一種以金屬絲為基材的亞砷酸根固體電極及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種以金屬絲為基材的亞砷酸根固體電極及其制備方法。它包括金屬絲、亞砷酸金屬、陽(yáng)離子屏蔽膜、熱縮管，金屬絲下部表面原位包覆一層亞砷酸金屬，亞砷酸金屬的外表面又包覆一層陽(yáng)離子屏蔽膜，金屬絲中部和陽(yáng)離子屏蔽膜的上部包覆有熱縮管。本發(fā)明具有機(jī)械強(qiáng)度高，韌性大，靈敏度高，體積小，探測(cè)響應(yīng)快，檢測(cè)下限極低，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，它和固體參比電極配套使用，適用于對(duì)海水、養(yǎng)殖用水和化學(xué)、化工水介質(zhì)中的亞砷酸根離子含量進(jìn)行在線(xiàn)探測(cè)和長(zhǎng)期原位監(jiān)測(cè)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種以金屬絲為基材的亞砷酸根固體電極及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種以金屬絲為基材的亞砷酸根固體電極及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]砷是自然界最常見(jiàn)的化學(xué)元素，亞砷酸根是砷的最重要的存在形式。在自然界，亞砷酸根可以來(lái)自認(rèn)為污染，也可以來(lái)自天然污染源，如含砷地質(zhì)體的風(fēng)化，含砷熱液、熱泉和地下水活動(dòng)等。砷污染對(duì)人類(lèi)健康危害極大，探測(cè)水體中亞砷酸根的含量是認(rèn)識(shí)砷污染分布范圍的重要手段，對(duì)環(huán)境保護(hù)和治理具有重要意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的是提供一種以金屬絲為基材的亞砷酸根固體電極及其制備方法。
[0004]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
以金屬絲為基材的亞砷酸根固體電極包括金屬絲、亞砷酸金屬、陽(yáng)離子屏蔽膜、熱縮管，金屬絲下部表面原位包覆一層亞砷酸金屬，在亞砷酸金屬的外表面又包覆一層陽(yáng)離子屏蔽膜，金屬絲的中部和陽(yáng)離子屏蔽膜的上部包覆有熱縮管。
[0005]所述的金屬是Ag、Cu或Pb。
[0006]所述的陽(yáng)離子屏蔽膜是以質(zhì)量百分比計(jì)其組成為:聚氯乙烯8_10%，三十二烷基甲基氯化銨1_2%，四(4-氯苯基)硼酸鉀鹽0.6-1%，四氫呋喃或二甲基甲酰胺87-90%。
[0007]以金屬絲為基材的亞砷酸根固體電極的制備方法的步驟如下:
1)將直徑為0.5至I毫米，長(zhǎng)度為5至15厘米的金屬絲依次在丙酮和稀酸中清洗，以除去表面油污和氧化膜，再用去離子水清洗后干燥；
2)將亞砷酸鈉或亞砷酸鉀溶解于水中，配制成濃度為0.1至0.2摩爾/升的亞砷酸鈉或亞砷酸鉀溶液；
3)以金屬絲為工作電極，即陽(yáng)極，石墨為固體參比電極，Pt片為輔助電極，即陰極，接在電化學(xué)工作站上，將上述三支電極浸入亞砷酸鈉或亞砷酸鉀溶液中，米用循環(huán)掃描電位法，掃描速率為30至SOmViT1,電位范圍O至IV，掃描I至10個(gè)循環(huán)，在金屬絲表面形成亞砷酸金屬沉淀；反應(yīng)完成后用水清洗，然后用紙巾吸干；
4)配制陽(yáng)離子屏蔽膜溶液/懸混液，以質(zhì)量百分比計(jì)其組成為:聚氯乙烯8-10%，三十二烷基甲基氯化銨1_2%，四(4-氯苯基)硼酸鉀鹽0.6-1%，四氫呋喃或二甲基甲酰胺87-90%。
[0008]5)用包覆有亞砷酸金屬的金屬絲部分快速蘸取配制好的陽(yáng)離子屏蔽膜溶液/懸混液，然后倒置晾干；
6)將熱縮管包覆在金屬絲的中部和陽(yáng)離子屏蔽膜的上部，即得到亞砷酸根固體電極。
[0009]所述的稀酸是質(zhì)量百分比濃度為5%至15%的鹽酸、硫酸、硝酸中的一種或數(shù)種。
