[发明专利]一种基于单壁碳纳米角电极的固态离子选择性电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学传感器技术领域，尤其涉及一种基于单壁碳纳米角电极的固态离子选择性电极及其制备方法。

背景技术

离子选择性电极是一类利用膜电势测定溶液中离子的活度或浓度的电化学传感器，当它和含待测离子的溶液接触时，在它的敏感膜和溶液的相界面上产生与该离子活度直接有关的膜电势。作为一种能够快速、准确、方便、选择性的测定复杂样品中某种离子含量的分析测试工具，离子选择性电极已广泛应用于环境监测、生物医学检测、化工生产、地质检测等领域。传统的离子选择性电极由敏感膜、内充液和导电元件组成。然而，由于内充液的存在，使得这种传感器无法向微型化方向发展。

现有技术中，涂覆电极以其制备简单、易于微型化、且具有与传统离子选择性电极相似的灵敏度和选择性等特点，已广泛用于离子选择性电极制备。涂覆电极由涂覆离子选择性聚合膜的金属线制成。然而，由于在膜与金属之间易于形成一层很薄的水层，因而电极会产生严重的电位漂移，重现性不好。水层中的氧化还原过程主要是溶解氧的还原，电极的电位漂移主要是由样品中pH和溶解氧的改变所引起。因此，为了使涂覆离子选择性电极具有较好的稳定性，必须选取憎水性较强，同时具有快速电子传递速率的基底用于制备离子选择性电极。

碳素材料具有较强的憎水性，同时成本低廉，因此可以用作离子选择性电极的基底。然而，常规的碳素材料如石墨、玻碳等，其电子传导速率较慢，基于这些材料作为基底的涂覆电极灵敏度较差。

发明内容

本发明提供一种基于单壁碳纳米角电极的固态离子选择性电极，具有极高的电位稳定性、灵敏度和选择性。

本发明提供了如下技术方案：

一种基于单壁碳纳米角电极的固态离子选择性电极，包括电极基底和涂覆在电极基底表面的离子选择性聚合物膜，所述的电极基底为掺杂有单壁碳纳米角或表面修饰有单壁碳纳米角膜的电极。

单壁碳纳米角(SWNHs)的直径为2～5nm，长度为40～50nm，其形态类似于截短后的单壁碳纳米管，但其一端具有独特的锥形结构。单壁碳纳米角具有高比表电容和高电子传导速率的特性，同时具有较强的憎水性，以单壁碳纳米角电极为电极基底制备的固态离子选择性电极具有极高的电位稳定性、灵敏度和选择性。

掺杂有单壁碳纳米角的电极为单壁碳纳米角碳糊电极，单壁碳纳米角碳糊电极由单壁碳纳米角和粘合剂组成，所述的单壁碳纳米角与粘合剂的质量比为7∶1～5；

所述的粘合剂为石蜡油、三苯胺和离子液体中的至少一种；再优选的，所述的离子液体为基于咪唑的或基于吡啶的六氟磷酸盐。

表面修饰有单壁碳纳米角膜的电极为采用单壁碳纳米角进行表面修饰的丝网印刷电极或玻碳电极。

所述的离子选择性聚合物膜可以为钙离子选择性聚合物膜或钾离子选择性聚合物膜。

本发明还提供了上述基于单壁碳纳米角电极的固态离子选择性电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备电极基底；

(2)在所述的电极基底表面滴涂离子选择性聚合物膜溶液，干燥后得到所述的固态离子选择性电极。

优选的，电极基底的制备方法为：

将单壁碳纳米角与粘合剂混合均匀，塞入电极套管中，压实，插入导线，干燥后得到掺杂有单壁碳纳米角的电极基底；

或，在丝网印刷电极或玻碳电极的表面涂覆单壁碳纳米角分散液，干燥后得到表面修饰有单壁碳纳米角膜的电极基底。

所述的单壁碳纳米角可采用现有技术进行制备，例如，可参照参考文献(Nan Li，Zhiyong Wang，Keke Zhao，Zujin Shi，Zhennan Gu，Shukun Xu，Carbon，2010，4，1580-1585.)使用电弧放电的方法进行制备。

步骤(2)中，离子选择性聚合物膜溶液由溶质和溶剂组成，所述的溶质包括离子载体、聚合物、增塑剂和亲脂性大分子。离子选择性聚合物膜溶液滴涂于电极基底上，干燥后即成为离子选择性聚合物膜。

优选的，以质量百分比计，所述的溶质包括：

所述的离子载体可以为钙离子载体或钾离子载体；离子选择性聚合物膜溶液干燥后分别可以形成相应的钙离子选择性聚合物膜或钾离子选择性聚合物膜。