一种全固态钠离子选择性电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种全固态钠离子选择性电极，包括基板、电极基底系统、固态电解质层、钠离子敏感膜和绝缘层，电极基底系统设于基板上，由反应电极、接触电极和连接这两个电极的导电引线组成，固态电解质层设在反应电极上，固态电解质层上覆有钠离子敏感膜，绝缘层将钠离子敏感膜包围，并设有使钠离子敏感膜裸露的开口。本发明专利技术还公开了该全固态钠离子选择性电极的制备方法，采用丝网印刷技术和真空镀膜等薄膜技术，在有机高分子材料的平板基底上制作，其与外参比电极配对可以快速准确地检测出溶液中的钠离子浓度。本发明专利技术便于携带、操作简单、响应快，且制作成本低，易于微型化和大批量生产，适合于野外救护、医学临床检测、环境实地监测等实时检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电化学传感器
，尤其涉及一种全固态钠离子选择性电极及其 制备方法。
技术介绍
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，钠离子选择性 电极即是专门用来测量溶液中钠离子浓度的指示电极。钠离子的检测在医学、生化、制药、 化工、环保和食品等诸多方面有着广泛的应用，特别是人体体液中钠离子的检测具有重要 的医学临床意义。人体血液中所含的钠离子为细胞外液中重要的阳离子，占细胞外液总阳 离子总量的90%以上，对维持稳定的细胞外液容量和渗透压起着重要作用。体液中各种离 子保持一定的比例是维持神经、肌肉正常应激功能的必要保障，钠离子浓度正常是保证其 功能的重要因素。传统的钠离子选择性电极由内参比电极，内参比溶液和敏感膜组成。测量时，将钠 离子选择性电极与参比电极组成钠离子传感器，并与外接的测量装置连接构成一个电化学 电池，该电池的电动势与参比电极、内参比电极的电极电位满足如下的能斯特方程 其中，R为摩尔气体常数，T为热力学温度，Z为待测离子的价态，F为法拉第常数， 为待测溶液中的离子浓度，a2内参比溶液中的离子浓度。参比电极的电极电势一般为定值，内参比溶液中的离子浓度也是已知的，则通过测量出电池电动势，就可以计算出待测溶 液的离子浓度。传统离子选择性电极的内参比溶液一般采用电解质溶液，只能在较低的温度、压 力下工作，其制造成本较高，且造成选择性电极的体积较大，导致响应慢，很难进行电极的 微型化，也不易携带，无法满足手术、急诊、野外救护等场合的需求，也无法适应家庭医疗的 趋势。中国的专利02137034. 6公开了一种用于电化学传感器的钠离子选择电极及其制 备方法，其钠离子选择电极是在绝缘套管内填充含钠导电环氧树脂，在导管端口设有钠离 子传导陶瓷片，与参比电极配对可测定溶液中钠离子浓度。但是这种选择电极制作过程较 复杂，制作周期较长，不适合批量生成。丝网印刷属于孔版印刷，是将丝织物、合成纤维织物或金属丝网绷在网框上，采用 手工刻漆膜或光化学制版的方法制作丝网印版。现代丝网印刷技术，则是利用感光材料通 过照相制版的方法制作丝网印版，使丝网印版上图文部分的丝网孔为通孔，而非图文部分 的丝网孔被堵住。印刷时通过刮板的挤压，使油墨通过图文部分的网孔转移到承印物上，形 成与原稿一样的图文。丝网印刷设备简单、操作方便，印刷、制版简易且成本低廉，操作方 便，适应性强。薄膜蒸涂技术成膜利用高温蒸发或等离子溅射的原理，使蒸涂材料堆积在基板表面形成薄膜，与丝网印刷相比，成膜均勻，但价格较高。
技术实现思路
本专利技术针对传统钠离子选择性电极体积大不易携带等缺点，提供了一种平板型全 固态钠离子选择性电极，实现钠离子选择性电极的微型化，易于携带，操作简便。本专利技术还提供了该全固态钠离子选择性电极的制备方法，简化了制作流程，适合 大批量生产。一种全固态钠离子选择性电极，由基板、电极基底系统、固态电解质层、钠离子敏 感膜和绝缘层组成；所述的电极基底系统设于基板上，由反应电极、接触电极和连接这两个电极的导 电引线组成；所述的固态电解质层设在电极基底系统的反应电极上，固态电解质层上覆有钠离 子敏感膜；所述的绝缘层将钠离子敏感膜包围，绝缘层上设有使钠离子敏感膜裸露的开口， 开口区域作为实际测量中钠离子敏感膜与待测溶液发生接触的反应区域。