一種基于聚吡咯的高靈敏度鉛離子電極及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于聚吡咯的高靈敏度鉛離子電極，從內(nèi)到外依次包括：金屬絲、導(dǎo)電聚吡咯膜、鉛離子敏感膜和玻璃管，所述鉛離子敏感膜中包含吡咯?對羥基苯磺酸共聚物。本發(fā)明采用對羥基苯磺酸與吡咯共聚物作為敏感膜的成膜材料，替代現(xiàn)有技術(shù)中的PVC，與相鄰層的導(dǎo)電聚吡咯具有較好的相容性，增加層間作用力，減少層間信號傳遞損失，從而進(jìn)一步增強(qiáng)離子電極的靈敏度，使得電極檢測濃度下限低至10?8mol/L；同時增加共聚物的吸附點(diǎn)，提高其離子吸附能力，擴(kuò)大鉛離子的檢測范圍。
【專利說明】
一種基于聚吡咯的高靈敏度鉛離子電極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于電化學(xué)分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鉛離子電極，尤其涉及一種基于聚吡咯的高靈敏度鉛離子電極及其制備方法。【背景技術(shù)】
[0002]離子選擇電極(ISE)是應(yīng)用電化學(xué)原理和技術(shù)，利用化學(xué)電池內(nèi)被分析溶液的組成及含量與其電化學(xué)性質(zhì)的關(guān)系來進(jìn)行化學(xué)分析，其作為一類具有操作簡單、響應(yīng)迅速、零維修費(fèi)用、安全無毒性等優(yōu)點(diǎn)的有用工具而被廣泛應(yīng)用于環(huán)境、化學(xué)等領(lǐng)域。
[0003]導(dǎo)電聚合物以其特異的光學(xué)性能、電學(xué)性能、氧化還原特性等而備受研究者關(guān)注。 其發(fā)明不僅為各種結(jié)構(gòu)材料提升了性能并賦予了新功能，而且為各種電子元件與器件的構(gòu)建與性能優(yōu)化提供了新物質(zhì)。這其中導(dǎo)電聚合物應(yīng)用于ISE電位型傳感器就是典型的例證。 這主要得益于導(dǎo)電聚合物比導(dǎo)電無機(jī)物優(yōu)越的可成型加工性，使材料的集成與組裝成為可能。它們可以電化學(xué)聚合直接成型在基體電極上，或通過化學(xué)氧化聚合產(chǎn)物澆鑄在基體電極上，達(dá)到成型并修飾改性基礎(chǔ)電極的目的。更重要的是，導(dǎo)電聚合物具有共輒結(jié)構(gòu)的大分子鏈，同時具有電子導(dǎo)電和離子的導(dǎo)電性能，因此，可以作為離子-電子轉(zhuǎn)換器，非常適合用作固體電極中的離子-電子轉(zhuǎn)換中間層，為發(fā)展易于小型化的、不含內(nèi)充液的、持久耐用的固態(tài)ISE提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。
[0004]環(huán)境中的鉛主要有兩個方面的來源，一是自然來源，指火山爆發(fā)、森林火災(zāi)等自然現(xiàn)象釋放到環(huán)境中的鉛；二是非自然來源，指人類活動，主要是工業(yè)和交通等方面的鉛排放。鉛是一種毒性很大的物資，鉛可對許多人體器官帶來不良影響，特別是對人的肺、腎臟、 生殖系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)。這些影響表現(xiàn)為智力下降(尤其是對兒童學(xué)習(xí)方面引起明顯問題)、 腎損傷、不育、流產(chǎn)以及高血壓，還可引起鉛腦病、腹絞痛、多發(fā)性神經(jīng)炎、溶血性貧血等。固體電極廣泛應(yīng)用于鉛水中鎘離子含量的測定，具有高效、準(zhǔn)確、操作方便的優(yōu)點(diǎn)，但是目前現(xiàn)有的固體電極靈敏度有限，測定低濃度鉛離子時難度較高，因此開發(fā)一種高靈敏度鉛離子固體電極成為亟待解決的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于聚吡啶的高靈敏度鉛離子電極，能夠迅速檢測出濃度低至l〇_8mol/L的鉛離子。
