[发明专利]一种真空离子溅射金属铋膜电极的制备方法、电极及应用

说明书

技术领域

本发明涉及真空离子溅射金属镀膜电极领域，具体涉及真空离子溅射金属铋膜电极的制备方法、电极及应用。

背景技术

由于重金属的潜在危害性和影响的长期性，对于微量甚至痕量重金属的定量分析非常重要。尤其是在药物、食品、临床和环境检测等方面。目前国际上对可循环进入人体的重金属都非常重视，可循环进入人体的重金属包括空气中粉尘颗粒物所附着的吸入性重金属，饮用水中含有的微量重金属，富集在食物中的微量重金属。

对于饮用水或者废水等液态研究对象中的重金属检测，传统的电化学检测方法是用汞电极作为工作电极。但是汞自身的毒性和挥发性都很大，任何疏漏都会会形成严重的二次污染。因此替代性的无污染风险的其他电极材料非常重要，近年来有专家研制如如金、铱、银等作为电极材料用于重金属离子的分析，但都有其局限性不能有效地代替汞。

由于铋和铋盐的毒性可以忽略，故铋膜电极具有环境友好性而其又具有电化学稳定性等优点，这使其备受关注。铋膜电极具有较高的过电位、较宽的电位窗和良好的稳定性，同时铋能与多种重金属生成二元或多元合金，而且铋膜电极背景电流几乎不受溶解氧的影响，所以无需除氧。铋膜电极是指在基底电极表面镀上一层很薄的铋膜。采用铋膜电极作为工作电极，施加一定的电压使测定物质在电极表面发生还原反应，从而富集使之与铋生成合金，然后再施加一定的反向扫描电压氧化溶出，根据溶出峰电位和峰电流的大小来确定分析物质的类别和数量。

现有技术中，通常采用电化学沉积的方法在工作电极表面镀一层金属铋薄膜来制备铋膜电极，但电化学沉积法电极的预处理步骤繁琐、比较复杂，成本较高，不易进行日常分析。

申请号为200710055795.6的中国发明专利申请，公开了一种化学修饰碳糊铋膜电极的制备方法，该方法所得电极可以进行多种离子的同时检测，但是该方法中碳糊的制备需要专业的人员进行操作，不容易普及。

发明内容

根据上述领域的需求和不足，本发明提供一种真空离子溅射金属铋膜电极的制备方法。本发明方法制备的真空离子溅射金属铋膜电极的操作简单，稳定性好、灵敏度很高，检测速度快，可以同时测定多种重金属。

一种真空离子溅射金属铋膜电极的制备方法，其特征在于，按顺序包括如下步骤：

(1)真空溅射金属靶材的制备：

将金属铋或金属铋合金加工成直径55-57mm，厚度0.5-3mm的盘状靶材；

(2)金属铋膜电极的制备：

将步骤(1)中所得靶材安装于真空溅射靶材托架，将工作电极平面朝向靶材溅射方向安装在样品台基底上；

将溅射系统抽至真空，真空度不大于7×10^-3mbar，施加不大于100mA直流电流，清洗溅射靶表面，以除去氧化层；

控制电流不大于50mA进行循环溅射，每个溅射循环时间不大于30s；

溅射结束后，得到金属铋膜工作电极。

所述溅射系统真空度为7×10^-5mbar～7×10^-3mbar，清洗时间为10～30s，清洗阶段电流为19mA～100mA；所述溅射循环电流为8mA～50mA，溅射循环时间为10～30s。

所述工作电极为玻璃碳电极、石墨电极、碳糊电极、印刷碳糊电极、金属铂电极、金电极、导电玻璃。

所述靶材表面光滑平整，几何尺寸均匀。

上述方法所得真空离子溅射金属铋膜电极。

上述真空离子溅射金属铋膜电极在检测重金属中的应用。

上述应用，按顺序包括如下步骤：将上述真空离子溅射金属铋膜电极用二次水淋洗干净，置于含有重金属的溶液中，用1M的醋酸缓冲溶液调节pH为4.0～4.5；

采用三电极体系，Ag/AgCI/KC电极为参比电极，铂片电极为对电极，金属铋膜电极为工作电极；

用恒电位沉积法或差分脉冲溶出伏安法在-1.0～-1.4V电位下沉积120s，电位增量为0.005V，振幅为0.08V，脉冲宽度为0.005s，静置时间为10s，然后施加正向扫描电位氧化溶出，扫描电位范围为：-1.4V～0.6V，得溶出氧化峰。

技术效果：

离子溅射镀膜原理：离子溅射镀膜是利用气体放电产生的正离子在电场的作用下的高速运动轰击作为阴极的靶，使靶材中的原子或分子逸出来而沉淀到被镀工件的表面，形成所需要的薄膜。