专利名称：基于线性扫描伏安法和三电极传感器快速测定铜的方法
技术领域：
本发明属于环境监测技术领域，具体涉及一种基于线性扫描伏安法和三电极传感器快速测定铜的方法。
背景技术：
随着工业、农业、交通等领域含铜污染物的大量排放，铜已成为一种重要的环境污染物。近几年来，土壤、食品、地下水、饮用水或者废水中铜的快速检测是众多环境分析工作者努力的方向。目前，用于测定铜含量的分析方法已有多种，其中最常用的仪器分析方法主要有火焰原子吸收法、石墨炉原子吸收、ICP原子发射等。这些检测方法虽然精密度和准确度较高，但检测仪器昂贵，对实验室和仪器化程度要求高，并且操作费时，分析成本昂贵，不利于推广使用，难以适应大量样本和现场检测的要求。因此，寻找一种快速、灵敏且便宜有效的检测方法事在必行。而电化学传感器分析检测技术与之相比具有速度更快、成本更低的特点，被认为是目前最适合在线检测痕量或超痕量重金属的方法。本发明建立一种适用于水体中铜离子的快速检测方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于线性扫描伏安法和三电极传感器快速测定铜的方法。其具体步骤如下:(I)选择长度为40mm,宽度为15mm,厚度为2mm材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯的电极基板I，用去离子水清洗三次，用无水乙醇清洗三次，于50°C干燥箱中干燥3小时，然后冷却至200C ；(2)向步骤(I)中的电极基板I上涂敷导电银浆形成参比电极条2、工作电极条3和对电极条4，该三个电极条的长度均为25mm，宽度均为2mm ;在涂敷导电银浆时从电极基板I的底部开始，先涂敷中间的工作电极条3，工作电极条3的位置在电极基板I的中间，其中心线与电极基板I的中心线重合，然后在工作电极条3的左侧间隔3mm涂敷参比电极条2，在工作电极条3的右侧间隔3_涂敷对电极条4，涂敷完毕后置于130°C干燥箱中干燥35分钟，然后冷却至20°C ；(3)向步骤(2)中的电极基板I上涂敷导电碳浆，先在电极基板I的下部开始涂敷参比电极5、工作电极6和对电极7，该三个电极的长度均为10mm，宽度均为2mm，其中参比电极5与参比电极条2的位置相同，工作电极6与工作电极条3的位置相同，对电极7与对电极条4的位置相同；然后在电极基板I的上部涂敷外半径为6.83mm,内半径为4.52mm的圆环8,圆心位于基板中心线,且与电极基板I顶部的距离为12.9mm,圆环角度为208° ,经过圆心于顶部平行从左侧开始向右旋转208° ;然后涂敷对电极连接线9，对电极连接线9的底部与圆环8外侧底部的距离为4mm,与圆环8内侧底部的距离为5.16mm,其宽度2mm,其位置与对电极条4重合；然后涂敷电极工作区10,其为半径1.5mm的实心圆，圆心与圆环8的圆心重合；然后涂敷工作电极连接线11，工作电极连接线11的底部与电极工作区10的圆心距离为7.26mm,其宽度为2mm,其位置与工作电极条3重合；涂敷完毕后置于130°C干燥箱中干燥35分钟，然后冷却至20°C ；
(4)向步骤(3)中的电极基板I上涂敷绝缘浆成为绝缘膜12，绝缘膜12中每个网格的长度为1.5mm,宽度为0.05mm ;在涂敷绝缘膜12时从电极基板I的顶部开始，并且绝缘膜12底部与电极基板I顶部之间的距离为35mm，绝缘膜12的宽度与电极基板I的宽度相同；在涂敷绝缘膜12时，不要在与圆环8竖直中心线右侧圆环重合的区域内涂敷绝缘浆，也不要在与该区域相对称的左侧区域内涂敷绝缘浆；同时也不要在与电极工作区10尺寸及位置都相同的实心圆内涂敷绝缘浆；涂敷完毕后经紫外线照射35分钟后置于120°C干燥箱中干燥30分钟，然后冷却至20°C，即可得到三电极传感器；
