基于聚乙烯醇-碳酸氢钾的二氧化碳探测电极及制作方法

专利名称：基于聚乙烯醇-碳酸氢钾的二氧化碳探测电极及制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于聚乙烯醇-碳酸氢钾的二氧化碳探测电极及制作方法。
背景技术：
二氧化碳是生物、微生物代谢后的产物，也是火山、泥火山、海底热液、 海底烃渗漏等自然界流体的重要组分。水介质中总溶解C02含量是重要的环境 评价参数，对于认识水中生物和微生物的活动，以及水圈与大气圈之间的碳循
环有重要意义。总溶解co2含量也是认识工业发酵和许多化工过程的重要参数
之一。由于二氧化碳气体的挥发性，常规取样分析难以准确反应水体中二氧化 碳的实际浓度，尤其是处于高压态下的深层海水，在采用过程中由于压力降低， 气体溶解组分难免会有挥发损失。针对深海低温高压环境溶解二氧化碳浓度的 在线探测需求，本发明提出了一种基于聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶体的二氧化碳探 测电极及制作方法。

发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于聚乙烯醇-碳酸氢钾的 二氧化碳探测电极及制作方法。
基于聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶体的二氧化碳探测电极包括金属导线、热縮管、 二氧化碳电极，金属导线与二氧化碳电极相连接，金属导线外包覆有热縮管，
二氧化碳电极包括Ir/Ir02电极、聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶质薄膜、聚二甲基硅氧 烷膜，Ir/Ir02电极外依次包覆聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶质薄膜、聚二甲基硅氧烷 膜。所述的金属导线为金导线、银导线或铜导线。
基于聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶体的二氧化碳探测电极的制作方法包括如下步
'1)制作Ir/Ir02电极，其步骤如下
(1) 将直径为0.1 0.6毫米的铱丝的一端巻曲成直径为1 L2毫米的螺环， 表面用砂纸磨光，用酒精擦洗洁净后切割成长度为0.6 1.2厘米的铱丝，60 80°C烘箱中烘干；
(2) 取适量碳酸锂粉末放入刚玉坩锅，将铱丝埋入碳酸锂粉末中压实，放 入马弗炉内，850 870°C恒温3 6小时，使铱丝表面形成一层黑色氧化铱膜， 自然冷却至室温后取出，在l 4mol/L盐酸溶液浸泡清洗，再用去离子水洗净， 烘干备用；(3) 将lr/IK)2电极一端焊接上金属丝，作为电极信号的物理连接；
(4) 将热縮管套在金属导线及焊点上，用电吹风或电烙铁加热，使热縮管
收縮；
2)制备聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶质薄膜，其步骤如下
(1) 称取1 3克水溶性聚乙烯醇粉末，置于150 250毫升去离子水中， 用水浴锅60 80。C加热，磁力搅拌或电动搅拌至完全溶解；
(2) 称取0.08 0.12克碳酸氢钾溶于30 50毫升的聚乙烯醇溶液中搅拌 至完全溶解；
(3) 将上述混合溶液煮沸浓縮至5 10毫升，得到为1.5 9mmol/L聚乙 烯醇和0.8 2.4 m mol/L碳酸氢钾的混合凝胶体；
3 )将步骤2)制备的聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶体均匀涂覆步骤1 )制作的Ir/Ir02 电极上，放入0 4。C冰箱内固化3 5天；
4)称取0.1 0.3克聚二甲基硅胶，溶解于3 5毫升氯仿中，搅拌均匀后， 得到聚二甲基硅氧烷胶状体，将其涂覆到步骤3)中制作的电极上，置于60 80。C烘箱中烘干过夜，得到二氧化碳探测电极。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是探测敏感元件是将铱丝先弯曲 成螺旋状，增大电极敏感部位的比表面积，使其韧性和灵敏性增强，Ir/Ir02电极 本身具有很高的机械强度，适宜深海高压操作。基于聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶体 的溶解二氧化碳探测电极的核心部位就是Ir/Ir02电极，外覆聚乙烯醇-碳酸氢钾 凝胶体薄层和聚二甲基硅胶膜，在被测溶液中探测时不透水，使用寿命长。


图1是基于聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶体的溶解二氧化碳探测电极结构示意图； 图2是本发明的二氧化碳电极剖视图中金属导线l、热縮管2、 二氧化碳电极3、 Ir/Ir02电极4、聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶质薄膜5、聚二甲基硅氧烷膜6。
