一种针状氯离子传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种针状氯离子传感器，包括参比电极和选择性电极，所述的选择性电极包括银丝和涂覆于银丝一端的氯化银层；所述的参比电极包括金属丝和依次涂覆于所述金属丝一端表面的固态电解质层和参比膜。该针状氯离子传感器针对传统氯离子浓度检测中氯离子传感器体积大，耗时长，无法检测微量等缺点，将氯离子选择性电极、外参比电极制作成针状并集成一体，可以快速检测微生物、微量血液等方面，且便于携带，操作简便。

【技术实现步骤摘要】
一种针状氯离子传感器及其制备方法
本专利技术涉电化学传感器
，尤其涉及一种针状氯离子传感器及其制备方法。
技术介绍
氯离子是一种广泛存在于自然界的离子，是生物体内存在最丰富的阴离子。在人体内，氯离子与钠离子等阳离子一起共同为维持细胞外液的容量与渗透压，并且帮助维持体液酸碱平衡，同时它帮助将体内二氧化碳转运至肺部从而排出体外。更值得一提的是，氯离子还参与人体胃酸的形成、促进维生素B12和铁的吸收的作用，兼能通过激活唾液淀粉酶促进分解淀粉、促进食物消化。氯离子还能刺激肝脏功能，促使肝中代谢废物排出，甚至有稳定神经细胞膜电位的作用。氯离子是人体不可或缺的离子，人们一般通过膳食获得氯离子，其主要来源是氯化钠，另有少量来自氯化钾。最常见的食盐、酱油等调味品都含有大量的氯元素。不合理的用膳，或者是大量出汗、严重腹泻、呕吐，或因治病需要使用利尿剂、体内严重失水者，都可能出现不同程度的氯缺乏。氯缺乏会打破人体内电解质平衡，并且经常伴有钠缺乏，严重时可造成低氯性代谢性碱中毒，易导致胃酸不足、消化吸收不良，并加剧脱发、牙齿脱落，甚至肌肉收缩不良、影响生长发育。因此对生物体内氯离子检测也是十分必要的。离子选择性电极是一种对某种特定的离子具有选择性的指示电极，氯离子选择性电极是使用电化学原理来检测溶液中氯离子浓度的专用电极。氯离子的检测在医学、化工、制药、环保与食品领域有着广泛的应用，尤其是人体体液中的氯离子检测具有重要的医学临床意义。目前的氯离子传感器大多用于工业现场，专利201310274636公开了一种采用全光纤传感模式的氯离子传感器，测量过程较为复杂，无法快速、便捷地测量微量溶液中氯离子含量。
技术实现思路
本专利技术提供了一种针状氯离子传感器及其制备方法，该针状氯离子传感器检测速度快、能实现微量检测。一种针状氯离子传感器，包括参比电极和选择性电极，所述的选择性电极包括银丝和涂覆于银丝一端的氯化银层；所述的参比电极包括金属丝和依次涂覆于所述金属丝一端表面的固态电解质层和参比膜。本专利技术针对传统氯离子浓度检测中氯离子传感器体积大，耗时长，无法检测微量等缺点，采用了Ag/AgCl作为氯离子选择性电极，将氯离子选择性电极、参比电极制作成针状并集成一体，可以快速检测微生物、微量血液等方面，检测性能好，受到的干扰少。作为优选，所述的银丝和金属丝的直径为0.1-0.6mm，长度为4～5cm。该尺寸大小便于携带。所述的选择性电极涂覆有氯化银层的一端为检测端，另一端为输出端，并且检测端与输出端的中间部分包覆有绝缘层；所述的参比电极涂覆有固态电解质层和参比膜的一端为检测端，另一端为输出端，并且检测端与输出端的中间部分包覆有绝缘层。所述的绝缘层的外部还设有外壳，并且所述的绝缘层从所述的外壳的两端伸出。本专利技术还提供了一种所述的针状氯离子传感器的制备方法，包括以下步骤：(1)将银丝和金属丝的一端依次用氧化铝悬浊液、硫酸溶液、去离子水和表面活性剂水溶液进行处理；其中，氧化铝悬浊液处理时，采用超声波振荡打磨10～15分钟；硫酸溶液的浓度为0.5～2mol/L，处理时将银丝和金属丝浸泡3～5分钟；(2)将步骤(1)处理过的银丝在含氯离子的溶液中使用电化学方法将银丝氯化，避光干燥；(3)将导电聚合物分散于去离子水中配制成悬浊液，然后加入处理剂和羧甲基纤维素钠或羟乙基纤维素钠，配制成电解质浆料，将金属丝多次蘸取电解质浆料，使电解质浆料涂覆于金属丝的表面形成固态电解质层，避光干燥；所述的导电聚合物在悬浊液中的体积百分浓度为1～5％；所述的处理剂在电解质浆料的中的质量百分浓度为0.01～0.1％；所述的羧甲基纤维素钠或羟乙基纤维素钠在电解质浆料的中的质量百分浓度为1.5～5％；(4)将增塑剂、亲脂性大分子、非导电高分子聚合物溶解在环己酮或四氢呋喃中配制成参比膜液，将步骤(3)处理过的金属丝多次蘸取该参比膜液，蘸取参比膜液时控制固态电解质层不被参比膜液完全浸没，参比膜液包覆于固态电解质层外部形成参比膜，避光干燥；以溶质的总质量计，其中增塑剂的质量百分比为60.7～65.9％，亲脂性大分子的质量百分比为0.1～0.6％，非导电高分子聚合物的质量百分比为32.8～36.4％；(5)将热缩管分别包覆在氯离子选择性电极和参比电极中上部，作为绝缘层；(6)将工作电极和参比电极用外壳连接并进行固定，得到所述的针状氯离子传感器。金属丝为金丝、银丝、铂丝或铜丝。步骤(1)中，所述的氧化铝悬浊液浓度为60-100g/L，配制所述悬浊液的氧化铝粉末直径为0.5微米到50纳米；所述的表面活性剂水溶液为0.1-1％的羧甲基纤维素钠溶液或羟乙基纤维素钠溶液。步骤(2)中，所述的含氯离子的溶液为0.1～1摩尔/升的氯化钠、氯化钾、氯化钙或氯化镁的水溶液。所述的电化学方法为循环伏安法或恒电压法。步骤(3)中，所述的导电聚合物选自聚吡咯及其衍生物、聚苯胺及其衍生物或聚噻吩及其衍生物；所述的处理剂为聚乙二醇对异辛基苯基醚。步骤(4)中，所述的非导电高分子聚合物选自聚氯乙烯或聚氨酯；所述的亲脂性大分子选自四苯硼钠、四(4-氯苯基)硼酸氯和四[3,5-二(三氟甲基)苯基]硼酸钾；所述的增塑剂选自双(2-乙基己基)己二酸、2-硝基苯辛醚、邻苯二甲酸酯、己二酸二辛酯、癸二酸二辛酯或己二酸丙二醇。所述的参比膜液中非导电高分子聚合物在溶剂中的浓度为72.6～140.0mg/mL。在实际测量时，将该全固态氯离子传感器中氯离子选择性电极和外参比电极的下端浸入到待测氯离子溶液中，将金属丝上端与外围检测电路相连接，即可检测溶液中氯离子浓度。本专利技术中氯离子选择性电极为银/氯化银电极，通常情况下作为参比电极使用，特别是在液态电极的情况下，内充液选择饱和氯化钾，是常见的商业参比电极。溶液中氯离子和氯化银形成一个动态平衡，当溶液浓度变化，银/氯化银电极电位也随之改变，且符合能斯特方程。而参比电极在溶液中是稳定不变的，测量二者之间的电势差，可推算出溶液中氯离子浓度。由于本专利技术是全固态传感器，不需要携带笨重的液态电极，检测起来方便快捷。而且传感器十分微型化，可以检测微小体积的氯离子待测液，如微生物氯离子的检测或临床医学的血液氯离子检测。还可并排多个传感器组成传感器阵列，进行多通道测量。附图说明图1为本专利技术的针状氯离子传感器的结构示意图；图2为图1所示的针状氯离子传感器的氯离子选择性电极的结构示意图；图3为图1所示的针状氯离子传感器的参比电极的结构示意图；图4为本专利技术实施例1得到的针状氯离子传感器的电压对浓度的响应曲线；图5为本专利技术实施例2得到的针状氯离子传感器的电压对浓度的响应曲线。具体实施方式由图1所示的针状氯离子传感器的结构示意图可知，该针状氯离子传感器，包括氯离子选择性电极、参比电极、绝缘层6、外壳7。由图2所示的氯离子选择性电极的结构示意图可知，该氯离子选择性电极包括银丝1和氯化银层2，其中氯化银层2覆盖在银丝1的下半部分。由图3所示的参比电极可知，该参比电极包括金属丝3、固态电解质层4和参比膜5，其中，固态电解质层4涂覆于金属丝3的下半部分，参比膜5涂覆于固态电解质层表面，并且固态电解质层4的上端留出一截未被参比膜5覆盖。绝缘层6包覆于氯离子选择性电极和参比电极外侧，外壳7在绝缘层6的外部且略小于绝缘层6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针状氯离子传感器，包括参比电极和选择性电极，其特征在于，所述的选择性电极包括银丝和涂覆于银丝一端的氯化银层；所述的参比电极包括金属丝和依次涂覆于所述金属丝一端表面的固态电解质层和参比膜。

