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一种用于电位型传感器测定的微体积装置及其使用方法

发明公布  在审
申请(专利)号:CN201811585548.1国省代码:山东 37
申请(专利权)人:中国科学院烟台海岸带研究所
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摘要:
本发明涉及电化学传感器测定装置领域,具体地说是一种用于电位型传感器测定的微体积装置及其使用方法,包括参比电极组件、电极基体、固体接触传导层、离子选择性聚合物敏感膜、微腔体座和电极基体座,微腔体座一侧设有微腔体,另一侧与电极基体座上的螺纹柱螺纹连接,且所述螺纹柱端面形成所述微腔体的底面,电极基体设于电极基体座中且一端端面与所述螺纹柱端面平齐,电极基体另一端设有第一导线,固体接触传导层设于微腔体中并与电极基体端面接触,离子选择性聚合物敏感膜设于固体接触传导层上,微腔体上侧设有带第二导线的参比电极组件。本发明改变了传统方法中离子选择性指示电极与外参比电极的位置关系,操作简单易控,节约测定成本。

主权项:
1.一种用于电位型传感器测定的微体积装置,其特征在于:包括参比电极组件(13)、电极基体(10)、固体接触传导层(7)、离子选择性聚合物敏感膜(6)、微腔体座(8)和电极基体座(9),所述电极基体座(9)一端设有螺纹柱(12),所述微腔体座(8)一侧设有微腔体(5),另一侧与所述电极基体座(9)的螺纹柱(12)螺纹连接,且所述螺纹柱(12)端面形成所述微腔体(5)的底面,电极基体(10)设于所述电极基体座(9)中且一端端面与所述螺纹柱(12)端面平齐,电极基体(10)另一端设有第一导线(11),固体接触传导层(7)设于所述微腔体(5)的底面上并与所述电极基体(10)端面接触,离子选择性聚合物敏感膜(6)设于所述微腔体(5)中且设于所述固体接触传导层(7)上,所述微腔体(5)上侧设有带第二导线(1)的参比电极组件(13),测试时试样溶液放入所述微腔体(5)中,且所述第一导线(11)和第二导线(1)均与电位测定仪连接。


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说明书

一种用于电位型传感器测定的微体积装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及电化学传感器测定装置领域,具体地说是一种用于电位型传感器测定
的微体积装置及其使用方法。

背景技术

电位型传感器是电化学传感器的一个重要分支,其检测原理是基于敏感膜的电位
响应与分析物离子活度关系符合Nernst方程。与其他类型的传感器相比,电位型传感器具
有价格低廉、携带方便、适用浓度广、操作简单快捷、不受样品颜色、浑浊度、悬浮物或粘度
的影响等优点,在医疗保健、生化分析和环境监测等领域已得到广泛的应用。

电位型传感器的典型测量装置由离子选择性指示电极与外参比电极(常用饱和甘
汞电极或银/氯化银(3 摩尔/升氯化钾))以平行方式插入到待测溶液中构成的测量通路组
成。然而,该装置中离子选择性指示电极通常是含有内充液的,由于内充液的存在,该测量
装置只适合大体积(1毫升以上)样品的测定,且为防止内充液渗漏,指示电极只能采用竖直
方位放置。这两个不利因素限制了这种电位传感器测量装置在医学研究和环境监测等领域
涉及到微体积样品测定时的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于电位型传感器测定的微体积装置及其使用方法,
通过微腔体座和电极基体座支撑改变了传统方法中离子选择性指示电极与外参比电极的
位置关系,不仅操作简单易控,还可有效节约测定成本,避免测定过程中大量废液的产生。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:

