(zhì)為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的電極基板1，用去離子水清洗三次，用無(wú)水乙醇清洗三次，于50°C干燥箱中干燥3小時(shí)，然后冷卻至.20 ℃ ； (2)向步驟(1)中的電極基板I上涂敷導(dǎo)電銀漿形成參比電極條2、工作電極條3和對(duì)電極條4，該三個(gè)電極條的長(zhǎng)度均為25mm，寬度均為2mm ;在涂敷導(dǎo)電銀漿時(shí)從電極基板I的底部開(kāi)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(cè)間隔3_涂敷參比電極條2，在工作電極條3的右側(cè)間隔3mm涂敷對(duì)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(dǎo)電碳漿，先在電極基板I的下部開(kāi)始涂敷參比電極5、工作電極6和對(duì)電極7，該三個(gè)電極的長(zhǎng)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(duì)電極7與對(duì)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(nèi)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(jīng)過(guò)圓心于頂部平行從左側(cè)開(kāi)始向右旋轉(zhuǎn)208° ;然后涂敷對(duì)電極連接線9，對(duì)電極連接線9的底部與圓環(huán)8外側(cè)底部的距離為4mm,與圓環(huán)8內(nèi)側(cè)底部的距離為5.16mm,其寬度2mm,其位置與對(duì)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(shí)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(gè)網(wǎng)格的長(zhǎng)度為1.5mm,寬度為0.05mm ;在涂敷絕緣膜12時(shí)從電極基板I的頂部開(kāi)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(shí)，不要在與圓環(huán)8豎直中心線右側(cè)圓環(huán)重合的區(qū)域內(nèi)涂敷絕緣漿，也不要在與該區(qū)域相對(duì)稱的左側(cè)區(qū)域內(nèi)涂敷絕緣漿；同時(shí)也不要在與電極工作區(qū)10尺寸及位置都相同的實(shí)心圓內(nèi)涂敷絕緣漿；涂敷完畢后經(jīng)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(fù)步驟(1)至(4)，制備50個(gè)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(chǔ)備液,然后用高純水稀釋儲(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)液； (7)從步驟(5)保存?zhèn)溆玫娜姌O傳感器中拿取一個(gè)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(duì)電極7分別連接電化學(xué)工作站的參比電極、工作電極和對(duì)電極，然后設(shè)定方波溶出伏安法的檢測(cè)條件如下:頻率為35Hz，電位增量為3mV，方波振幅為200mV，沉積電位為-1.2V，沉積時(shí)間為600s; (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 = 4.5的醋酸緩沖溶液和100 μ 10.5mol/L的氯化銨作為支持電解質(zhì)，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(biāo)準(zhǔn)液，然后測(cè)定其溶出峰電流值； (10)重復(fù)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(biāo)準(zhǔn)液,然后分別測(cè)定其溶出峰電流值； (11)根據(jù)各個(gè)不同標(biāo)準(zhǔn)液濃度及與之相對(duì)應(yīng)的溶出峰電流值，可以得到銅離子濃度與溶出峰電流值之間的線性方程； (12)重復(fù)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(cè)液，測(cè)定其溶出峰電流值，根據(jù)線性方程得到所測(cè)溶出峰電流值對(duì)應(yīng)的濃度值。
【文檔編號(hào)】G01N27/48GK103913502SQ201210595249
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月31日
【發(fā)明者】豆俊峰, 王營(yíng)營(yíng), 丁愛(ài)中, 范福強(qiáng) 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)