具体实施例方式
如图1、 2所示，基于聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶体的二氧化碳探测电极包括金 属导线l、热縮管2、 二氧化碳电极3，金属导线1与二氧化碳电极3相连接， 金属导线1外包覆有热縮管2， 二氧化碳电极3包括Ir/Ir02电极4、聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶质薄膜5、聚二甲基硅氧烷膜6， Ir/Ir02电极4外依次包覆聚乙烯 醇-碳酸氢钾凝胶质薄膜5、聚二甲基硅氧烷膜6。所述的金属导线1为金导线、 银导线或铜导线。实施例1
1) 制作Ir/Ir02电极，其步骤如下
(1) 将直径为0.1毫米的铱丝的一端巻曲成直径为1毫米的螺环，表面用 砂纸磨光，用酒精擦洗洁净后切割成长度为0.6厘米的铱丝，60。C烘箱中烘干;
(2) 取适量碳酸锂粉末放入刚玉坩锅，将铱丝埋入碳酸锂粉末中压实，放 入马弗炉内，850。C恒温3小时，使铱丝表面形成一层黑色氧化铱膜，自然冷却 至室温后取出，在1 mol/L盐酸溶液浸泡清洗，再用去离子水洗净，烘干备用；
(3) 将lr/Ir02电极一端焊接上金丝，作为电极信号的物理连接；
(4) 将热縮管套在金属导线及焊点上，用电吹风或电烙铁加热，使热縮管
收縮；
2) 制备聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶质薄膜，其步骤如下
(1) 称取l克水溶性聚乙烯醇粉末，置于250毫升去离子水中，用水浴锅 60。C加热，磁力搅拌或电动搅拌至完全溶解；
(2) 称取0.08克碳酸氢钾溶于50毫升的聚乙烯醇溶液中搅拌至完全溶解；
(3) 将上述混合溶液煮沸浓縮至IO毫升，得到为1.5mmol/L聚乙烯醇和 0.8mmol/L碳酸氢钾的混合凝胶体；
3 )将步骤2 )制备的聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶体均匀涂覆步骤1 )制作的Ir/Ir02 电极上，放入0。C冰箱内固化3天；
4)称取0.3克聚二甲基硅胶，溶解于3毫升氯仿中，搅拌均匀后，得到聚 二甲基硅氧垸胶状体，将其涂覆到步骤3)中制作的电极上，置于60。C烘箱中 烘干过夜，得到二氧化碳探测电极。
实施例2
1)制作Ir/Ir02电极，其步骤如下
(1) 将直径为0.6毫米的铱丝的一端巻曲成直径为1.2毫米的螺环，表面 用砂纸磨光，用酒精擦洗洁净后切割成长度为1.2厘米的铱丝，80°C烘箱中烘 干；
(2) 取适量碳酸锂粉末放入刚玉坩锅，将铱丝埋入碳酸锂粉末中压实，放 入马弗炉内，870。C恒温6小时，使铱丝表面形成一层黑色氧化铱膜，自然冷却 至室温后取出，在4mol/L盐酸溶液浸泡清洗，再用去离子水洗净，烘干备用；
(3) 将lr/Ir02电极一端焊接上铜丝，作为电极信号的物理连接；
(4) 将热縮管套在金属导线及焊点上，用电吹风或电烙铁加热，使热缩管
收縮；2)制备聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶质薄膜，其步骤如下
(1) 称取3克水溶性聚乙烯醇粉末，置于150毫升去离子水中，用水浴锅 80。C加热，磁力搅拌或电动搅拌至完全溶解；
(2) 称取0.12克碳酸氢钾溶于30毫升的聚乙烯醇溶液中搅拌至完全溶解； G)将上述混合溶液煮沸浓縮至5毫升，得到为9mmol/L聚乙烯醇和2.4
mmol/L碳酸氢钾的混合凝胶体；
3 )将步骤2 )制备的聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶体均匀涂覆步骤1 )制作的Ir/Ir02 电极上，放入4。C冰箱内固化5天；
4)称取0.3克聚二甲基硅胶，溶解于5毫升氯仿中，搅拌均匀后，得到聚 二甲基硅氧烷胶状体，将其涂覆到步骤3)中制作的电极上，置于80。C烘箱中 烘干过夜，得到二氧化碳探测电极。
实施例3
1) 制作Ir/Ir02电极，其步骤如下
(1) 将直径为0.25毫米的铱丝的一端巻曲成直径为1.2毫米的螺环，表面 用砂纸磨光，用酒精擦洗洁净后切割成长度为0.8厘米的铱丝，60°C烘箱中烘 干；
(2) 取适量碳酸锂粉末放入刚玉柑锅，将铱丝埋入碳酸锂粉末中压实，放 入马弗炉内，860。C恒温5小时，使铱丝表面形成一层黑色氧化铱膜，自然冷却 至室温后取出，在3 mol/L盐酸溶液浸泡清洗，再用去离子水洗净，烘干备用；
(3) 将LVIr02电极一端焊接上银丝，作为电极信号的物理连接；
(4) 将热縮管套在金属导线及焊点上，用电吹风或电烙铁加热，使热縮管
收縮；
2) 制备聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶质薄膜，其步骤如下
(1) 称取1.6克水溶性聚乙烯醇粉末，置于200毫升去离子水中，用水浴 锅80°C加热，磁力搅拌或电动搅拌至完全溶解；