[0006]本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種基于聚吡咯的高靈敏度鉛離子電極，從內(nèi)到外依次包括:金屬絲、導(dǎo)電聚吡咯膜、 鉛離子敏感膜和玻璃管，所述鉛離子敏感膜中包含吡咯-對羥基苯磺酸共聚物。吡咯-對羥基苯磺酸作為主要成分的敏感膜，與導(dǎo)電聚吡咯具有較好的相容性，有利于增加層間作用力，減少層間信號傳遞損失，從而進(jìn)一步增強(qiáng)離子電極的靈敏度;采用吡咯與對羥基苯磺酸共聚，在分子鏈上引入極性基團(tuán)，提高了聚吡咯的溶解性和鏈柔韌性，同時增加共聚物的吸附點(diǎn)，提高其離子吸附能力，擴(kuò)大鉛離子的檢測范圍。[00〇7]作為優(yōu)選，所述金屬絲的材質(zhì)為銀、金或鉬。
[0008]本發(fā)明同時提供了一種制備基于聚吡咯的高靈敏度鉛離子電極的方法，包括如下步驟:(1)將金屬絲表面打磨光滑，置于15%鹽酸水溶液中超聲清洗15?30分鐘后，再用去離子水沖洗干凈，并干燥；(2)將吡咯與10?15%鹽酸水溶液混合均勻，將清洗干凈的金屬絲置于其中，通過電化學(xué)工作站CHI660A，以50mV/S掃描速度，于0-1.6V電位范圍內(nèi)循環(huán)伏安掃描活化電極，從而在金屬絲表面鍍一層導(dǎo)電聚吡咯膜，其中金屬絲為工作電極，飽和甘汞電極和鉑電極分別作參比電極和對電極；(3)將下12-20重量份吡咯-對羥基苯磺酸共聚物、5-8重量份鉛離子載體I1、10-16重量份2-硝基苯辛醚、3-5重量份十六烷基磺酸鈉和58-64重量份三氯乙烷混合均勻得到陰離子屏蔽膜溶液；(4)將步驟(2)所得包覆有聚吡咯的電極蘸取步驟(3)所得陰離子屏蔽膜溶液，倒插在泡沫塑料上，于75°C真空干燥24小時后，電極最外層成功鍍上鉛離子敏感膜；(5)將玻璃管包覆在鉛離子敏感膜外部，所述玻璃管距離敏感膜下端0.5-1厘米。
[0009]作為優(yōu)選，步驟(2)中所述吡咯與10?15%鹽酸水溶液的質(zhì)量比為1:0.6?1。
[0010]聚吡咯由于其鏈剛性和鏈間強(qiáng)相互作用，使它的可溶性極差，在大部分常用的有機(jī)溶劑中幾乎不溶。而采用對羥基苯磺酸與吡咯共聚制得改性聚吡咯，由于其分子鏈中引入極性分子對羥基苯磺酸，大大增加了共聚物的分子鏈柔韌性，使其溶解于低沸點(diǎn)的三氯乙烷中，從而避免步驟(4)烘干過程中因溫度過高對鉛離子載體n結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，保持了敏感膜的高度靈敏性。
[0011]本發(fā)明的有益效果為:1、本發(fā)明采用對羥基苯磺酸與吡咯共聚物作為敏感膜的成膜材料，替代現(xiàn)有技術(shù)中的 pvc，與相鄰層的導(dǎo)電聚吡咯具有較好的相容性，增加層間作用力，減少層間信號傳遞損失， 從而進(jìn)一步增強(qiáng)離子電極的靈敏度，使得電極檢測濃度下限低至nrVoi/L;同時增加共聚物的吸附點(diǎn)，提高其離子吸附能力，擴(kuò)大鉛離子的檢測范圍。
[0012]2、對羥基苯磺酸與吡咯共聚物相比聚吡咯在有機(jī)溶劑中具有更好的溶解性，常溫下即可溶于低沸點(diǎn)三氯乙烷中，從而避免步驟(4)烘干過程中因溫度過高對鉛離子載體n 結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，保持了敏感膜的高度靈敏性?！揪唧w實(shí)施方式】
[0013]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0014]實(shí)施例1(1)將銀絲表面打磨光滑，置于15%鹽酸水溶液中超聲清洗15分鐘后，再用去離子水沖洗干凈，并干燥；(2)將10g吡咯與6g 15%鹽酸水溶液混合均勻，將清洗干凈的銀絲置于其中，通過電化學(xué)工作站CHI660A，以50mV/S掃描速度，于0-1.6V電位范圍內(nèi)循環(huán)伏安掃描活化電極，連續(xù)掃描10循環(huán)，從而在銀絲表面鍍一層導(dǎo)電聚吡咯膜，其中銀絲為工作電極，飽和甘汞電極和鉑電極分別作參比電極和對電極；(3)將15g吡咯-對羥基苯磺酸共聚物、6g鉛離子載體n、12g 2-硝基苯辛醚、3g十六烷基磺酸鈉和64g三氯乙烷混合均勻得到陰離子屏蔽膜溶液；(4)將步驟(2)所得包覆有聚吡咯的電極蘸取步驟(3)所得陰離子屏蔽膜溶液，倒插在泡沫塑料上，于75°C真空干燥24小時后，電極最外層成功鍍上鉛離子敏感膜；(5)將玻璃管包覆在鉛離子敏感膜外部，所述玻璃管距離敏感膜下端1厘米。
