[发明专利]一种基于石墨烯/PEDOT复合膜的pH检测电极

说明书

技术领域

本发明涉及一种pH检测电极，具体涉及一种基于石墨烯/PEDOT复合膜的pH检测电极。

背景技术

pH测量与医学、生物工程、现代工业、农业、环境以及科学研究等领域息息相关。目前，使用最广泛的两种pH传感器主要是玻璃电极和金属氧化物电极，其中玻璃电极对pH的测量比较准确(除了在高酸度和高碱度情况下存在测量误差)，但玻璃电极由于体积较大难以实现活体微区或微环境的分析，而且电极内阻高、易破损。而基于金属氧化物的pH传感器，例如IrO₂，WO₃或Ni(OH)₂，虽然易于微型化，但是这些金属氧化物是有毒的，因此它们不能用于生物或医学检测。

溶液中氢离子浓度的变化可以引起电极间电流或电导率的变化，用导电高分子修饰传感器电极可以增强弱信号，使电极在不同pH环境下导电性变化更加显著。PEDOT是EDOT(3,4-乙撑二氧噻吩)的聚合物，目前没有关于PEDOT用于pH检测的相关专利，相关文献的报道也很少，这方面的研究对pH传感器的研发具有重要的意义。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，所要解决的技术问题是：石墨烯/PEDOT复合膜在pH检测中的应用。

为了实现上述目的，本发明使用电化学循环伏安法在ITO玻璃电极表面制备了石墨烯/PEDOT复合膜，并将其用于磷酸盐缓冲液(PBS)的pH检测，以氧化峰电流为检测信号，实现了pH 1-11范围内的高灵敏度检测，在开发生物、医疗领域的微型化pH检测电极方面具有很高的应用价值。

本发明的第一方面，公开了一种基于石墨烯/PEDOT复合膜的pH检测电极，包括电极和包覆在电极外表面的石墨烯/PEDOT复合膜，所述电极选自ITO玻璃电极、不锈钢镀金电极或金盘电极之中的一种。充分利用了PEDOT的高导电率实现了对pH的高灵敏度检测，并通过氨基石墨烯与PEDOT的复合进一步改善检测灵敏度。

优选地，电极为ITO玻璃电极，复合膜包覆在玻璃电极ITO层的外表面。

本发明的第二方面，公开了上述pH检测电极的制备方法，包括如下步骤：

(1)电极的预处理：ITO玻璃电极依次在5％浓度NaOH溶液、去离子水、丙酮、乙醇中超声处理，然后在ITO玻璃电极表面无需包覆石墨烯/PEDOT复合膜的部分贴上胶带阻挡，需要包覆石墨烯/PEDOT复合膜的面积为1×1cm²；

(2)电解液配制：氨基石墨烯在LiClO₄乙腈溶液中第一次超声分散，得到均一稳定的石墨烯分散液，向石墨烯分散液中滴加EDOT配制成EDOT单体电解液；再进行第二次超声分散后通氮气，作为制备石墨烯/PEDOT复合膜的备用单体电解液；

(3)电化学聚合：在电化学工作站中采用循环伏安法(CV)使单体电解液在经步骤(1)预处理后的ITO玻璃电极表面电聚合。

优选地，步骤(1)中在5％浓度NaOH溶液、去离子水、丙酮、乙醇中各超声5-15分钟。

优选地，步骤(2)中氨基石墨烯的浓度为0.1-0.5mg/ml。LiClO₄乙腈溶液的浓度为0.1M。EDOT单体电解液的浓度为1-10mM。第一次超声分散1-4小时，第二次超声分散半小时，通氮气15min。

优选地，步骤(3)中聚合电位范围为-0.9-1.0V，扫描速率为50mV/s，聚合3-10圈。

本发明的第三方面公开了上述pH检测电极的应用方法，pH检测电极用于磷酸盐缓冲液的pH检测，以氧化峰电流为检测信号，实现pH值在1-11范围内的检测。

本发明的有益效果是：与普通pH检测电极相比，基于石墨烯/PEDOT复合膜的pH检测电极体积更小、价格更低、检测更方便，在使用前后无需特殊处理。以氧化峰为检测信号时，沉积石墨烯/PEDOT的电极(pH 1-11)比纯PEDOT修饰电极(pH 3-11)的检测范围更大，检测灵敏度提高了约228％，石墨烯与PEDOT的复合显著改善了电极对溶液pH值得检测效果。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1为本发明一个较佳实施例使用的氨基石墨烯分散后的TEM图；

图2为本发明一个较佳实施例在石墨烯/EDOT单体溶液中的聚合CV图；