(5)重复步骤(I)至(4)，制备50个三电极传感器，置于4°C冰箱中干燥保存备用；
(6)用高纯水将氯化铜配制成浓度为200mg/L的储备液，然后用高纯水稀释储备液，配制成浓度为5mg/L的使用液,再用高纯水稀释使用液,配制成浓度分别为0.02mg/L,0.05mg/L, 0.lmg/L, 0.3mg/L 和 0.5mg/L 的标准液；
(7)从步骤(5)保存备用的三电极传感器中拿取一个三电极传感器，用去离子水将该三电极传感器在超声波清洗器中清洗5分钟后晾干，将三电极传感器底部的参比电极5、工作电极6和对电极7分别连接电化学工作站的参比电极、工作电极和对电极，然后设定线性扫描伏安法的富集电位为-1.2V，富集时间为270s ；
(8)向步骤(7)三电极传感器的电极工作区10中滴加100 μ I pH = 5.5的柠檬酸冲溶液和100 μ I 0.55mol/L的氯化铵作为支持电解质，并搅拌均匀；
(9)向步骤⑶三电极传感器的电极工作区10中加入100 μ I浓度为0.02mg/L的铜离子标准液，然后测定其扫描峰电流值；
(10)重复步骤(7)至(8)，分别向步骤⑶三电极传感器的电极工作区10中加入100 μ I 浓度为 0.02mg/L, 0.05mg/L, 0.lmg/L, 0.3mg/L 和 0.5mg/L 的铜离子标准液,然后分别测定其扫描峰电流值；
(11)根据各个不同标准液浓度及与之相对应的扫描峰电流值，可以得到铜离子浓度与扫描峰电流值之间的线性方程；
(12)重复步骤(7)至(8)，向步骤⑶三电极传感器的电极工作区10中加入100 μ I待测液，测定其扫描峰电流值，根据线性方程得到所测扫描峰电流值对应的浓度值。
本发明的方法中，所使用的电化学工作站为CHI440D电化学工作站。
本发明的有益效果是制得的三电极传感器体积更小巧，携带方便，制作成本低，对样品中的铜进行检测时需样品量更少，快速、灵敏且便宜有效。
附图1是涂敷导电银浆后的示意图。附图1中，I为电极基板，2为参比电极条、3为工作电极条，4为对电极条。
附图2是涂敷导电碳浆后的示意图。附图2中，5为参比电极，6为工作电极，7为对电极，8为圆环，9为工作电极连接线，10为电极工作区，11为对电极连接线。
附图3是涂敷绝缘浆后的示意图。附图3中，12为绝缘膜。
附图4是制作完成后的三电极传感器的示意图。附图5是三电极传感器的详细尺寸图。附图5中，A为涂敷导电银浆后的示意图，B为涂敷导电碳浆后的示意图，C为涂敷绝缘浆后的示意图，D为制作完成后的三电极传感器的示意图。
具体实施例方式下面结合实例进一步说明本发明。材料和仪器:(I)材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯的电极基板。(2)银浆、绝缘浆、碳浆。(3)氯化铵(99.999%, Alfa Aesar公司)，氯化铜(G.R,天津市光复精细化工研究所)。(4)浓度为200mg/L的氯化铜储备液，浓度为5mg/L的氯化铜使用液，浓度分别为
0.02mg/L, 0.05mg/L, 0.lmg/L, 0.3mg/L 和 0.5mg/L 的氯化铜标准液。(5)待测液:将5mL浓度为5mg/L的氯化铜使用液加入到150mL自来水中配制成含氯化铜的待测液。(6) pH = 5.5的柠檬酸缓冲溶液。(7)浓度为0.55mol/L的氯化铵溶液。(8) CHI440D电化学工作站。实施例选择长为40mm,宽15mm,厚度为2mm材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯的电极基板,用去离子水清洗三次，用无水乙醇清洗三次，然后于50°C干燥箱中干燥3小时。