基于聚吡咯膜的硝酸根离子选择性电极及其制备方法

摘要

本发明涉及一种基于聚吡咯膜的硝酸根离子选择性电极，特征是：采用在柱形的PTFE套管底部安装玻碳棒，在PTFE套管的内部设置铜棒，在玻碳棒的下表面设有一层掺杂硝酸根聚吡咯薄膜，所述玻碳棒的上表面与铜棒相连，在铜棒上端设置引出线。制备方法包括如下步骤：(1)去除玻碳棒表面的氧化层，将玻碳棒嵌入PTFE套管的底部；(2)在PTFE套管内安装铜棒，在铜棒的上端连接引出线制成电极；(3)玻碳棒的下表面在吡咯溶液和硝酸钠溶液的混合溶液中进行电镀聚合镀膜，(4)将电镀敏感膜后的电极在硝酸钠溶液中活化处理。本发明所述的硝酸根离子选择电极具有良好的稳定性、重现性、选择性和使用寿命长等优点，可广泛用于硝酸根离子浓度的分析与测定。

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚吡咯(Ppy)膜修饰电极，尤其是一种基于硝酸根聚吡咯(Ppy)修饰膜的硝酸根离子选择性电极及其制备方法。

背景技术

随着水体富营养化的日益加重，水质中总氮、总磷的脱除和监测成为当今环保的重要课题，总氮是判断地表水、饮用水和水源污染程度的重要指标之一。离子选择电极分析法具有响应速度快，不易受溶液颜色及沉淀物的影响，特别适于水质连续自动监测和现场分析。导电聚吡咯具有良好的导电性质使之更易于制备成离子敏感电子器件和生物电子学器件而得到关注。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种具有良好稳定性、重现性和选择性的基于聚吡咯膜的硝酸根离子选择性电极及其制备方法。

按照本发明提供的技术方案，所述基于聚吡咯膜的硝酸根离子选择性电极，特征是：采用在柱形的PTFE(聚四氟乙烯)套管底部安装玻碳棒，在PTFE套管的内部设置铜棒，在玻碳棒的下表面设有一层掺杂硝酸根聚吡咯薄膜，所述玻碳棒的上表面与铜棒相连，在铜棒上端设置引出线。

所述PTFE套管与玻碳棒和铜棒之间利用环氧树脂密封。

一种基于聚吡咯膜的硝酸根离子选择性电极的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)用砂纸打磨玻碳棒表面，去除玻碳棒表面的氧化层；将玻碳棒嵌入PTFE套管的底部，并用环氧树脂密封；

(2)在PTFE套管内安装铜棒，铜棒和玻碳棒之间压紧，铜棒上端与PTFE套管之间用环氧树脂密封，在铜棒的上端连接引出线制成电极；

(3)电镀聚合掺杂硝酸根的聚吡咯薄膜：将碳棒、金丝、银丝或铂族金属丝与电源阴极连接，电极的引出线与电源的阳极连接，将阴极和阳极浸在聚合物溶液中在玻碳棒的下表面电镀一层掺杂硝酸根的聚吡咯薄膜，电镀聚合过程中电流为0.1～0.25mA，电底聚合时间为10～30min；所述聚合物溶液为在100～150ml的去离子水中加入0.005～0.01mol的吡咯和0.005～0.01mol的硝酸钠；

(4)活化：将电镀聚合掺杂硝酸根的聚吡咯薄膜后的电极在0.0005～0.001mol/L的硝酸钠溶液中浸泡进行活化处理，直至测得的电极的电位变化在1～2mV之间。

所述环氧树脂为环氧值0.25～0.45的环氧树脂。

本发明所述的硝酸根离子选择电极具有良好的稳定性、重现性、选择性和使用寿命长等优点，可广泛用于硝酸根离子浓度的分析与测定。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为选择性电极性能标准曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示：选择性电极包括PTFE套管1、铜棒2、玻碳棒3、掺杂硝酸根聚吡咯薄膜4、引出线5等。

本发明采用在柱形的PTFE套管1底部安装玻碳棒3，在PTFE套管1的内部设置铜棒2，在玻碳棒3的下表面设有一层掺杂硝酸根聚吡咯薄膜4，所述玻碳棒3的上表面与铜棒2相连，在铜棒2上端设置引出线5。

本发明所使用的铂族金属丝包括铂(Pt)、钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)、钌(Ru)、铑(Rh)六种金属。所使用的环氧树脂为中等环氧值0.25～0.45的环氧树脂，可作为粘结剂使用。

