检测磷酸盐浓度的方法以及电化学传感器技术

本发明专利技术提供了一种检测磷酸盐浓度的方法以及电化学传感器。检测磷酸盐浓度的方法，包括：以硼掺杂金刚石薄膜电极为工作电极，活化更新工作电极；使电化学工作电极、对电极和参比电极接触含磷酸盐的待测液；采用方波脉冲伏安法，通过检测工作电极和对电极之间的还原电流，确定待测液中磷酸盐的浓度；其中，硼掺杂金刚石薄膜电极包括衬底，以及在衬底表面沉积有硼掺杂金刚石薄膜。本发明专利技术提供的硼掺杂金刚石薄膜电极具有较宽的电化学电势窗口，电流响应较好、灵敏度较高，可以用于水中磷酸盐的检测，且受水中硅酸盐的影响小，并且能够通过高电位下的电化学扫描实现表面的活化与清洁，具有很好的稳定性和重现性。好的稳定性和重现性。好的稳定性和重现性。

【技术实现步骤摘要】
检测磷酸盐浓度的方法以及电化学传感器


[0001]本专利技术涉及水质传感检测
，尤其涉及一种检测磷酸盐浓度的方法以及电化学传感器。

技术介绍

[0002]磷酸盐是反应水质富营养状态的一项指标。磷酸盐检测通常采用钼酸铵分光光度法(HJ 670
‑
2013)。磷酸盐在酸性介质中、锑盐存在下，与钼酸盐反应生成磷钼杂多酸；该反应物被抗坏血酸还原生成蓝色络合物，通过分光光度法测量吸光度实现检测。相比于光学方法，电化学方法设备简单，操作简便，器件易于微小型化，且不受试剂浑浊度的影响，在现场快速检测方面具有优势。
[0003]磷酸盐的电化学检测也是基于磷酸盐与钼酸盐的络合反应。与分光光度法检测的不同之处在于，电化学检测方法采用电化学还原替代加入抗坏血酸等试剂的还原过程，减少了反应试剂的使用，更加绿色环保。磷钼杂多酸络合物在激励电压的作用下在电极上发生氧化还原反应，其还原电流的大小与检测溶液中磷酸盐的浓度成正比例关系，因而能够测算出磷酸盐的含量。
[0004]一般的电化学还原法检测磷酸盐采用碳糊电极、玻碳电极以及金电极等作为工作电极，或存在电流响应较弱、灵敏度不高的问题，或存在电极修饰过程复杂、试剂用量大的问题，同时水中常见的硅酸盐会对检测造成很大的影响。通常溶液中的硅酸盐也会产生响应信号，使得测试结果增大。此外，常规电化学电极在使用过程中，通常采用研磨、抛光等手工机械方式更新电极，电极的稳定性和重现性难以保证。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种硼掺杂金刚石薄膜电极的制备方法及其应用，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
[0006]为了实现上述目的，作为本专利技术的一个方面的实施例，提供了一种检测磷酸盐浓度的方法，包括：
[0007]以硼掺杂金刚石薄膜电极为工作电极，活化更新上述工作电极；
[0008]使上述工作电极和对电极、参比电极接触加入背景电解质的含磷酸盐的待测液；
[0009]采用方波脉冲伏安法，通过检测上述工作电极和对电极之间的还原电流，确定上述待测液中磷酸盐的浓度；
[0010]其中，上述硼掺杂金刚石薄膜电极包括衬底，以及在上述衬底表面沉积的硼掺杂金刚石薄膜。
[0011]根据本专利技术的实施例，其中，上述方波脉冲伏安法的扫描电压范围0.6V～0.1V，脉冲幅值20～50mV，脉冲频率20～50Hz。
[0012]根据本专利技术的实施例，其中，上述待测液中的上述背景电解质包括0.1～1.0mol/L KCl，0.01～0.5mol/L H2SO4，1～7mmol/L钼酸盐。
[0013]根据本专利技术的实施例，其中，上述活化更新上述工作电极包括：
[0014]将上述工作电极置于0.01～0.5mol/L H2SO4溶液中，施加电压，在
‑
3V～+3V范围内进行多次循环伏安扫描。
[0015]根据本专利技术的实施例，其中，上述硼掺杂金刚石薄膜的掺杂度为5000ppm～10000ppm。
[0016]根据本专利技术的实施例，其中，上述硼掺杂金刚石薄膜的硼掺杂源包括乙硼烷或硼酸三甲酯一种。
[0017]作为本专利技术另一个方面的实施例，提供了一种检测磷酸盐浓度的电化学传感器，包括：
[0018]工作电极，为硼掺杂金刚石薄膜电极；
[0019]对电极和参比电极，用于与所述硼掺杂金刚石薄膜电极形成三电极体系，以配合检测待测液中磷酸盐的浓度。
[0020]根据本专利技术的实施例，其中，上述参比电极包括银/氯化银浆、电解质凝胶以及环氧密封胶。
[0021]根据本专利技术的实施例，还包括基底，上述基底上设有分别与上述硼掺杂金刚石薄膜电极、上述对电极和上述参比电极相对应连接的第一导电层、第二导电层和第三导电层。