向电极基板上涂敷导电银浆形成3条长度为25mm，宽度为2mm的参比电极条、工作电极条和对电极条，涂敷完毕后置于130°C干燥箱中干燥35分钟，冷却至20°C。然后涂敷导电碳浆，先从下部开始涂敷参比电极、工作电极和对电极，然后在上部涂敷外半径为6.83mm,内半径为4.52mm的圆环，接着涂敷对电极连接线、电极工作区和工作电极连接线，涂敷完毕后置于130°C干燥箱中干燥35分钟，冷却至20°C。然后涂敷绝缘浆成为绝缘膜，涂敷完毕后经紫外线照射35分钟后置于120°C干燥箱中干燥30分钟，冷却至20°C，即可得到三电极传感器。按时上述过程分别制作50个三电极传感器，然后将这些三电极传感器放置于4°C冰箱中干燥保存备用。下面运用制作的三电极传感器和CHI440D电化学工作站测定铜离子标准液的扫描峰电流值，其测定的具体过程如下:拿取一个三电极传感器，用去离子水将三电极传感器在超声波清洗器中清洗5分钟后晾干，将三电极传感器底部的参比电极、工作电极和对电极分别连接CHI440D电化学工作站的参比电极，工作电极和对电极，然后设定线性扫描伏安法的检测条件，其中富集电位为-1.2V，富集时间为270s。向电极工作区滴加100μ I pH=5.5的柠檬酸缓冲溶液和100 μ I 0.55mol/L的氯化铵作为支持电解质，并搅拌均匀；然后向电极工作区加入100 μ I浓度为0.02mg/L的铜离子标准液，测定扫描峰电流值。重复上述测定过程,分别测定浓度为0.05mg/L, 0.lmg/L, 0.3mg/L和0.5mg/L的铜离子标准液和待测液的扫描峰电流值。根据各个不同标准液浓度及与之相对应的扫描峰电流值，可以得到铜离子浓度与扫描峰电流值之间的线性方程，i = 0.0977c+0.9634，相关系数R2 = 0.9991。通过线性方程即可得到待测液的扫描峰电流值对应的浓度值，结果表明待测液的浓度为0.16mg/L。
权利要求
1.一种基于线性扫描伏安法和三电极传感器快速测定铜的方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下: (1)选择长度为40mm,宽度为15mm,厚度为2mm材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯的电极基板I，用去离子水清洗三次，用无水乙醇清洗三次，于50°C干燥箱中干燥3小时，然后冷却至`20 0C ； (2)向步骤(I)中的电极基板I上涂敷导电银浆形成参比电极条2、工作电极条3和对电极条4，该三个电极条的长度均为25mm，宽度均为2mm ;在涂敷导电银浆时从电极基板I的底部开始，先涂敷中间的工作电极条3，工作电极条3的位置在电极基板I的中间，其中心线与电极基板I的中心线重合，然后在工作电极条3的左侧间隔3_涂敷参比电极条2，在工作电极条3的右侧间隔3mm涂敷对电极条4，涂敷完毕后置于130°C干燥箱中干燥35分钟，然后冷却至20°C ； (3)向步骤(2)中的电极基板I上涂敷导电碳浆，先在电极基板I的下部开始涂敷参比电极5、工作电极6和对电极7，该三个电极的长度均为10mm，宽度均为2mm，其中参比电极5与参比电极条2的位置相同，工作电极6与工作电极条3的位置相同，对电极7与对电极条4的位置相同；然后在电极基板I的上部涂敷外半径为6.83mm,内半径为4.52mm的圆环`8,圆心位于基板中心线，且与电极基板I顶部的距离为12.9mm,圆环角度为208° ,经过圆心于顶部平行从左侧开始向右旋转208° ;然后涂敷对电极连接线9，对电极连接线9的底部与圆环8外侧底部的距离为4mm,与圆环8内侧底部的距离为5.16mm,其宽度2mm,其位置与对电极条4重合；然后涂敷电极工作区10,其为半径1.5mm的实心圆，圆心与圆环8的圆心重合；然后涂敷工作电极连接线11，工作电极连接线11的底部与电极工作区10的圆心距离为7.26mm,其宽度为2mm,其位置与工作电极条3重合；涂敷完毕后置于130°C干燥箱中干燥35分钟，然后冷却至20°C ； (4)向步骤(3)中的电极基板I上涂敷绝缘浆成为绝缘膜12，绝缘膜12中每个网格的长度为1.5mm,宽度为0.05mm ;在涂敷绝`缘膜12时从电极基板I的顶部开始，并且绝缘膜12底部与电极基板I顶部之间的距离为35mm，绝缘膜12的宽度与电极基板I的宽度相同；在涂敷绝缘膜12时，不要在与圆环8竖直中心线右侧圆环重合的区域内涂敷绝缘浆，也不要在与该区域相对称的左侧区域内涂敷绝缘浆；同时也不要在与电极工作区10尺寸及位置都相同的实心圆内涂敷绝缘浆；涂敷完毕后经紫外线照射35分钟后置于120°C干燥箱中干燥30分钟，然后冷却至20°C，即可得到三电极传感器； (5)重复步骤(I)至(4)，制备50个三电极传感器，置于4°C冰箱中干燥保存备用； (6)用高纯水将氯化铜配制成浓度为200mg/L的储备液,然后用高纯水稀释储备液，配制成浓度为5mg/L的使用液，再用高纯水稀释使用液，配制成浓度分别为0.02mg/L,`0.05mg/L, 0.lmg/L, 0.3mg/L 和 0.5mg/L 的标准液； (7)从步骤(5)保存备用的三电极传感器中拿取一个三电极传感器，用去离子水将该三电极传感器在超声波清洗器中清洗5分钟后晾干，将三电极传感器底部的参比电极5、工作电极6和对电极7分别连接电化学工作站的参比电极、工作电极和对电极，然后设定线性扫描伏安法的富集电位为-1.2V，富集时间为270s ； (8)向步骤(7)三电极传感器的电极工作区10中滴加100μ I pH = 5.5的柠檬酸冲溶液和100 μ I 0.55mol/L的氯化铵作为支持电解质，并搅拌均匀；(9)向步骤⑶三电极传感器的电极工作区10中加入100μ I浓度为0.02mg/L的铜离子标准液，然后测定其扫描峰电流值； (10)重复步骤(7)至(8)，分别向步骤⑶三电极传感器的电极工作区10中加入.100 μ I 浓度为 0.02mg/L, 0.05mg/L, 0.lmg/L, 0.3mg/L 和 0.5mg/L 的铜离子标准液,然后分别测定其扫描峰电流值； (11)根据各个不同标准液浓度及与之相对应的扫描峰电流值，可以得到铜离子浓度与扫描峰电流值之间的线性方程； (12)重复步骤(7)至(8)，向步骤⑶三电极传感器的电极工作区10中加入100μI待测液，测定其扫描峰电流值，根据线性方程 得到所测扫描峰电流值对应的浓度值。
全文摘要
本发明公开了属于环境监测技术领域的一种基于线性扫描伏安法和三电极传感器快速测定铜的方法。该方法的具体步骤为清洗电极基板后干燥冷却；向电极基板上涂敷导电银浆形成三个电极条，干燥并冷却；然后涂敷导电碳浆，形成参比电极、工作电极、对电极和电极工作区，干燥并冷却；然后涂敷绝缘浆成为绝缘膜，干燥冷却后即可得到三电极传感器。清洗三电极传感器后连接电化学工作站，设定线性扫描伏安法的检测条件，分别测定铜离子标准液和待测液的扫描峰电流值，可以得到铜离子浓度与扫描峰电流值之间的线性方程，通过线性方程即可得到待测液的浓度值。本发明的有益效果是三电极传感器的制作成本低，检测时样品需要量更少，快速、灵敏且便宜有效。
文档编号G01N27/48GK103149265SQ20121059524
公开日2013年6月12日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者豆俊峰, 王营营, 丁爱中, 程莉蓉 申请人:北京师范大学