一种用于电位型传感器测定的微体积装置,包括参比电极组件、电极基体、固体接触传
导层、离子选择性聚合物敏感膜、微腔体座和电极基体座,所述电极基体座一端设有螺纹
柱,所述微腔体座一侧设有微腔体,另一侧与所述电极基体座的螺纹柱螺纹连接,且所述螺
纹柱端面形成所述微腔体的底面,电极基体设于所述电极基体座中且一端端面与所述螺纹
柱端面平齐,电极基体另一端设有第一导线,固体接触传导层设于所述微腔体的底面上并
与所述电极基体端面接触,离子选择性聚合物敏感膜设于所述微腔体中且设于所述固体接
触传导层上,所述微腔体上侧设有带第二导线的参比电极组件,测试时试样溶液放入所述
微腔体中,且所述第一导线和第二导线均与电位测定仪连接。

所述参比电极组件包括参比电极、玻璃管和第二导线,玻璃管内设有氯化钾溶液,
参比电极插入玻璃管内的氯化钾溶液中,参比电极尾端与所述第二导线相连,所述参比电
极为银或氯化银电极。

在所述微腔体座上,在所述微腔体上方设有一个中部带通孔的支撑块,所述玻璃
管插入所述支撑块的通孔中固定,且所述玻璃管下端插入试样溶液中。

所述微腔体体积为10~500 微升。

一种根据所述的用于电位型传感器测定的微体积装置的使用方法,其特征在于:

包括如下步骤:

(1)、制备离子选择性聚合物敏感膜;

(2)、在电极基体位于所述螺纹柱内的端面上滴涂一层固体接触传导层,干燥后备用;

(3)、将步骤1中制备的离子选择性聚合物敏感膜放置在步骤2中的固体接触传导层上,
形成固态聚合膜离子选择性指示电极;

(4)、将电极基体座与微腔体座螺纹连接,连接后步骤3中的固态聚合膜离子选择性指
示电极置于微腔体座的微腔体中;

(5)、使步骤4中的微腔体位于上侧,并将参比电极组件放置在微腔体上方;

(6)、将第一导线和第二导线与电位测定仪连接,并将试样溶液放入微腔体中进行电位
测定。

本发明的优点与积极效果为:

1、本发明通过微腔体座和电极基体座支撑改变了传统方法中离子选择性指示电极与
外参比电极的位置关系,测试操作简单方便。

2、本发明向微腔体座上的微腔体中加入试样溶液,不仅将传统方法中样品池的体
积由毫升数量级降为微升数量级,并能够有效节约测定成本,避免测定过程中大量废液的
产生。

3、本发明安装拆卸都非常方便,并且可根据不同离子测试需要进行组装,使用灵
活。

附图说明

图1为本发明的结构示意图,

图2为本发明中测定的固态聚合物膜Ca2+离子选择性指示电极的实时电位响应图,

图3为本发明中测定的固态聚合物膜Ca2+离子选择性指示电极的校正曲线图。

其中,1为第二导线,2为参比电极,3为玻璃管,4为氯化钾溶液,5为微腔体,6为离
子选择性聚合物敏感膜,7为固体接触传导层,8为微腔体座,9为电极基体座,10为电极基
体,11为第一导线,12为螺纹柱,13为参比电极组件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1所示,本发明包括参比电极组件13、电极基体10、固体接触传导层7、离子选
择性聚合物敏感膜6、微腔体座8和电极基体座9,所述电极基体座9一端设有螺纹柱12,所述
微腔体座8一侧设有凹槽形成微腔体5,另一侧设有螺纹孔与所述电极基体座9的螺纹柱12
螺纹连接,且所述螺纹柱12端面形成所述微腔体5的底面,电极基体10设于所述电极基体座
9中,且所述电极基体10一端端面与所述螺纹柱12端面平齐,另一端设有第一导线11,固体
接触传导层7设于所述微腔体5的底面上并与所述电极基体10端面接触,离子选择性聚合物
敏感膜6设于所述微腔体5中且设于所述固体接触传导层7上,所述微腔体5上侧设有带第二
导线1的参比电极组件13,测试时试样溶液放入所述微腔体5中,且第一导线11和第二导线1
与电位测定仪连接,所述电位测定仪为本领域公知技术。