[0022]根据本专利技术的实施例，还包括绝缘层，上述绝缘层覆盖于上述基底上，用于限定上述硼掺杂金刚石薄膜电极、上述对电极和上述参比电极的位置区域。
[0023]本专利技术提供的以硼掺杂金刚石薄膜电极作为工作电极对水中磷酸盐进行检测具有以下有益效果：
[0024]1)本专利技术提供的硼掺杂金刚石薄膜电极无需对电极进行其他敏感材料修饰即可实现对磷酸盐的检测，减少了化学试剂的使用；
[0025]2)本专利技术提供的硼掺杂金刚石薄膜电极具有较宽的电化学电势窗口，电流响应较好、灵敏度较高，可以用于水中磷酸盐的检测，且受水中硅酸盐的影响小；
[0026]3)本专利技术提供的硼掺杂金刚石薄膜电极由于其具有较宽的电化学电势窗口从而能够通过高电位下的电化学扫描实现表面的活化与更新，无须采用常规电极研磨、抛光等手工机械方式，提高了电极表面更新的可控性和易操作性，保证了检测的稳定性和重现性。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例的电化学传感器的结构示意图；
[0028]图2为本专利技术实施例的电化学传感器的结构示意爆炸图；
[0029]图3为本专利技术实施例的硼掺杂金刚石薄膜电极的结构示意图；
[0030]图4为本专利技术实施例的硼掺杂金刚石薄膜电极与其他电极的循环伏安曲线对比图；
[0031]图5为本专利技术实施例的硼掺杂金刚石薄膜电极对0μmol/L～80μmol/L浓度范围内磷酸盐检测的方波脉冲伏安曲线；
[0032]图6为本专利技术实施例的硼掺杂金刚石薄膜电极在不同的磷酸盐浓度范围内的响应曲线；
[0033]图7为本专利技术实施例的硼掺杂金刚石薄膜电极检测磷酸盐浓度的抗干扰测试。
具体实施方式
[0034]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。
[0035]目前，电化学还原法检测磷酸盐采用的电极包括如下电极：碳糊电极、玻碳电极，以及金等贵金属电极，这些检测电极或者存在电流响应较弱、灵敏度不高的问题，或者存在电极修饰修饰过程复杂、试剂用量大的问题，此外，水中存在的常见的硅酸盐会对检测结果造成很大的影响。
[0036]根据本专利技术一方面总体上的专利技术构思，提供了一种检测磷酸盐浓度的方法，包括：
[0037]S1：以硼掺杂金刚石薄膜电极为工作电极1，活化更新工作电极；
[0038]S2：使工作电极1、对电极2和参比电极3接触加入背景电解质的含磷酸盐的待测液；
[0039]S3：采用方波脉冲伏安法，通过检测工作电极和对电极之间的还原电流，确定待测液中磷酸盐的浓度；
[0040]其中，硼掺杂金刚石薄膜电极包括衬底9，以及在衬底9表面沉积有硼掺杂金刚石薄膜10。
[0041]本专利技术提供的硼掺杂金刚石薄膜电极无需对电极进行其他敏感材料修饰即可实现对磷酸盐的检测，减少了化学试剂的使用；硼掺杂金刚石薄膜电极具有较宽的电化学电势窗口，电流响应较好、灵敏度较高，可以用于水中磷酸盐的检测，且受水中硅酸盐的影响小。
[0042]根据本专利技术的实施例，S1中，活化更新工作电极具体包括：
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种检测磷酸盐浓度的方法，包括：以硼掺杂金刚石薄膜电极为工作电极，活化更新所述工作电极；使所述工作电极和对电极、参比电极接触加入背景电解质的含磷酸盐的待测液；采用方波脉冲伏安法，通过检测所述工作电极和对电极之间的还原电流，确定所述待测液中磷酸盐的浓度；其中，所述硼掺杂金刚石薄膜电极包括衬底，以及在所述衬底表面沉积的硼掺杂金刚石薄膜。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方波脉冲伏安法的扫描电压范围0.6V～0.1V，脉冲幅值20～50mV，脉冲频率20～50Hz。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述待测液中的所述背景电解质包括0.1～1.0mol/LKCl，0.01～0.5mol/L H2SO4，1～7mmol/L钼酸盐。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述活化更新所述工作电极包括：将所述工作电极置于0.01～0.5mol/L H2SO4溶液中，施加电压，在
‑
3V～+3V范围内进行多次循环伏安扫描。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：边超，徐钰豪，卫胜男，佟建华，李洋，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：