本发明专利技术涉及一种微电极，特别是一种应用于非损伤微测系统的Cu2+选择性微电极及其制备方法。电极包括锥形玻璃微电极管，锥形玻璃微电极管腔内填充有膜后灌充液，锥形玻璃微电极管尖端部注有Cu2+液态离子交换剂LIX，锥形玻璃微电极管内安装有Ag/AgCl丝导线，锥形玻璃微电极管的管口用环氧树脂密封并固定Ag/AgCl丝。本发明专利技术通过非损伤微测系统可以实现对样品表面微观区域Cu2+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Cu2+的微观过程和机制研究提供了一种新方法。
【技术实现步骤摘要】
一种应用于非损伤微测系统的Cu2+选择性微电极及其制备方法
本专利技术涉及一种微电极，特别是一种应用于非损伤微测系统的Cu2+选择性微电极及其制备方法。
技术介绍
认识重金属的植物根际微界面过程对改善生态环境质量及保障人体健康具有重要科学意义和实际价值。传统方法由于对样品的破坏性常造成研究结果无法合理解释甚至导致研究假象，发展和应用能够真实客观反映污染物微界面实时、动态信息的新方法对深入探索其微观机制意义重大。传统技术操作相对简单、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。基于上述方法获取的研究结果，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、研究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。美国MBL实验室(MarineBiologyLaboratory，海洋生物学实验室)的科学家Kühtreiber和Jaffe[1]使用非损伤微电极测量了进出细胞的Ca2+流速和运动方向，开创了生物活体静态测量到动态测量转变的先河。非损伤微测技术实现了对被测对象不产生任何伤害的情况下实时获取进出样品的离子/分子浓度、流速及其运动方向等信息，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究假象的问题。同时，以其独特的时间(0.5s)和空间(2-5μm)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。非损伤微测技术在实现根表离子/分子流活体、实时监测的基础上，无疑将有助于加深对植物吸收、转运离子/分子过程和机制的认识。作为非损伤微测技术的核心，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+、NO3-及O2、H2O2、CO2、NO等[2-11]，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、以及金属腐蚀研究等诸多领域。然而迄今为止开发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，极大地限制了该技术在环境科学领域的推广和应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种应用于非损伤微测系统的Cu2+选择性微电极及其制备方法。为实现上述目的本专利技术采用的技术方案为：一种应用于非损伤微测系统的Cu2+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1腔内填充有膜后灌充液2，锥形玻璃微电极管1尖端部注有Cu2+液态离子交换剂LIX5，锥形玻璃微电极管1内安装有Ag/AgCl丝导线3，锥形玻璃微电极管1的管口用环氧树脂密封并固定Ag/AgCl丝3。所述锥形玻璃微电极管1尖端直径为4～5μm。所述膜后灌充液由1.0mMCuCl2和1.0mMNa2EDTA组成，pH调到7。所述Cu2+液态离子交换剂LIX为按质量百分比计，10-18％二苯基硫卡巴腙、5-12％四(3,5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠、5-10％四(4-氯苯基)硼酸四(十二烷基)铵和60-80％2-硝基苯基辛基醚。一种应用于非损伤微测系统的Cu2+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4～5μm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Cu2+液态离子交换剂LIX(liquidionexchanger)，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Cu2+选择性微电极。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80～120μm。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Cu2+选择性微电极。其中Ag/AgCl导线的制备步骤如下：取一根适当长的银丝，用砂纸打磨以除去其表面的氧化层；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。一种应用于非损伤微测系统的Cu2+选择性微电极的应用，所述Cu2+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Cu2+的浓度、流速及运动方向的信息。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Cu2+的浓度、流速及运动方向的信息。一种应用于非损伤微测系统的Cu2+选择性微电极的检测方法，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Cu2+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Cu2+的浓度、流速及运动方向的信息。本专利技术所具有的优点：本专利技术的Cu2+选择性微电极，可以实现对样品表面微观区域Cu2+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Cu2+的微观过程和机制研究提供了一种新方法。本专利技术的微电极尖端直径在4～5μm之间，可以满足细胞、组织的离子流检测要求；该微电极在10-6～10-1MCu2+浓度检测范围内具有很好的线性关系R2＝0.9994，能斯特斜率为26.18mV/dec；微电极的响应时间t95％小于1s。附图说明图1为本专利技术实施例提供的Cu2+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.Cu2+液态离子交换剂LIX；图2为本专利技术实施例提供的Cu2+选择性微电极的测定线性响应范围图。图3为本专利技术实施例提供的香蒲(Typhalatifolia)根尖微区不同位置的Cu2+离子流速图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。具体实施方式参见图1，本专利技术的铜离子选择性微电极，包括一个玻璃微电极管1，在玻璃微电极管1的腔内填充有膜后灌充液2，玻璃微电极管1的尖端部注有Cu2+液态离子交换剂LIX5，玻璃微电极管1内安装有Ag/AgCl导线3，在玻璃微电极管1的尾部用环氧树脂4固定Ag/AgCl丝3和密封玻璃微电极管1。玻璃微电极管1为单层管，膜后灌充液1.0mMCuCl2和1.0mMNa2EDTA组成，pH调到7。该铜离子选择性微电极，其尖端为4～5μm，线性响应范围为10-1～10-6M，斜率为26.18mV/-log[Cu2+]，检测下限为10-6M。实施例1Cu2+选择性微电极由图1所示，包括玻本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种应用于非损伤微测系统的Cu2+选择性微电极，包括锥形玻璃微电极管(1)，其特征在于：锥形玻璃微电极管(1)腔内填充有膜后灌充液(2)，锥形玻璃微电极管(1)尖端部注有Cu2+液态离子交换剂LIX(liquid ion exchanger)(5)，锥形玻璃微电极管(1)内安装有Ag/AgCl丝导线(3)，锥形玻璃微电极管(1)的管口用环氧树脂密封并固定Ag/AgCl丝(3)。
【技术特征摘要】
1.一种应用于非损伤微测系统的Cu2+选择性微电极，包括锥形玻璃微电极管(1)，其特征在于：锥形玻璃微电极管(1)腔内填充有膜后灌充液(2)，锥形玻璃微电极管(1)尖端部注有Cu2+液态离子交换剂LIX(liquidionexchanger)(5)，锥形玻璃微电极管(1)内安装有Ag/AgCl丝导线(3)，锥形玻璃微电极管(1)的管口用环氧树脂密封并固定Ag/AgCl丝(3)；所述Cu2+液态离子交换剂LIX为按质量百分比计，10-18％二苯基硫卡巴腙、5-12％四(3,5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠、5-10％四(4-氯苯基)硼酸四(十二烷基)铵和60-80％2-硝基苯基辛基醚；所述膜后灌充液由1.0mMCuCl2和1.0mMNa2EDTA组成，pH调到7.0。2.按权利要求1所述的应用于非损伤微测系统的Cu2+选择性微电极，其特征在于：所述锥形玻璃微电极管(1)尖端直径为4～5μm。3.一种按权利要求1所述的应用于非损伤微测系统的Cu2+选择性微电极的制备方法，其特征在于：由硼硅酸盐玻璃毛细管拉制成尖端直径为4～5μm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Cu2+液态离子交换剂LIX，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Cu2+选择性微电极。4.按权利要求3所述应用...
【专利技术属性】
技术研发人员：李连祯，于顺洋，
申请(专利权)人：中国科学院烟台海岸带研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37
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