一種用于二酚類微型傳感器的碳纖維電極的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對(duì)對(duì)苯二酚和鄰苯二酚具有電催化活性的碳纖維電極，屬于電化學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在過(guò)去的幾十年里，所建立的檢測(cè)底物的方法包括熒光法、化學(xué)發(fā)光法、分光光度法、固相萃取技術(shù)、脈沖輻射和高效液相色譜存在很多不足的方面。這些測(cè)試方法耗時(shí)、成本高、靈敏度低和預(yù)處理過(guò)程復(fù)雜。近幾年，研宄的方向轉(zhuǎn)向了更有效的電化學(xué)技術(shù)來(lái)降低檢測(cè)限，在低成本的情況下得到可靠的結(jié)果。
[0003]由于傳感器可以取代常規(guī)的化學(xué)分析方法，因此，它的出現(xiàn)可以說(shuō)是一場(chǎng)技術(shù)革命。為此，世界上一些科技發(fā)達(dá)的國(guó)家都把傳感器的研宄作為生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)，投入了相當(dāng)大的人力、物力進(jìn)行研制開(kāi)發(fā)。近年來(lái)，傳感器已經(jīng)在醫(yī)學(xué)診斷、食品營(yíng)養(yǎng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、國(guó)防工業(yè)及人類衛(wèi)生保健等諸多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。
[0004]傳統(tǒng)的傳感器電極有碳糊電極、玻碳電極、金電極、銅電極等，這些電極的造價(jià)成本都很高，很難得到商業(yè)化發(fā)展，因此研宄和開(kāi)發(fā)新型的低成本傳感器電極十分必要。
[0005]小型化是分析化學(xué)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。工作電極的小型化不僅具有明顯的實(shí)際應(yīng)用優(yōu)越性，而且也是在理論基礎(chǔ)方面創(chuàng)造了許多新的機(jī)遇。這里“微電極”的概念是指那些至少在一維上尺寸不大于25 μπι的電極。這樣的尺寸非常有利于分析，包括對(duì)微觀尺寸的探索，局域濃度變化的測(cè)定，微流動(dòng)體系的檢測(cè)，非常小體積樣品的分析。
[0006]微電極也展示了其他重要的性質(zhì)，擴(kuò)展了電化學(xué)應(yīng)用的可能性。
[0007](I)由于微電極上的總電流很小，使其可能應(yīng)用于電阻高且在普通電極上會(huì)產(chǎn)生很大歐姆降的電解池中。為了減小歐姆降人們把電化學(xué)測(cè)定在新的獨(dú)特的環(huán)境中應(yīng)用。有報(bào)道，微電極可應(yīng)用于低介電常數(shù)的溶液、冷凍的乙腈、低溫玻璃、氣相或固相、超臨界二氧化碳、離子化的導(dǎo)電聚合物、油基潤(rùn)滑劑以及牛奶中。此外，較傳統(tǒng)的體系能夠在很少或不加支持電解質(zhì)的情況下在兩電極系統(tǒng)下進(jìn)行研宄。在故意不加支持電解質(zhì)的有機(jī)介質(zhì)中使用，能夠很大程度地?cái)U(kuò)展電化學(xué)電位窗，這樣可以用于研宄具有很高氧化電位的組分。例如，乙腈能夠使用的電位窗是4V(相對(duì)于Ag/AgCl電極)，從而有可能研宄短鏈的烷烴。不加支持電解質(zhì)，對(duì)于用溶出伏安法測(cè)定痕量金屬很有利，這樣不僅可以減少可能的雜質(zhì)，而且可以改變化學(xué)平衡。
[0008](2)由于較小的表面積，微電極的雙電層電容將很大程度的減小，并引起電化學(xué)電解池較小的RC時(shí)間常數(shù)。例如，微圓盤電極的RC時(shí)間常數(shù)正比于電極的半徑。小的RC常數(shù)允許進(jìn)行高速的毫秒級(jí)的伏安實(shí)驗(yàn)(掃速高于106V/s)，于是可以檢測(cè)很快的電子轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)和偶聯(lián)的化學(xué)反應(yīng)或動(dòng)力學(xué)過(guò)程，例如細(xì)胞外分泌。