如图1所示,所述参比电极组件13包括参比电极2、玻璃管3和第二导线1,玻璃管3
内设有氯化钾溶液4,参比电极2插入玻璃管3内的氯化钾溶液4中,参比电极2尾端与所述第
二导线1相连,所述参比电极2为银或氯化银电极。所述参比电极组件13为本领域公知技术。
另外如图1所示,在所述微腔体座8上,在所述微腔体5上方设有一个中部带通孔的支撑块,
测试时所述玻璃管3插入至所述支撑块的通孔中实现固定,且所述玻璃管3下端竖直插入试
样溶液中以实现所述参比电极组件的导通。

所述微腔体座8和电极基体座9材质为聚四氟乙烯,所述电极基体10为柱状且材质
为玻碳、金或铂柱。

所述固体接触传导层7为具有离子-电子传导性能的导电性良好的材料,比如聚苯
胺、聚吡咯、聚噻吩、碳纳米管、石墨烯、纳米金、纳米铂等。

所述微腔体5体积为10~500 微升,电极基体10外径尺寸为5~20 毫米,参比电极
2外径尺寸为2~10 毫米。

所述离子选择性聚合物敏感膜6包括聚合物基体材料、增塑剂、亲脂性离子交换剂
及离子载体,所述离子选择性聚合物敏感膜6及其制备为本领域公知技术。

本发明的工作原理为:

本发明使用时包括如下步骤:

1、制备离子选择性聚合物敏感膜6;

2、在电极基体10位于所述螺纹柱12内的端面上滴涂一层固体接触传导层7;

3、将步骤1中制备的离子选择性聚合物敏感膜6放置在步骤2中的固体接触传导层7上,
形成固态聚合膜离子选择性指示电极;

4、将电极基体座9与微腔体座8螺纹连接,步骤3中的固态聚合膜离子选择性指示电极
置于微腔体座8的微腔体5中;

5、使步骤4中的微腔体5位于上侧,并将参比电极组件13放置在微腔体5上方;

6、将第一导线11和第二导线1与电位测定仪连接,并将试样溶液放入微腔体5中进行电
位测定。

所述固体接触传导层7和离子选择性聚合物敏感膜6根据不同离子测试需要制备,
现例举如下几个实施例予以说明。

实施例1:测试Ca2+离子选择性指示电极的电位响应性能。

1、制备Ca2+离子选择性聚合物敏感膜6,具体如下:

(1)将含有Ca2+离子载体的聚合物膜溶液均匀分散形成离子选择性聚合物膜溶液;其
中,离子选择性聚合物膜溶液中含有质量百分比浓度为1.3%的Ca2+离子载体(N,N-二环己
基-N′,N′-双十八烷基-3-氧杂戊二酰胺 N,N-二环己基-N′,N′-双十八烷基-二甘醇二酰
胺),0.6%的四(3,5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠,32.7%的聚氯乙烯,65.4%的邻-硝基苯辛醚
和溶剂四氢呋喃。

(2)将步骤(1)膜溶液倒入固定在平整玻璃板上的玻璃环中,放置过夜使溶剂挥发
完全,得到透明弹性模;

(3)将步骤(2)中得到的膜用打孔器打出合适尺寸的圆片,备用。

2、所述电极基体10为金电极,在电极基体10位于所述螺纹柱12内的端面上滴涂一
层聚辛基噻吩(POT)形成固体接触传导层7,干燥后备用。

3、将步骤1中获得的Ca2+离子选择性聚合物敏感膜6放置在步骤2中的固体接触传
导层7上,形成固态聚合膜Ca2+离子选择性指示电极。

4、将电极基体座9与微腔体座8螺纹连接,连接后步骤3中的固态聚合膜Ca2+离子选
择性指示电极置于微腔体座8的微腔体5中。

5、使步骤4中的微腔体5位于上侧,并将参比电极组件13放置在微腔体5上方;