[0015]實(shí)施例2(1)將金絲表面打磨光滑，置于15%鹽酸水溶液中超聲清洗20分鐘后，再用去離子水沖洗干凈，并干燥；(2)將10g吡咯與8g 10%鹽酸水溶液混合均勻，將清洗干凈的金絲置于其中，通過電化學(xué)工作站CHI660A，以50mV/S掃描速度，于0-1.6V電位范圍內(nèi)循環(huán)伏安掃描活化電極，連續(xù)掃描15循環(huán)，從而在金絲表面鍍一層導(dǎo)電聚吡咯膜，其中金絲為工作電極，飽和甘汞電極和鉑電極分別作參比電極和對電極；(3)將12g吡咯-對羥基苯磺酸共聚物、5g鉛離子載體n、16g 2-硝基苯辛醚、5g十六烷基磺酸鈉和62g三氯乙烷混合均勻得到陰離子屏蔽膜溶液；(4)將步驟(2)所得包覆有聚吡咯的電極蘸取步驟(3)所得陰離子屏蔽膜溶液，倒插在泡沫塑料上，于75°C真空干燥24小時后，電極最外層成功鍍上鉛離子敏感膜；(5)將玻璃管包覆在鉛離子敏感膜外部，所述玻璃管距離敏感膜下端0.5厘米。
[0016]實(shí)施例3(1)將鉑絲表面打磨光滑，置于15%鹽酸水溶液中超聲清洗30分鐘后，再用去離子水沖洗干凈，并干燥；(2)將10g吡咯與10g 12%鹽酸水溶液混合均勻，將清洗干凈的鉑絲置于其中，通過電化學(xué)工作站CHI660A，以50mV/S掃描速度，于0-1.6V電位范圍內(nèi)循環(huán)伏安掃描活化電極，連續(xù)掃描20循環(huán)，從而在鉑絲表面鍍一層導(dǎo)電聚吡咯膜，其中鉑絲為工作電極，飽和甘汞電極和銀電極分別作參比電極和對電極；(3)將20g吡咯-對羥基苯磺酸共聚物、8g鉛離子載體n、10g 2-硝基苯辛醚、4g十六烷基磺酸鈉和58g三氯乙烷混合均勻得到陰離子屏蔽膜溶液；(4)將步驟(2)所得包覆有聚吡咯的電極蘸取步驟(3)所得陰離子屏蔽膜溶液，倒插在泡沫塑料上，于75°C真空干燥24小時后，電極最外層成功鍍上鉛離子敏感膜；(5)將玻璃管包覆在鉛離子敏感膜外部，所述玻璃管距離敏感膜下端0.8厘米。
[0017]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于聚吡咯的高靈敏度鉛離子電極，其特征在于，所述鉛離子電極從內(nèi)到外依 次包括:金屬絲、導(dǎo)電聚吡咯膜、鉛離子敏感膜和玻璃管，所述鉛離子敏感膜中包含吡咯-對 羥基苯磺酸共聚物。2.如權(quán)利要求1所述的基于聚吡咯的高靈敏度鉛離子電極，其特征在于，所述金屬絲的 材質(zhì)為銀、金或鉑。3.制備如權(quán)利要求1或2所述基于聚吡咯的高靈敏度鉛離子電極的方法，其特征在于， 所述制備方法包括如下步驟:(1)將金屬絲表面打磨光滑，置于15%鹽酸水溶液中超聲清洗15?30分鐘后，再用去離 子水沖洗干凈，并干燥；(2)將吡咯與10?15%鹽酸水溶液混合均勻，將清洗干凈的金屬絲置于其中，通過電化 學(xué)工作站CHI660A，以50mV/S掃描速度，于0-1.6V電位范圍內(nèi)循環(huán)伏安掃描活化電極，從而 在金屬絲表面鍍一層導(dǎo)電聚吡咯膜，其中金屬絲為工作電極，飽和甘汞電極和鉑電極分別 作參比電極和對電極；(3)將下12-20重量份吡咯-對羥基苯磺酸共聚物、5-8重量份鉛離子載體I1、10-16重 量份2-硝基苯辛醚、3-5重量份十六烷基磺酸鈉和58-64重量份三氯乙烷混合均勻得到陰離 子屏蔽膜溶液；(4)將步驟(2)所得包覆有聚吡咯的電極蘸取步驟(3)所得陰離子屏蔽膜溶液，倒插在 泡沫塑料上，于75°C真空干燥24小時后，電極最外層成功鍍上鉛離子敏感膜；(5)將玻璃管包覆在鉛離子敏感膜外部，所述玻璃管距離敏感膜下端0.5-1厘米。4.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述吡咯與10?15%鹽酸水溶 液的質(zhì)量比為1:0.6?1。
【文檔編號】G01N27/333GK106018525SQ201610336709
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】孫云福, 紀(jì)曉聲, 陳波, 章鐵毅
【申請人】浙江剛竹網(wǎng)絡(luò)科技有限公司