[发明专利]基于钴/吡咯/介孔碳的固体膜磷酸根离子选择性电极的制备方法与应用

说明书

本发明公开了基于钴/吡咯/介孔碳的固体膜磷酸根离子选择性电极的制备方法与应用。该方法包括以下步骤：将六水合氯化钴、吡咯单体、介孔碳按照一定的比例混合制备沉积液；随后在预处理好的玻碳电极表面使用恒电流法一步沉积固体膜制备磷酸根离子选择性电极；得到的电极经磷酸根溶液活化到稳定电位后用于磷酸根的检测。本发明对于磷酸根的检测范围是10^‑5～10^‑1mol/L，响应时间达到6.4s。本发明具有制备简单，检测范围宽，响应速度快等优点，适用于水质中磷酸盐的检测。

技术领域

本发明涉及电化学传感器技术领域，尤其涉及基于钴/吡咯/介孔碳的固体膜磷酸根离子选择性电极的制备方法与应用。

背景技术

化学传感器是一种能够实时地提供被测试样品的分析信息的独立设备，广泛用于加工、过程控制、产品制备、矿采、石油化工、安全、环境监测、食品、生物医学等工程行业。通过传感器给予的信息，我们可以了解到样品中的需要进行分析的一种或多种的化学物质，包括有机无机小分子、酶、病毒和核酸等生物成分物质相关定性或定量信息，这是仅依靠温度、压力、速度等信息的物理传感器所提供不了的。随着研究进展深入，由于被分析物与传感元件的相互作用，传感元件的某些物理或化学性质随分析物浓度而变化。为了能够评估这种变化，化学传感器将上述变化转换为可测量的物理量，这个该过程称为信号转导或信号传导。

磷是造成水体富营养化的限制性营养元素之一。当由于农业过量使用化肥，工业废水排放污染，人和其他动物粪便废弃污染，导致水体磷含量远高于水生植物正常所需时，会引起水生植物过度繁殖特别是藻类的爆炸性增长。在海洋水域中，藻类的过度繁殖会消耗大量氧气、产生大量代谢产物(包括对人类有害的生物毒素)，从而导致海洋生态平衡破坏、海洋渔业及水产资源破坏、人类中毒等危害，最终产生赤潮等生态环境问题。

目前，用于水质磷酸盐检测的方法有分光光度法、电化学检测法等。钼酸铵分光光度法是广泛采用的磷酸盐测定方法，其检测结果准确稳定，但是却存在操作烦琐、耗时长、需要专用设备和受过训练的测试人员、检测时需使用可致癌的化学试剂等不足之处。

电化学传感器是一种可接受外来物理信号(如光、电的信号)并将其转换为可供传输，测量或进行控制的传感装置。使用电化学检测磷酸盐主要包括一下两大类：酶生物电化学传感器和无酶电化学传感器。前者制备生物酶电极虽然对磷酸根有很好的选择性，但是制备电极过程耗时长，酶作为生物活性物质稳定性差，极大程度影响了传感器寿命，且酶价格昂贵，检测范围窄等问题也限制了酶生物电化学传感器的发展。

在环境调查与监测过程中，分光光度法和酶生物电化学传感器由于自身的限制导致监测数据滞后、数据不准确等问题，使环境保护部门无法实时准确地获取环境参数，难以在环境污染扩大、生态危机爆发之前及时作出决策。因此，迫切需要一种灵敏、可靠、操作简便并能够快速检测磷酸盐浓度的方法。

离子选择性电极(Ion-Selective Electrode,ISE)是一种无酶电化学传感器，又称为离子电极，是一种利用膜电位测定溶液中离子活度或浓度的电化学传感器，其原理是制备的离子选择性电极与待测溶液接触时，在电极敏感膜与溶液相界面上会产生与特定待测离子浓度相关的膜电位，该电位与溶液中给定的离子活度的对数呈线性关系，结合能斯特方程从而计算得到相应离子的浓度。离子选择性电极的构造主要分为两部分：离子选择性膜和内导系统。离子选择性膜为离子选择性电极最关键的组成部分，它决定电极的特性，将溶液中特定的待测离子活度转变为电位的信号，膜电位随着待测离子活度的改变而改变，随后膜电位将信号传递至内导系统。内导系统的作用是将膜电位引出以及信号的传递。按选择性膜的构造可以大体分为两类：液膜电极和固体膜电极。固体膜电极是以固体材料作为敏感膜的电极，由于具有制备简单，保存时间长，检测范围宽，检测限低，可以随时随地快速检测特定离子浓度等优点在近年来备受研究人员关注。

发明内容