[0009](3)增強(qiáng)了電活性組分的傳質(zhì)速率，通過(guò)由徑向擴(kuò)散(非平面)到微電極的棱角性擴(kuò)散。這種棱角效應(yīng)對(duì)整體的擴(kuò)散電流有明顯的貢獻(xiàn)。向電極表面或從電極表面的擴(kuò)散(形成電流密度)隨電極尺寸的減小而增加。由于傳質(zhì)速率的增加和充電電流的減小，與普通電極相比，微電極展現(xiàn)了優(yōu)異的信噪比。此外，穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)電流的迅速獲得，對(duì)流傳質(zhì)可以忽略。在微電極上氧化還原反應(yīng)受傳質(zhì)限制變成為受電子轉(zhuǎn)移速率限制，并由此可以進(jìn)行許多動(dòng)力學(xué)研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是降低電極的生產(chǎn)成本，提供一種對(duì)二酚類化合物具有高電催化活性的碳纖維修飾電極。
[0011]本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)單的組裝將碳纖維和銅絲連接起來(lái)，外加封裝。與傳統(tǒng)的電極相比，例如金電極，玻碳電極，碳糊電極等，具有低成本的優(yōu)勢(shì)。具體組裝的步驟為:將直徑大約為6 μπι的碳纖維分別在丙酮和蒸餾水中超聲2?3分鐘。選取一根碳纖維，通過(guò)銀導(dǎo)電膠水將碳纖維和銅絲連接，在室溫下干燥；同時(shí)把毛細(xì)管長(zhǎng)度切割為5?6cm，并將之前連接好的碳纖維封裝在毛細(xì)管內(nèi)，室溫下充分干燥，之后將裸露在外面的碳纖維長(zhǎng)度剪切合適的長(zhǎng)度。
[0012]本發(fā)明提供的對(duì)二酚類化合物具有電催化活性的碳纖維修飾電極，連接碳纖維與銅絲時(shí)，使用的粘連劑為銀導(dǎo)電膠水。
[0013]本發(fā)明提供的對(duì)二酚類化合物具有電催化活性的碳纖維修飾電極，封裝碳纖維時(shí)，使用的粘合劑是不具備電化學(xué)活性的環(huán)氧樹(shù)脂。
[0014]本發(fā)明提供的對(duì)二酚類化合物具有電催化活性的碳纖維修飾電極，修飾碳纖維采用的技術(shù)是恒電位聚合。具體修飾的步驟是:將組裝完畢的碳纖維電極浸入到稀硫酸中進(jìn)行活化，電位在OV?1.7V之間進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，直到出現(xiàn)穩(wěn)定不變的循環(huán)伏安圖像；將電極浸入到含有高氯酸鋰和3，4-乙烯二氧噻吩(EDOT)的乙腈溶液中，進(jìn)行電聚合，聚合時(shí)間為10?15s。
[0015]本發(fā)明提供的對(duì)二酚類化合物具有高電催化活性的碳纖維修飾電極，對(duì)二酚類化合物的電催化活性具體體現(xiàn)在對(duì)鄰苯二酚和對(duì)苯二酚的電催化活性。
(四)
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為碳纖維電極簡(jiǎn)圖
[0017]圖2為裸碳纖維電極(I號(hào)曲線)和修飾碳纖維電極(2號(hào)曲線)對(duì)含有對(duì)苯二酚和鄰苯二酚的PBS緩沖溶液循環(huán)伏安圖像
(五)
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明予以進(jìn)一步說(shuō)明，但并不因此而限制本發(fā)明。
[0019]實(shí)施例1
[0020]碳纖維電極的組裝
[0021](I)將直徑大約為6 μπι的碳纖維分別在丙酮和蒸飽水中超聲2?3分鐘，選取一根碳纖維用銀導(dǎo)電膠水將碳纖維和銅絲粘結(jié)，室溫下干燥；
[0022](2)將毛細(xì)管切割為長(zhǎng)度為5?6cm，用酒精燈灼燒毛細(xì)管兩端，使開(kāi)口收縮變小，用于封裝；
[0023](3)將粘結(jié)好的碳纖維用環(huán)氧樹(shù)脂封裝在毛細(xì)管內(nèi)，室溫下充分干燥，之后將裸露在外面的碳纖維長(zhǎng)度剪切為0.8?1mm。
[0024]實(shí)施例2
[0025]碳纖維的修飾
[0026](I)將組裝完畢的碳纖維電極浸入到稀H2SO4中，電位設(shè)定為OV?1.7V，進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，直到出現(xiàn)穩(wěn)定不變的循環(huán)伏安圖像；
