选择性微电极及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微电极及其制备，特别是一种应用于非损伤微测系统的Pb2+选择性微电极及其制备方法。
【背景技术】
[0002]深入了解重金属离子的植物根际微界面过程不仅有助于揭示超积累植物吸收重金属的微观过程和机制，对控制重金属经土壤-作物系统向食物链传递延伸同样具有重要的现实意义。受技术手段和条件限制，主要是从离子的静态累积角度对这一过程进行描述和阐述。相关研宄通常是以整个根部器官或组织作为研宄对象并通过化学分析方法(如原子吸收、原子发射及其衍生方法)测定植物或外部溶液重金属静态浓度变化来间接认知。这些技术操作相对简单、易行，但同时也存在其局限性，主要表现在两方面:其一，破坏性取样，即先将植物组织研磨处理后再通过化学分析的方法检测离子浓度，不能反映活体植物吸收重金属的特性；其二，时空分辨率低，其测定的是一定时间内整个根系对离子的吸收情况，不能精确地测定短时间内植物根系微区离子被吸收的情况。尽管后来人们相继开发出一些用于活体检测的方法:同位素示踪技术、膜片钳技术和荧光显微成像技术等，并获得了一些有关离子分布和运动的信息，但这些方法普遍具有时间分辨率差的问题。基于上述方法获取的研宄结果，一定程度上反应了植物吸收重金属离子的规律，却无法真实反映活体条件下的动态作用过程机制。受检测技术手段、研宄方法和技术条件限制，缺乏对根系界面过程活体、实时、动态信息的了解，因此难以对植物吸收、释放及转运重金属离子的微观过程机制形成更深入理解和统一认识。
[0003]利用微电极进行测量的非损伤微测技术(Non-1nvasive Micro-TestTechnology, NMT) [1]，是在计算机的控制下，利用离子/分子选择电极以不接触被测材料的非损伤方式测量进出被测样品的离子/分子浓度(μ M级)、流速(10_12mOle ^nT2)及其三维运动方向的信息，从而克服了由于对样品的破坏性而造成的测试结果无法合理解释甚至造成研宄假象的问题。同时，以其独特的时间(0.5s)和空间(2-5μπι)分辨率，正好适合于细胞内外离子/分子活性变化的测定，在时间和空间尺度上都具有无法替代的优势。
[0004]非损伤微测系统微电极的种类有玻璃电极、金属电极、碳丝电极等，可以测量的离子和分子有 H+、Ca2+、K+、Na+、Mg2+、Cl' NH4+、Ν03_及 O 2、H2O2' CO2、NO 等[2<1]，被测样品可以是单细胞、多细胞、组织器官等生命材料，也可以是金属材料、颗粒材料、膜材料等非生命材料。随着离子/分子选择电极种类的不断增多以及电子线路系统和计算机硬件软件的逐步完善，非损伤微测技术逐渐被广泛应用到生命科学、基础医学、药学以及金属腐蚀研宄等诸多领域。有学者开始将其应用于重金属离子，然而目前开发的能成熟应用于非损伤微测系统的重金属离子选择性微电极仅有Cd2+的一种，限制了该技术在环境科学领域的应用和发展。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种应用于非损伤微测系统的Pb2+选择性微电极及其制备方法。
[0006]为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案:
[0007]一种应用于非损伤微测系统的Pb2+选择性微电极，包括锥形玻璃微电极管1，锥形玻璃微电极管I腔内填充有膜后灌充液2，锥形玻璃微电极管I尖端部注有Pb2+液态离子交换剂LIX 5，锥形玻璃微电极管I内安装有Ag/AgCl丝导线3，锥形玻璃微电极管I的管口用环氧树脂密封并固定Ag/AgCl丝3。
[0008]所述锥形玻璃微电极管I尖端直径为4?5 μ m。
[0009]所述膜后灌充液由1.0mM PbCljP L OmM Na 2EDTA组成，pH调到7。
[0010]所述的Pb2+液态离子交换剂LIX按质量百分比计5-15%二硫化四丁基秋兰姆、2-10%四苯硼酸钠、3-5%四(4-氯苯基)硼酸四(十二烷基)铵和70-80% 2-硝基苯基辛基醚。
[0011]一种应用于非损伤微测系统的Pb2+选择性微电极的制备方法，由硼硅酸盐玻璃毛细管拉制成尖端直径为4?5 μ m的锥形玻璃微电极管，锥形玻璃微电极管内壁进行硅烷化使其变为疏水性，疏水处理后从玻璃微电极管后端注入膜后灌充液，尖端灌充Pb2+液态离子交换剂LIX(liquid 1n exchanger)，Ag/AgCl导线安装于微电极管内，在管尾部用环氧树脂固定Ag/AgCl丝和密封玻璃管，即制得Pb2+选择性微电极。