上述全固态钠离子选择性电极的制备方法，包括以下步骤(1)采用丝网印刷方法在有机高分子材料(如聚丙烯、聚酯、聚乙烯和聚氯乙烯 等)基板上印刷导电丝网印刷材料，也可采用薄膜蒸涂技术将该导电材料蒸涂有机高分子 材料基板上，形成反应电极、接触电极和导电引线，反应电极可采用碳、金、钼或钛等材料制 成，导电引线和接触电极可采用银、碳、金、钼或钛等材料制成，银的电化学特性不稳定，但 导电性能良好，故一般不用来制作反应电极，而可用来制作接触电极和导电引线；(2)使用表面活性剂水溶液对反应电极表面进行预处理，用来清洁反应电极表面， 并增强反应电极的亲水性，加强反应电极与固态电解质层之间的粘附力，此表面活性剂水 溶液可采用质量百分比为1%。 的羧甲基纤维素钠(CMC)溶液或羟乙基纤维素钠(HEC) 溶液；(3)将导电聚合物分散在溶剂中形成悬浮液，配制比例为导电聚合物溶剂= 1 99 5 95，一般采用水作为溶剂，以悬浮液的总量计，在悬浮液中加入质量百分比为 0. 1 1%。的处理剂和质量百分比为1. 5 5. 0%的CMC(或HEC)，配制成一定粘度的电解 质浆料，用点喷、旋涂或丝网印刷的方法将该电解质浆料覆涂在反应电极表面，形成固态电 解质层，所述的导电聚合物选自P型掺杂的聚吡咯及其衍生物、聚苯胺及其衍生物、聚噻吩 及其衍生物中的一种，处理剂可采用聚乙烯乙二醇异辛酚醚(TritonX-100)，使固态电解质 层与反应电极更好的粘合；(4)将钠离子载体、亲脂性大分子物质、非导电高分子聚合物溶解在增塑剂中形成 混合物；所述的钠离子载体选自队^-二苯基4力’-二苄基-1，2_亚苯基二氧二乙酰胺 (例如瑞士 Fluka公司生产的ETH 157)、N，N，，N”-三庚基-N, N，，N”-三甲基-4，4，，4”-次 丙基(3-氧代丁酰胺)(例如瑞士 Fluka公司生产的ETH227)、N, N, N，，N，-四环己基-1， 2-亚苯基二氧二乙酰胺(例如瑞士 Fluka公司生产的ETH2120)、4_十八酰氧基甲基_N，N， N，，N，-四环己基-1，2-亚苯基二氧二乙酰胺(例如瑞士 Fluka公司生产的ETH4120)、2，3 11，12-双十氢化萘-16-冠醚-5 (例如瑞士 Fluka公司生产的71745) ,2,2-双十二烷基 丙二酸双酯(例如瑞士 Fluka公司生产的73929)、十二烷基甲基丙 二酸双酯(例如瑞士 Fluka公司生产的71739)中的一种；钠离子载 体作为钠离子的络合物，实现电极对钠离子的选择性，其质量百分比为1. 0 3. 6% ；所述的亲脂性大分子选自四苯硼钠、四氯苯硼化钾、四硼酸钾中的一种或几种；亲脂性大分子物质可以排除待测溶液中亲脂性阴离子(如长 链脂肪酸、长链烷基磺酸盐或长链二烷基磷酸盐等)对钠离子载体的干扰，提高电极对钠 离子的选择灵敏度，并且可以降低电极的电阻，其质量百分比为0. 05 1. 0% ；所述的增塑剂自癸二酸二丁酯、己二酸二辛酯、己二酸二(1-丁基戊烷)酯、二硝 基苯辛基醚、癸二酸二仲辛酯、顺丁烯二酸二乙辛酯、富马酸二辛酯中的一种或几种；增塑 剂可提高混合物的塑性，便于在后续的丝网印刷中成塑，其质量百分比为58. 0 66. 0% ；所述的非导电高分子聚合物可选自聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)、聚醋酸乙烯 (PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的一种或几种；非导电高分子聚合物作为钠离子敏感 膜的支撑体，其质量百分比为32. 0 38. 0% ；将配制的混合物溶解在四氢呋喃或环己酮溶剂中制成钠离子敏感膜液，使非导电 高分子聚合物在溶液中的浓度为46. 8 72. 6mg/mL，然后将该钠离子敏感膜液覆涂在固态 电解质层表面形成钠离子敏感膜，并避光干燥；(5)采用丝网印刷的方法将绝缘性印刷材料印刷在钠离子敏感膜上，但露出一定 面积的钠离子敏感膜，即制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全固态钠离子选择性电极，包括基板（１）、电极基底系统、固态电解质层（３）、钠离子敏感膜（４）和绝缘层（５），其特征在于：所述的电极基底系统设于基板（１）上，由反应电极（２１）、接触电极（２３）和连接这两个电极的导电引线（２２）组成；所述的固态电解质层（３）覆于电极基底系统的反应电极（２１）上，固态电解质层（３）上覆有钠离子敏感膜（４）；所述的绝缘层（５）覆于钠离子敏感膜（４）表面，绝缘层（５）上设有使钠离子敏感膜（４）裸露的开口（６）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李光，徐惠，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]