一种用于二酚类微型传感器的碳纤维电极的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种对对苯二酚和邻苯二酚具有电催化活性的碳纤维电极，属于电化学领域。
【背景技术】
[0002]在过去的几十年里，所建立的检测底物的方法包括荧光法、化学发光法、分光光度法、固相萃取技术、脉冲辐射和高效液相色谱存在很多不足的方面。这些测试方法耗时、成本高、灵敏度低和预处理过程复杂。近几年，研宄的方向转向了更有效的电化学技术来降低检测限，在低成本的情况下得到可靠的结果。
[0003]由于传感器可以取代常规的化学分析方法，因此，它的出现可以说是一场技术革命。为此，世界上一些科技发达的国家都把传感器的研宄作为生物技术产业化的关键技术，投入了相当大的人力、物力进行研制开发。近年来，传感器已经在医学诊断、食品营养、环境监测、国防工业及人类卫生保健等诸多领域中得到了广泛的应用。
[0004]传统的传感器电极有碳糊电极、玻碳电极、金电极、铜电极等，这些电极的造价成本都很高，很难得到商业化发展，因此研宄和开发新型的低成本传感器电极十分必要。
[0005]小型化是分析化学的一个发展趋势。工作电极的小型化不仅具有明显的实际应用优越性，而且也是在理论基础方面创造了许多新的机遇。这里“微电极”的概念是指那些至少在一维上尺寸不大于25 μπι的电极。这样的尺寸非常有利于分析，包括对微观尺寸的探索，局域浓度变化的测定，微流动体系的检测，非常小体积样品的分析。
[0006]微电极也展示了其他重要的性质，扩展了电化学应用的可能性。
[0007](I)由于微电极上的总电流很小，使其可能应用于电阻高且在普通电极上会产生很大欧姆降的电解池中。为了减小欧姆降人们把电化学测定在新的独特的环境中应用。有报道，微电极可应用于低介电常数的溶液、冷冻的乙腈、低温玻璃、气相或固相、超临界二氧化碳、离子化的导电聚合物、油基润滑剂以及牛奶中。此外，较传统的体系能够在很少或不加支持电解质的情况下在两电极系统下进行研宄。在故意不加支持电解质的有机介质中使用，能够很大程度地扩展电化学电位窗，这样可以用于研宄具有很高氧化电位的组分。例如，乙腈能够使用的电位窗是4V(相对于Ag/AgCl电极)，从而有可能研宄短链的烷烃。不加支持电解质，对于用溶出伏安法测定痕量金属很有利，这样不仅可以减少可能的杂质，而且可以改变化学平衡。
[0008](2)由于较小的表面积，微电极的双电层电容将很大程度的减小，并引起电化学电解池较小的RC时间常数。例如，微圆盘电极的RC时间常数正比于电极的半径。小的RC常数允许进行高速的毫秒级的伏安实验(扫速高于106V/s)，于是可以检测很快的电子转移动力学和偶联的化学反应或动力学过程，例如细胞外分泌。
[0009](3)增强了电活性组分的传质速率，通过由径向扩散(非平面)到微电极的棱角性扩散。这种棱角效应对整体的扩散电流有明显的贡献。向电极表面或从电极表面的扩散(形成电流密度)随电极尺寸的减小而增加。由于传质速率的增加和充电电流的减小，与普通电极相比，微电极展现了优异的信噪比。此外，稳态或准稳态电流的迅速获得，对流传质可以忽略。在微电极上氧化还原反应受传质限制变成为受电子转移速率限制，并由此可以进行许多动力学研宄。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是降低电极的生产成本，提供一种对二酚类化合物具有高电催化活性的碳纤维修饰电极。