[0027](2)將組裝好的電極浸入到含有一定濃度的高氯酸鋰和EDOT單體的乙腈溶液，通入高純氮?dú)馊舾煞昼姡懦鯕獾母蓴_。采用恒電位聚合，聚合電位設(shè)定為1.2?1.4V，聚合時(shí)間設(shè)定為10?15s。
[0028]實(shí)施例3
[0029]對(duì)苯二酚和鄰苯二酚的檢測(cè)
[0030](I)將一定濃度的對(duì)苯二酚和鄰苯二酚加入到pH為7的PBS緩沖溶液中，電位在-0.2V?0.6V，0.lV/s的掃速下進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，觀察到對(duì)苯二酚和鄰苯二酚的氧化電位；
[0031](2)采用標(biāo)準(zhǔn)加入法，分別在各自的氧化電位下向不斷攪拌的PBS溶液中加入對(duì)苯二酚和鄰苯二酚，在得到的電流-時(shí)間曲線上計(jì)算各自的檢測(cè)范圍和檢測(cè)限。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于二酚類微型傳感器的碳纖維電極，其特征在于:通過(guò)簡(jiǎn)單的步驟組裝了碳纖維電極，并且在電極末端的碳纖維表面修飾了具有電催化活性的導(dǎo)電聚合物-聚3，4_乙烯二氧噻吩(PEDOT)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維電極的組裝步驟，其特征在于:將直徑大約為6μπι的碳纖維分別在丙酮和蒸餾水中超聲2?3分鐘。選取一根碳纖維，通過(guò)銀導(dǎo)電膠水將碳纖維和銅絲連接，室溫下干燥；同時(shí)把毛細(xì)管長(zhǎng)度切割為5?6cm，并將之前連接好的碳纖維通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂封裝在毛細(xì)管內(nèi)，在室溫下充分干燥，之后將裸露在外面的碳纖維長(zhǎng)度剪切為合適的長(zhǎng)度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在碳纖維電極末端修飾導(dǎo)電聚合物，其特征在于:活化完畢的碳纖維電極作為工作電極，Ag/AgCl電極和鉑電極分別作為參比電極和輔助電極同時(shí)浸入到導(dǎo)電聚合物溶液中，進(jìn)行電聚合。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的對(duì)組裝完畢的碳纖維進(jìn)行活化，其特征是將組裝完畢的碳纖維電極浸入到稀H2SO4中，電位在OV?1.7V之間進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，直到出現(xiàn)穩(wěn)定不變的循環(huán)伏安圖像。
【專利摘要】本發(fā)明涉及傳感器電極的修飾，具體地說(shuō)就是組裝碳纖維電極并對(duì)表面進(jìn)行修飾，從而增強(qiáng)其對(duì)檢測(cè)物的靈敏度和信號(hào)強(qiáng)度。其制備的具體過(guò)程包括：(1)分別用丙酮和蒸餾水對(duì)碳纖維超聲2～3分鐘，干燥之后用銀導(dǎo)電膠水將銅絲和碳纖維連接到一起；(2)使用無(wú)電化學(xué)催化活性的環(huán)氧樹(shù)脂將銅絲封裝到毛細(xì)管中，室溫下充分干燥；(3)將毛細(xì)管尖端的碳纖維長(zhǎng)度切割成合適的長(zhǎng)度，并把電極浸入到稀H2SO4中進(jìn)行電化學(xué)活化；(4)活化完畢的電極浸入到含有3，4-乙烯二氧噻吩(EDOT)和高氯酸鋰的乙腈溶液中進(jìn)行恒電位聚合；(5)使用電化學(xué)工作站對(duì)制備的電極進(jìn)行性能的測(cè)試。本發(fā)明不僅操作簡(jiǎn)單而且大大降低了電極的成本，所制備的電極對(duì)二酚類物質(zhì)有很高的催化氧化能力，在微電極領(lǐng)域有較高的實(shí)用價(jià)值。
【IPC分類】G01N27/30
【公開(kāi)號(hào)】CN104914149
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510330642
【發(fā)明人】鄭海濤, 宋艷輝, 王寧鑫, 楊婷
【申請(qǐng)人】天津工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年6月15日