[0010]所述的亞砷酸金屬中的金屬是Ag、Cu或Pb。
[0011]本發(fā)明提供的固體亞砷酸根電極結(jié)構(gòu)小巧，易于和其它電極集成使用，且制備方法簡(jiǎn)便。這種固體亞砷酸根電極適用于在海洋、湖泊、海流等天然水域中探測(cè)亞砷酸根離子的濃度，對(duì)水環(huán)境變化進(jìn)行長(zhǎng)期在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，也適用于工業(yè)企業(yè)的排放和生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行在線(xiàn)觀(guān)測(cè)。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是以金屬絲為基材的亞砷酸根固體電極的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:金屬絲1、亞砷酸金屬2、陽(yáng)離子屏蔽膜3、熱縮管4。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以金屬絲為基材的亞砷酸根固體電極包括金屬絲1、亞砷酸金屬2、陽(yáng)離子屏蔽膜
3、熱縮管4,金屬絲I下部表面原位包覆一層亞砷酸金屬2,在亞砷酸金屬2的外表面又包覆一層陽(yáng)離子屏蔽膜3，金屬絲I的中部和陽(yáng)離子屏蔽膜3的上部包覆有熱縮管4。
[0014]所述的金屬絲I需要包覆亞砷酸金屬2與陽(yáng)離子屏蔽膜3的僅為用作探測(cè)一端的I厘米左右的長(zhǎng)度，其余部分用作信號(hào)傳遞的導(dǎo)體，無(wú)需包覆。所述的金屬是Ag、Cu、Pb中的一種，選用這些金屬絲I作為基材，是因?yàn)樗哂辛己玫碾妼?dǎo)率和韌性。本電極以金屬絲I作為基材，亞砷酸金屬2為敏感膜，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)靈敏的優(yōu)點(diǎn)。
[0015]金屬絲I 一方面是電極的基材，同時(shí)也是響應(yīng)信號(hào)的導(dǎo)體。包覆在金屬絲I上的亞砷酸金屬2起著亞砷酸根離子敏感膜的作用，水體中溶解的亞砷酸根離子會(huì)在參比電極和固體亞砷酸根電極之間形成響應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即電壓型響應(yīng)信號(hào)。最外層的陽(yáng)離子屏蔽膜3起著保護(hù)電極的作用。
[0016]所述的金屬是Ag、Cu或Pb。
[0017]所述的陽(yáng)離子屏蔽膜是以質(zhì)量百分比計(jì)其組成為:聚氯乙烯8_10%，三十二烷基甲基氯化銨1_2%，四(4-氯苯基)硼酸鉀鹽0.6-1%，四氫呋喃或二甲基甲酰胺87-90%。其中聚氯乙烯為成膜劑；三十二烷基甲基氯化銨屬季銨鹽類(lèi)化合物，在配方中能改善膜的親水性，使水溶性陰離子易于透過(guò)；四(4-氯苯基)硼酸鉀鹽能允許陰離子通過(guò)，但阻止陽(yáng)離子透過(guò)，因此它在配方中具有屏蔽陽(yáng)離子的作用。因溶劑揮發(fā)性較強(qiáng)，陽(yáng)離子屏蔽膜溶液應(yīng)現(xiàn)配現(xiàn)用，不要儲(chǔ)存。
[0018]以金屬絲為基材的亞砷酸根固體電極的制備方法的步驟如下:
1)將直徑為0.5至I毫米，長(zhǎng)度為5至15厘米的金屬絲I依次在丙酮和稀酸中清洗，以除去表面油污和氧化膜，再用去離子水清洗后干燥；
2)將亞砷酸鈉或亞砷酸鉀溶解于水中，配制成濃度為0.1至0.2摩爾/升的亞砷酸鈉或亞砷酸鉀溶液；亞砷酸鈉或亞砷酸鉀能被空氣中的氧氣氧化，溶液應(yīng)現(xiàn)配現(xiàn)用，不要儲(chǔ)存。
[0019]3)以金屬絲I為工作電極，即陽(yáng)極，石墨為固體參比電極，Pt片為輔助電極，即陰極，接在電化學(xué)工作站上，將上述三支電極浸入亞砷酸鈉或亞砷酸鉀溶液中，采用循環(huán)掃描電位法，掃描速率為30至SOmVs—1，電位范圍O至IV，掃描I至10個(gè)循環(huán)，在金屬絲表面形成亞砷酸金屬2沉淀；反應(yīng)完成后用水清洗，然后用紙巾吸干；應(yīng)控制掃描次數(shù)，使亞砷酸金屬2沉淀不至于過(guò)厚。