实施例一：一种选择性电极的制备方法，包括如下步骤：

(1)用砂纸打磨玻碳棒表面，去除玻碳棒表面的氧化层；将玻碳棒嵌入PTFE套管的底部，并用环氧树脂密封；

(2)在PTFE套管内安装铜棒，铜棒和玻碳棒之间压紧，铜棒上端与PTFE套管之间用环氧树脂密封，在铜棒的上端连接引出线制成电极；

(3)电镀聚合掺杂硝酸根的聚吡咯薄膜：将碳棒、金丝、银丝或铂族金属丝与电源阴极连接，电极的引出线与电源的阳极连接，将阴极和阳极浸在聚合物溶液中在玻碳棒的下表面电镀一层掺杂硝酸根的聚吡咯薄膜，电镀聚合过程中电流为0.1mA，电底聚合时间为30min；所述聚合物溶液为在100ml的去离子水中加入0.005mol的吡咯和0.005mol的硝酸钠；

(4)活化：将电镀聚合掺杂硝酸根的聚吡咯薄膜后的电极在0.0005mol/L的硝酸钠溶液中浸泡进行活化处理，直至测得的电极的电位变化在1～2mV之间。

实施例二：一种选择性电极的制备方法，包括如下步骤：

(1)用砂纸打磨玻碳棒表面，去除玻碳棒表面的氧化层；将玻碳棒嵌入PTFE套管的底部，并用环氧树脂密封；

(2)在PTFE套管内安装铜棒，铜棒和玻碳棒之间压紧，铜棒上端与PTFE套管之间用环氧树脂密封，在铜棒的上端连接引出线制成电极；

(3)电镀聚合掺杂硝酸根的聚吡咯薄膜：将碳棒、金丝、银丝或铂族金属丝与电源阴极连接，电极的引出线与电源的阳极连接，将阴极和阳极浸在聚合物溶液中在玻碳棒的下表面电镀一层掺杂硝酸根的聚吡咯薄膜，电镀聚合过程中电流为0.1mA，电底聚合时间为10min；所述聚合物溶液为在150ml的去离子水中加入0.01mol的吡咯和0.01mol的硝酸钠；

(4)活化：将电镀聚合掺杂硝酸根的聚吡咯薄膜后的电极在0.001mol/L的硝酸钠溶液中浸泡进行活化处理，直至测得的电极的电位变化在1～2mV之间。

实施例三：一种选择性电极的制备方法，包括如下步骤：

(1)用砂纸打磨玻碳棒表面，去除玻碳棒表面的氧化层；将玻碳棒嵌入PTFE套管的底部，并用环氧树脂密封；

(2)在PTFE套管内安装铜棒，铜棒和玻碳棒之间压紧，铜棒上端与PTFE套管之间用环氧树脂密封，在铜棒的上端连接引出线制成电极；

(3)电镀聚合掺杂硝酸根的聚吡咯薄膜：将碳棒、金丝、银丝或铂族金属丝与电源阴极连接，电极的引出线与电源的阳极连接，将阴极和阳极浸在聚合物溶液中在玻碳棒的下表面电镀一层掺杂硝酸根的聚吡咯薄膜，电镀聚合过程中电流为0.18mA，电底聚合时间为20min；所述聚合物溶液为在130ml的去离子水中加入0.008mol的吡咯和0.008mol的硝酸钠；

(4)活化：将电镀聚合掺杂硝酸根的聚吡咯薄膜后的电极在0.0008mol/L的硝酸钠溶液中浸泡进行活化处理，直至测得的电极的电位变化在1～2mV之间。

本发明所述的硝酸根离子选择性电极采用标准曲线法，用硝酸钠分析纯配制一系列浓度的标准溶液，分别利用硝酸根离子选择性电极测定标准溶液的电位值，用以评价硝酸根离子选择性电极的性能，结果如图2所示。制成的硝酸根离子选择性电极，其底部敏感膜的厚度为10～100μm，线性响应范围10^-1～10^-5mol/L，即电极可测出在10^-1～10^-5mol/L浓度范围内的硝酸根离子，并且电压值与-log[NO₃^-]成线性关系，线性回归系数斜率为45.449±2.0mV/decade，检测的硝酸根离子浓度下限为1×10^-5mol/L。本发明的电极响应时间短，一般小于30s，体积小，制备简单，成本低。