[发明专利]检测磷酸盐的丝网印刷钴传感器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境监测领域，更具体地，涉及一种检测磷酸盐的 丝网印刷钴传感器的制备方法。

背景技术

随着城市化和工业化的迅速发展，我国大多数中型湖泊的总氮、 总磷已经接近或超过富营养化的临界标准，一些湖泊甚至达到极富 营养化状态。近年来频繁爆发的湖泊水华和沿海赤潮更是表明氮、 磷的污染十分严重。磷作为水生生态系统的主要营养元素之一，是 控制水体富营养化的关键因素，已经被列入水质监测的常规指标。 到目前为止，检测水中磷的最有效、最可靠的方法仍是分光光度法 和离子色谱法。上述检测方法虽然精度高、可靠，但是依赖于大型、 昂贵的实验室仪器，而且预处理过程复杂，测试周期较长，使其应 用范围受到了很大限制。

酶生物传感器和离子选择性电极易于实现小型化，是满足现场 快速监测需要的重要研究方向。其中，丙酮酸氧化酶是磷酸盐生物 传感器中研究得较多的一种生物敏感单元，但是由于酶的价格昂贵 并且不够稳定，因此以酶作为敏感材料的磷酸盐传感器，其应用及 普及受到一定的限制。离子选择性电极是磷酸盐传感器的另一个重 要研究方向。根据敏感膜的状态，离子选择性电极可分液态、固态 和玻璃三种。有机锡化合物对磷酸根离子的选择性响应是磷酸盐液 膜离子选择性电极研究的热点，自上个世纪80年末就得到了报道。 以三苄基锡氧化物为例，这种带正电荷的阴离子定域体对HPO₄^2-的 线性响应范围是5×10^-6～10^-1mol/L，电极响应斜率为-30.1 mV/decade，响应时间为30s。此外，以金属或金属氧化物为敏感膜 的离子选择性电极在最近十年也受到了广泛关注。Xiao Dan等人首 次报道了Co棒对H₂PO₄^-有选择性电位响应，线性响应范围是 10^-2～10^-5mol/L，响应时间小于2min。Meruva等人进一步的研究表 明，Co棒对其它正磷酸盐也有浓度-信号响应关系。2007年， Cincinnati大学Bishop PL研究组报道了基于沉积、刻蚀等微细加工 技术加工的钴磷酸盐微传感器芯片。芯片体积大小为1.5cm×2cm， 能够实现批量化生产，对H₂PO₄^-的检测下限达到10^-5mol/L，此外， 对一些有机磷酸化合物，如三磷酸腺苷ATP和二磷酸腺苷ADP也 有浓度-信号响应关系，检测下限均可达到10^-5mol/L。

上述以钴棒为敏感膜的电极难以实现批量化生产，需要与外参 比电极联用，电极的一致性较差，而采用微细加工技术加工的磷酸 盐钴传感器的价格昂贵，不适合一次性使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种检测磷酸盐的丝网印 刷钴传感器的制备方法，其以金属钴为敏感物质，采用丝网印刷技 术研制出新型的钴电极结构，可以用于污水处理厂、含磷农药厂等 水环境中的磷酸盐浓度的快速监测，也可以用于土壤、食品中含磷 农药残留的快速检测。

为了解决上述现有技术中的问题，本发明提出了一种检测磷酸 盐的丝网印刷钴传感器的制备方法，该制备方法包括：采用丝网印 刷工艺，在基片上制备对磷酸盐具有选择性响应的钴工作电极和参 比电极；以及在钴工作电极和参比电极之上印刷绝缘油墨层以形成 丝网印刷钴传感器。

其中，钴工作电极和参比电极的制备包括：通过在基片上印刷 工作碳浆来制备钴工作电极；以及通过在基片上印刷银/氯化银浆 层，并在银/氯化银浆层上印刷参比绝缘层来制备参比电极。

可选地，钴工作电极和参比电极的制备还包括：通过在基片上 印刷银/氯化银浆层，并在银/氯化银浆层上印刷参比绝缘层来制备参 比电极；以及通过在基片上印刷工作碳浆来制备钴工作电极。

其中，工作碳浆是通过在导电碳浆中掺杂钴粉来制备。

参比绝缘层是通过在绝缘油墨中掺杂氯化钾来制备。

在工作碳浆中，钴粉与导电碳浆的掺杂质量比为1:10至1:100， 其中，钴粉的纯度大于99.5％。

在参比绝缘层中，氯化钾粉末与绝缘油墨的掺杂质量比为1:20 至1:50，其中，氯化钾的纯度为分析纯。