[0020]4)配制陽(yáng)離子屏蔽膜溶液/懸混液，以質(zhì)量百分比計(jì)其組成為:聚氯乙烯(PVC) 8-10%,三十二燒基甲基氯化銨1-2%,四(4-氯苯基)硼酸鉀鹽(potassium tetrakis(4-chlorophenyl) borate) 0.6-1%,四氫呋喃(THF)或二甲基甲酰胺(DMF) 87-90%。
[0021]5)用包覆有亞砷酸金屬2的金屬絲I部分快速蘸取配制好的陽(yáng)離子屏蔽膜3溶液/懸混液，然后倒置晾干；
6)將熱縮管4包覆在金屬絲I的中部和陽(yáng)離子屏蔽膜3的上部，即得到亞砷酸根固體電極。
[0022]所述的稀酸是質(zhì)量百分比濃度為5%至15%的鹽酸、硫酸、硝酸中的一種或數(shù)種。去除油污也可以使用其它有機(jī)溶劑，如汽油。金屬表面有致密堅(jiān)硬的氧化膜，稀酸處理后氧化膜被溶解。當(dāng)金屬絲I在稀酸中出現(xiàn)起泡時(shí)，表明氧化膜已被溶解，應(yīng)盡快從稀酸中取出并進(jìn)入下道工序，以免表面被重新氧化。
[0023]所述的亞砷酸金屬2中的金屬是Ag、Cu或Pb。
[0024]實(shí)施例1:
1)將直徑為0.5毫米，長(zhǎng)度為10厘米的銀絲I依次在丙酮和稀鹽酸中清洗，以除去表面油污和氧化膜，再用去離子水清洗后干燥；
2)將亞砷酸鈉溶解于水中，配制成濃度為0.1摩爾/升的溶液；
3)以銀絲I為工作電極(陽(yáng)極)，石墨為固體參比電極，Pt片為輔助電極(陰極)，接在電化學(xué)工作站上，將上述三支電極浸入溶液中，采用循環(huán)掃描電位法，掃描速率為30至SOmVs-1,電位范圍O至IV，掃描I個(gè)循環(huán)，在銀絲I表面形成亞砷酸銀2沉淀，反應(yīng)完成后用水清洗，然后用紙巾吸干；
4)配制陽(yáng)離子屏蔽膜溶液/懸混液，以質(zhì)量百分比計(jì)其組成為:聚氯乙烯(PVC)8%,三十二燒基甲基氯化銨2 %,四(4-氯苯基)硼酸鉀鹽(potassium tetrakis(4-chlorophenyl) borate) 1%,四氧咲喃(THF)或二甲基甲酸胺(DMF) 89% ；
5)用包覆有亞砷酸銀2的銀絲I部分快速蘸取配制好的陽(yáng)離子屏蔽膜3溶液/懸混液，然后倒置晾干；
6)將熱縮管4包覆在金屬絲I中部沒(méi)有亞砷酸銀2的部分和陽(yáng)離子屏蔽膜3的上部，即得到亞砷酸根固體電極。
[0025]實(shí)施例2:
1)將直徑為I毫米，長(zhǎng)度為10厘米的銅絲I依次在丙酮和稀硫酸中清洗，以除去表面油污和氧化膜，再用去離子水清洗后干燥；
2)將亞砷酸鉀溶解于水中，配制成濃度為0.1摩爾/升的溶液；
3)以銅絲I為工作電極(陽(yáng)極)，石墨為參比電極，Pt片為輔助電極(陰極)，接在電化學(xué)工作站上，將上述三支電極浸入到亞砷酸鉀溶液中，采用循環(huán)掃描電位法，掃描速率為30至80mVs4,電位范圍O至IV,掃描10個(gè)循環(huán),在銅絲I表面形成亞砷酸銅2沉淀；反應(yīng)完成后用水清洗，然后用紙巾吸干；
4)配制陽(yáng)離子屏蔽膜溶液/懸混液，以質(zhì)量百分比計(jì)其組成為:聚氯乙烯(PVC)10%,三十二燒基甲基氯化銨I %,四(4-氯苯基)硼酸鉀鹽(potassium tetrakis(4-chlorophenyl) borate) 0.6%,四氧咲喃(THF)或二甲基甲酸胺(DMF) 88.4% ；
5)用包覆有亞砷酸銅2的銅絲I部分快速蘸取配制好的陽(yáng)離子屏蔽膜3溶液/懸混液，然后倒置晾干；6)將熱縮管4包覆在金屬絲I中部和陽(yáng)離子屏蔽膜3的上部，即得到亞砷酸根固體電極。
[0026]實(shí)施例3:
1)將直徑為I毫米，長(zhǎng)度為10厘米的鉛絲I依次在丙酮和稀硫酸中清洗，以除去表面油污和氧化膜，再用去離子水清洗后干燥；
2)將亞砷酸鈉溶解于水中，配制成濃度為0.2摩爾/升的溶液；