【技术特征摘要】
1.一种针状氯离子传感器，包括参比电极和选择性电极，其特征在于，所述的选择性电极包括银丝和涂覆于银丝一端的氯化银层；所述的参比电极包括金属丝和依次涂覆于所述金属丝一端表面的固态电解质层和参比膜；其制备方法包括以下步骤：(1)将银丝和金属丝的一端依次用氧化铝悬浊液、硫酸溶液、去离子水和表面活性剂水溶液进行处理；(2)将步骤(1)处理过的银丝在0.1～1摩尔/升的氯化钠、氯化钾、氯化钙或氯化镁的水溶液中使用循环伏安法或恒电压法将银丝氯化，避光干燥；(3)将导电聚合物分散于去离子水中配制成悬浊液，然后加入处理剂和羧甲基纤维素钠或羟乙基纤维素钠，配制成电解质浆料，将金属丝多次蘸取电解质浆料，使电解质浆料涂覆于金属丝的表面形成固态电解质层，避光干燥；(4)将增塑剂、亲脂性大分子、非导电高分子聚合物溶解在环己酮或四氢呋喃中配制成参比膜液，将步骤(3)处理过的金属丝多次蘸取该参比膜液，蘸取参比膜液时控制固态电解质层不被参比膜液完全浸没，参比膜液包覆于固态电解质层外部形成参比膜，避光干燥；(5)将热缩管分别包覆在氯离子选择性电极和参比电极中上部，作为绝缘层；(6)将选择性电极和参比电极用外壳连接并进行固定，得到所述的针状氯离子传感器。2.根据权利要求1所述的针状氯离子传感器，其特征在于，所述的选择性电极涂覆有氯化银层的一端为检测端，另一端为输出端，并且检...

【专利技术属性】
技术研发人员：王酉，吕晓凤，李光，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33