[0012]所述膜后灌充液的灌充高度为锥形玻璃微电极管长度的1/4?1/2 ;所述LIX的灌充高度为80?120 μ m。
[0013]所述将Ag/AgCl丝导线插入膜后灌充液中使其一端直至接近锥形玻璃微电极管的尖端，然后用环氧树脂在锥形玻璃微电极管的管口固定Ag/AgCl丝和密封锥形玻璃微电极管，并使Ag/AgCl导线另一端一端露出锥形玻璃微电极管尾部，即制得Pb2+选择性微电极。
[0014]Ag/AgCl导线3的制备步骤如下:
[0015]取一根适当长的银丝，用砂纸打磨以除去其表面的氧化层；
[0016]取一根贵金属丝或碳棒接到电源的阴极上，将打磨过的银丝接到电源的阳极上，在1.5V的直流电压下，在饱和氯化钾溶液中电镀2s即可制成Ag/AgCl丝。
[0017]—种应用于非损伤微测系统的Pb2+选择性微电极的应用，所述Pb2+选择性微电极适用于实时、动态、无损测定样品表面微观区域内Pb2+的浓度、流速及运动方向的信息。
[0018]具体是，在待测样品的固液界面上采用所述选择性微电极测定其表面微观区域内Pb2的浓度、流速及运动方向的信息。
[0019]一种应用于非损伤微测系统的Pb2选择性微电极的检测方法，其特征在于:采用所述选择性微电极在待测样品的固液界面上微观区域内，通过微电极尖端灌充的离子交换剂实现对Pb2+的选择性识别，测定微观区域内设定距离的两点之间的电位差，而后通过Fick第一扩散定律获得离子的移动速率，继而实现测定待测样品内Pb2+的浓度、流速及运动方向的信息。
[0020]本发明所具有的优点:
[0021]本发明的Pb2+选择性微电极，可以实现对样品表面微观区域Pb2+浓度、流速及其运动方向等信息的实时、动态、无损检测，为生物和非生物材料表面Pb2+的微观过程和机制研宄提供了一种新方法。其微电极尖端直径在4?5 μπι之间，可以满足细胞、组织的离子流检测要求；尖端Lix灌充长度为80?120 μ m ;该微电极在1(Γ6Μ?KT1M Pb2+浓度检测范围内具有很好的线性关系R2= 0.9996，能斯特斜率为26.08mV/dec ;微电极的响应时间t95%小于Is。
【附图说明】
[0022]图1为本发明实施例提供的Pb2+选择性微电极的结构示意图，其中的标号分别为:
1.微电极管;2.灌充液；3.Ag/AgCl导线;4.环氧树脂；5.Pb2+液态离子交换剂LIX。
[0023]图2为本发明实施例提供的Pb2+选择性微电极的测定线性响应范围图。
[0024]图3为本发明实施例提供的香蒲(Typha Iatifolia)根尖微区不同位置的Pb2+离子流速图。
【具体实施方式】
[0025]以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
[0026]实施例1
[0027]Pb2+选择性微电极由图1所示，包括锥形玻璃微电极管1，在玻璃微电极管I的腔内填充有膜后灌充液2，玻璃微电极管I的尖端部注有Pb2+液态离子交换剂5，玻璃微电极管⑴内安装有Ag/AgCl丝导线3，在玻璃微电极管I的尾部用环氧树脂4固定Ag/AgCl丝3和密封玻璃微电极管I。
[0028]玻璃微电极管I为单层管，膜后灌充液由1.0mM PbCljP 1.0mM Na 2EDTA组成，pH调到7。
[0029]铅离子选择性微电极，其尖端为4?5μπι，线性响应范围为KT1?10_6Μ，斜率为26.08mV/_log[Pb2+]，检测下限为 10 6M0
[0030]Pb2+选择性微电极的制备方法，包括下列步骤:
[0031](I)拉制微电极管:按照常规的拉制方式，将硼硅酸盐玻璃毛细管(外径1.5mm,内径1.05mm,长度5cm)固定在加热线圈的中间位置，加热使其自由落下，再将玻璃管的尖端朝上，固定在夹子上，再次加热使其尖端直径在4 μπι的范围内。在使用前，微电极管需通过显微镜检查其外形，特别是管口是否平整。管口不规整以及管口不是圆形的微电极管都不能使用。
[0032](2)硅烷化:在硅烷化过程中，首先在150°C下预干燥Ih以上，除去微电极管内残存的水分和杂质；然后将微电极放置在带盖的玻璃器皿中，向玻璃器皿内倒入2mL 5%的二甲基二氯硅烷(国药集团化学试剂有限公司，北京)作为硅烷试剂，溶剂使用正己