(2) 称取O.l克碳酸氢钾溶于40毫升的聚乙烯醇溶液中搅拌至完全溶解；
(3) 将上述混合溶液煮沸浓缩至8毫升，得到为3 m mol/L聚乙烯醇和1.25 mmol/L碳酸氢钾的混合凝胶体；
3滩步骤2)制备的聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶体均匀涂覆步骤l)制作的Ir/Ir02 电极上，放入2。C冰箱内固化3天；
4)称取0.1克聚二甲基硅胶，溶解于3毫升氯仿中，搅拌均匀后，得到聚 二甲基硅氧烷胶状体，将其涂覆到步骤3)中制作的电极上，置于60。C烘箱中 烘干过夜，得到二氧化碳探测电极。
权利要求
1. 一种基于聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶体的二氧化碳探测电极，其特征在于包括金属导线(1)、热缩管(2)、二氧化碳电极(3)，金属导线(1)与二氧化碳电极(3)相连接，金属导线(1)外包覆有热缩管(2)，二氧化碳电极(3)包括Ir/IrO2电极(4)、聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶质薄膜(5)、聚二甲基硅氧烷膜(6)，Ir/IrO2电极(4)外依次包覆聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶质薄膜(5)、聚二甲基硅氧烷膜(6)。
2. 根据权利要求1所述的一种基于聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶体的二氧化碳探 测电极，其特征在于所述的金属导线(1)为金导线、银导线或铜导线。
3. —种如权利要求1所述的基于聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶体的二氧化碳探测 电极的制作方法，其特征在于包括如下步骤1) 制作Ir/Ir02电极(4)，其步骤如下(1) 将直径为0.1 0.6毫米的铱丝的一端巻曲成直径为1 1.2毫米的螺环， 表面用砂纸磨光，用酒精擦洗洁净后切割成长度为0.6 1.2厘米的铱丝，60 80°C烘箱中烘干；(2) 取适量碳酸锂粉末放入刚玉坩锅，将铱丝埋入碳酸锂粉末中压实，放 入马弗炉内，850 870。C恒温3 6小时，使铱丝表面形成一层黑色氧化铱膜， 自然冷却至室温后取出，在l 4mol/L盐酸溶液浸泡清洗，再用去离子水洗净， 烘干备用；(3) 将lr/Ir02电极(4) 一端焊接上金属丝，作为电极信号的物理连接；(4) 将热縮管(2)套在金属导线(1)及焊点上，用电吹风或电烙铁加热， 使热縮管收縮(2);2) 制备聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶质薄膜(5)，其步骤如下(1) 称取1 3克水溶性聚乙烯醇粉末，置于150 250毫升去离子水中， 用水浴锅60 80。C加热，磁力搅拌或电动搅拌至完全溶解；(2) 称取0.08 0.12克碳酸氢钾溶于30 50毫升的聚乙烯醇溶液中搅拌 至完全溶解；(3) 将上述混合溶液煮沸浓縮至5 10毫升，得到为1.5 9mmol/L聚乙 烯醇和0.8 2.4mmol/L碳酸氢钾的混合凝胶体；3) 将步骤2)制备的聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶体均匀涂覆步骤l)制作的Ir/Ir02 电极上，放入0 4。C冰箱内固化3 5天，形成聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶质薄膜(5);4)称取0.1 0.3克聚二甲基硅胶，溶解于3 5毫升氯仿中，搅拌均匀后， 得到聚二甲基硅氧垸胶状体，将其涂覆到步骤3)中制作的电极上，置于60 80。C烘箱中烘干过夜，得到二氧化碳探测电极。
全文摘要
本发明公开了一种基于聚乙烯醇-碳酸氢钾的二氧化碳探测电极及制作方法。它包括二氧化碳电极和末端连接有金属导线，导线及连接部位用热缩管密封，避免直接与水体接触，二氧化碳电极从里至外依次为Ir/IrO₂电极、聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶体薄膜、聚二甲基硅氧烷膜。二氧化碳电极可以和Ag/AgCl电极或甘汞电极配套使用，适用于探测水介质中的溶解二氧化碳含量。介质中的溶解二氧化碳能够透过聚二甲基硅氧烷膜渗进聚乙烯醇-碳酸氢钾凝胶体薄膜层，从而改变薄膜中的HCO₃^-离子浓度和pH值，通过内置Ir/IrO₂电极与参比电极之间的电位变化，可以得出介质中溶解二氧化碳的浓度。该电极具有体积小，机械强度高，在环境监测、化学化工领域的实时在线探测等方面具有广泛用途。
文档编号G01N27/30GK101419185SQ200810162490
公开日2009年4月29日 申请日期2008年11月14日 优先权日2008年11月14日
发明者瑛 叶, 潘依雯, 韩沉花 申请人:浙江大学