3)以鉛絲I為工作電極(陽(yáng)極)，石墨為參比電極(陰極)，Pt片為輔助電極(陰極)，接在電化學(xué)工作站上，將上述三支電極浸入到亞砷酸鉀溶液中，采用循環(huán)掃描電位法，掃描速率為30至80mVs'電位范圍O至IV,掃描2個(gè)循環(huán),在鉛絲I表面形成亞砷酸鉛2沉淀；反應(yīng)完成后用水清洗，然后用紙巾吸干；
4)配制陽(yáng)離子屏蔽膜溶液/懸混液，以質(zhì)量百分比計(jì)其組成為:聚氯乙烯(PVC)9%,三十二燒基甲基氯化銨1.6%,四(4-氯苯基)硼酸鉀鹽(potassium tetrakis(4-chlorophenyl) borate) 0.8%,四氧咲喃(THF)或二甲基甲酸胺(DMF) 88.6% ；
5)用包覆有亞砷酸鉛2的鉛絲I部分快速蘸取配制好的陽(yáng)離子屏蔽膜3溶液，然后倒置晾干;
6)將熱縮管4包覆在金屬絲I中部和陽(yáng)離子屏蔽膜3的上部，即得到亞砷酸根固體電極。
【權(quán)利要求】
1.一種以金屬絲為基材的亞砷酸根固體電極,其特征在于它包括金屬絲(I)、亞砷酸金屬(2)、陽(yáng)離子屏蔽膜(3)、熱縮管(4)，金屬絲(I)下部表面原位包覆一層亞砷酸金屬(2)，在亞砷酸金屬(2)的外表面又包覆一層陽(yáng)離子屏蔽膜(3)，金屬絲(I)的中部和陽(yáng)離子屏蔽膜(3)的上部包覆有熱縮管(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以金屬絲為基材的亞砷酸根固體電極，其特征在于，所述的金屬是Ag、Cu或Pb。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以金屬絲為基材的亞砷酸根固體電極，其特征在于，所述的陽(yáng)離子屏蔽膜是以質(zhì)量百分比計(jì)其組成為:聚氯乙烯8-10%，三十二烷基甲基氯化銨1-2%，四(4-氯苯基)硼酸鉀鹽0.6-1%，四氫呋喃或二甲基甲酰胺87-90%。
4.一種以金屬絲為基材的亞砷酸根固體電極的制備方法，其特征在于，它的步驟如下: O將直徑為0.5至I毫米，長(zhǎng)度為5至15厘米的金屬絲(I)依次在丙酮和稀酸中清洗，以除去表面油污和氧化膜，再用去離子水清洗后干燥； 2)將亞砷酸鈉或亞砷酸鉀溶解于水中，配制成濃度為0.1至0.2摩爾/升的亞砷酸鈉或亞砷酸鉀溶液； 3)以金屬絲(I)為工作電極，即陽(yáng)極，石墨為固體參比電極，Pt片為輔助電極，即陰極，接在電化學(xué)工作站上，將上述三支電極浸入亞砷酸鈉或亞砷酸鉀溶液中，采用循環(huán)掃描電位法，掃描速率為30至SOmVs—1，電位范圍O至IV，掃描I至10個(gè)循環(huán)，在金屬絲表面形成亞砷酸金屬(2)沉淀；反應(yīng)完成后用水清洗，然后用紙巾吸干； 4)配制陽(yáng)離子屏蔽膜溶液/懸混液，以質(zhì)量百分比計(jì)其組成為:聚氯乙烯8-10%，三十二烷基甲基氯化銨1_2%，四(4-氯苯基)硼酸鉀鹽0.6-1%，四氫呋喃或二甲基甲酰胺87-90% ； 5)用包覆有亞砷酸金屬(2)的金屬絲(I)部分快速蘸取配制好的陽(yáng)離子屏蔽膜(3)溶液/懸混液，然后倒置晾干； 6)將熱縮管(4)包覆在金屬絲(I)的中部和陽(yáng)離子屏蔽膜(3)的上部，即得到亞砷酸根固體電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種以金屬絲為基材的亞砷酸根固體電極的制備方法，其特征在于，所述的稀酸是質(zhì)量百分比濃度為5%至15%的鹽酸、硫酸、硝酸中的一種或數(shù)種。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種以金屬絲為基材的亞砷酸根固體電極的制備方法，其特征在于，所述的亞砷酸金屬(2)中的金屬是Ag、Cu或Pb。
【文檔編號(hào)】G01N27/333GK103472109SQ201310410930
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月28日
【發(fā)明者】葉瑛, 黃元鳳, 賈健君, 殷天雅, 秦華偉, 張斌, 潘依雯, 陳雪剛, 夏枚生 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)