6、将0.001摩尔/升Ca(NO3)2放置在微腔体5中,使固态聚合物膜Ca2+离子选择性指示电
极活化过夜,然后将电极清洗后,将第一导线11和第二导线1连接到电位测定仪上。改变微
腔体5中试样液体的Ca2+离子浓度,观察其电位响应。如图2所示,随着Ca2+离子浓度的增加,
固态聚合物膜Ca2+离子选择性指示电极电位逐渐增加,线性范围为10-5-10-1摩尔/升,响应
斜率为28.02±0.04毫伏/数量级,检出限为 6.3 ×10-6摩尔/升。

实施例2:测试Pb2+离子选择性指示电极的电位响应性能。

1、制备Pb2+离子选择性聚合物敏感膜6,具体如下:

(1)将含有Pb2+离子载体的聚合物膜溶液均匀分散形成离子选择性聚合物膜溶液;其
中,离子选择性聚合物膜溶液中含有质量百分比浓度为1.0%的Pb2+离子载体(叔丁基杯[4]
芳烃-四(N,N-二甲基硫代乙酰胺)),0.44%的四(3,5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠,32.85%的
聚氯乙烯,65.71%的双(2-乙基己基)癸二酸酯和溶剂四氢呋喃;

(2)将步骤(1)膜溶液倒入固定在平整玻璃板上的玻璃环中,放置过夜使溶剂挥发完
全,得到透明弹性模;

(3)将步骤(2)中得到的膜用打孔器打出合适尺寸的圆片,备用。

2、所述电极基体10为玻碳电极,在电极基体10位于所述螺纹柱12内的端面上滴涂
一层石墨烯形成固体接触传导层7,干燥后备用。

3、将步骤1中获得的Pb2+离子选择性聚合物敏感膜6放置在步骤2中的固体接触传
导层7上,形成固态聚合膜Pb2+离子选择性指示电极。

4、将电极基体座9与微腔体座8螺纹连接,连接后步骤3中的固态聚合膜Pb2+离子选
择性指示电极置于微腔体座8的微腔体5中。

5、使步骤4中的微腔体5位于上侧,并将参比电极组件13放置在微腔体5上方;

6、将0.001摩尔/升Pb(NO3)2放置在微腔体5中,使固态聚合物膜Ca2+离子选择性指示电
极活化过夜,然后将电极清洗后,将第一导线11和第二导线1连接到电位测定仪上,改变微
腔体5中试样液体的Pb2+离子浓度,观察其电位响应。

实施例3:测试 NO3- 离子选择性指示电极的电位响应性能。

1、制备NO3-离子选择性聚合物敏感膜6,具体如下:

(1)将含有NO3-离子载体的聚合物膜溶液均匀分散形成离子选择性聚合物膜溶液;其
中,离子选择性聚合物膜溶液中含有质量百分比浓度为5.2%的NO3-离子载体(9-十六烷基-
1,7,11,17-四氧杂-2,6,12,16-四氮杂环二十烷),0.6%的四辛基氯化铵,47.1%的聚氯乙
烯,47.1%的邻苯二甲酸二丁酯和溶剂四氢呋喃;

(2)将步骤(1)膜溶液倒入固定在平整玻璃板上的玻璃环中,放置过夜使溶剂挥发完
全,得到透明弹性模;

(3)将步骤(2)中得到的膜用打孔器打出合适尺寸的圆片,备用。

2、所述电极基体10为玻碳电极,在电极基体10位于所述螺纹柱12内的端面上滴涂
一层碳纳米管形成固体接触传导层7,干燥后备用。

3、将步骤1中获得的NO3-离子选择性聚合物敏感膜6放置在步骤2中的固体接触传
导层7上,形成固态聚合膜NO3-离子选择性指示电极。

4、将电极基体座9与微腔体座8螺纹连接,连接后步骤3中的固态聚合膜NO3-离子选
择性指示电极置于微腔体座8的微腔体5中。

5、使步骤4中的微腔体5位于上侧,并将参比电极组件13放置在微腔体5上方;

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图1
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