[发明专利]基于石墨的氯传感器

说明书

与测量样品中游离氯的相关的系统、方法和设备。提供了基于石墨的电极或传感器。与参比电极、对电极以及恒电位仪联合，该电极可用于检测液体样品中2ppm‑6ppm浓度的游离氯。可以使用基于氨基甲酸铵的电解液、采用作为工作电极的所述石墨以及适合的参比电极、通过电化学改性、由铅笔芯中所使用的石墨来制造电极。

技术领域

本发明涉及传感器。具体而言，本发明涉及基于石墨的用于传感液体样品中的游离氯的传感器。

背景

氯在水处理工业中广泛用作消毒剂，其用于使诸如隐孢子虫和大肠杆菌的致病微生物失活。在氯处理过的水被从处理厂送入配水系统之前，其必须符合残留游离氯浓度的某些标准(通常低于5ppm的范围)。目前使用基于N,N’-二乙基-对苯二胺(PDP)的比色法来进行检测市政用水中游离氯含量。目前对于开发替代的检测方法、和改善或小型化现有的设备和方法已经进行了一些努力。在公众对水质的关注持续增加和公共卫生规章制度和操作日益严格的情况下，诸如能现场取样和分析、耐用、可靠、低廉且便携式的游离氯传感器将受到青睐。此种设备尤其适用于小型、偏远的社区，因为当地可能没有专门的受训人员或者无法进行日常维护。

近期文献中已经报道了一些对游离氯传感具有线性响应的有潜力的材料。但是，该传感材料或者贵(例如，玻碳、金、硼掺杂的金刚石、石墨烯、碳纳米管、二茂铁)，或者可能释放有害物质(例如，苄索氯铵、苯胺寡聚物)。而且，在多数情况下，传感的上限为2.0ppm，且没有对重复测量中的迟滞(hysteresis)进行系统研究。在通常的水检测应用中，被检测样品中的游离氯的浓度可能浮动或迟滞，如果存在此种情况，将会影响传感效果。传感器的选择性同样重要，即，将游离氯从总氯中区分的能力；后者是游离氯和以氯离子形式存在的还原氯的组合。

综上所述，对于能避免现存技术的缺点同时解决对于非实验室条件下不良环境的易用性和适宜性的需求的游离氯传感器的需求是明显的。

概述

本发明提供与检测样品中游离氯相关的系统、方法、和设备。提供了基于石墨的电极或传感器。与参比电极和恒电位仪联合，该电极或传感器可用于检测液体样品中的浓度为0-20ppm的游离氯。该电极或传感器可以由铅笔芯中的石墨(该石墨作为工作电极)与适合的参比电极，使用基于氨基甲酸铵的电解液，通过电化学改性来制造。

在第一方面，本发明提供电极，包括：

至少一个包含改性石墨的部分；

其中

所述电极用于测量液体中游离氯的水平；

所述改性石墨通过包括以下的方法被改性：

将石墨浸入电解液溶液，所述石墨作为工作电极起作用；以及

向所述石墨施加电压使得所述工作电极与参比电极之间存在1.0V的电势差；

其中

所述电解液包含在磷酸钠缓冲液中制备的氨基甲酸铵。

第二方面，本发明提供改性石墨的方法，该方法包括：

将所述石墨浸入电解液溶液，所述石墨作为工作电极起作用；以及

向所述石墨施加电压，使得所述工作电极与参比电极之间存在1.0V的电势差；

其中得到的改性石墨在用于测量液体样品中的游离氯的电极中使用。

附图简述

通过参考以下附图来描述本发明的实施方式，其中不同附图中的相同参考数字指代相同的元件，其中：

图1是根据本发明的一个方面的用于改性石墨的实验装置的示意图；

图2是石墨的电化学改性期间得到的电流-时间变化曲线图；