[0011]本发明通过简单的组装将碳纤维和铜丝连接起来，外加封装。与传统的电极相比，例如金电极，玻碳电极，碳糊电极等，具有低成本的优势。具体组装的步骤为:将直径大约为6 μπι的碳纤维分别在丙酮和蒸馏水中超声2?3分钟。选取一根碳纤维，通过银导电胶水将碳纤维和铜丝连接，在室温下干燥；同时把毛细管长度切割为5?6cm，并将之前连接好的碳纤维封装在毛细管内，室温下充分干燥，之后将裸露在外面的碳纤维长度剪切合适的长度。
[0012]本发明提供的对二酚类化合物具有电催化活性的碳纤维修饰电极，连接碳纤维与铜丝时，使用的粘连剂为银导电胶水。
[0013]本发明提供的对二酚类化合物具有电催化活性的碳纤维修饰电极，封装碳纤维时，使用的粘合剂是不具备电化学活性的环氧树脂。
[0014]本发明提供的对二酚类化合物具有电催化活性的碳纤维修饰电极，修饰碳纤维采用的技术是恒电位聚合。具体修饰的步骤是:将组装完毕的碳纤维电极浸入到稀硫酸中进行活化，电位在OV?1.7V之间进行循环伏安扫描，直到出现稳定不变的循环伏安图像；将电极浸入到含有高氯酸锂和3，4-乙烯二氧噻吩(EDOT)的乙腈溶液中，进行电聚合，聚合时间为10?15s。
[0015]本发明提供的对二酚类化合物具有高电催化活性的碳纤维修饰电极，对二酚类化合物的电催化活性具体体现在对邻苯二酚和对苯二酚的电催化活性。
(四)
【附图说明】
[0016]图1为碳纤维电极简图
[0017]图2为裸碳纤维电极(I号曲线)和修饰碳纤维电极(2号曲线)对含有对苯二酚和邻苯二酚的PBS缓冲溶液循环伏安图像
(五)
【具体实施方式】
[0018]下面结合实施例将对本发明予以进一步说明，但并不因此而限制本发明。
[0019]实施例1
[0020]碳纤维电极的组装
[0021](I)将直径大约为6 μπι的碳纤维分别在丙酮和蒸饱水中超声2?3分钟，选取一根碳纤维用银导电胶水将碳纤维和铜丝粘结，室温下干燥；
[0022](2)将毛细管切割为长度为5?6cm，用酒精灯灼烧毛细管两端，使开口收缩变小，用于封装；
[0023](3)将粘结好的碳纤维用环氧树脂封装在毛细管内，室温下充分干燥，之后将裸露在外面的碳纤维长度剪切为0.8?1mm。
[0024]实施例2
[0025]碳纤维的修饰
[0026](I)将组装完毕的碳纤维电极浸入到稀H2SO4中，电位设定为OV?1.7V，进行循环伏安扫描，直到出现稳定不变的循环伏安图像；
[0027](2)将组装好的电极浸入到含有一定浓度的高氯酸锂和EDOT单体的乙腈溶液，通入高纯氮气若干分钟，排除氧气的干扰。采用恒电位聚合，聚合电位设定为1.2?1.4V，聚合时间设定为10?15s。
[0028]实施例3
[0029]对苯二酚和邻苯二酚的检测
[0030](I)将一定浓度的对苯二酚和邻苯二酚加入到pH为7的PBS缓冲溶液中，电位在-0.2V?0.6V，0.lV/s的扫速下进行循环伏安扫描，观察到对苯二酚和邻苯二酚的氧化电位；
[0031](2)采用标准加入法，分别在各自的氧化电位下向不断搅拌的PBS溶液中加入对苯二酚和邻苯二酚，在得到的电流-时间曲线上计算各自的检测范围和检测限。
【主权项】
1.一种用于二酚类微型传感器的碳纤维电极，其特征在于:通过简单的步骤组装了碳纤维电极，并且在电极末端的碳纤维表面修饰了具有电催化活性的导电聚合物-聚3，4_乙烯二氧噻吩(PEDOT)。2.根据权利要求1所述的碳纤维电极的组装步骤，其特征在于:将直径大约为6μπι的碳纤维分别在丙酮和蒸馏水中超声2?3分钟。选取一根碳纤维，通过银导电胶水将碳纤维和铜丝连接，室温下干燥；同时把毛细管长度切割为5?6cm，并将之前连接好的碳纤维通过环氧树脂封装在毛细管内，在室温下充分干燥，之后将裸露在外面的碳纤维长度剪切为合适的长度。3.根据权利要求1所述的在碳纤维电极末端修饰导电聚合物，其特征在于:活化完毕的碳纤维电极作为工作电极，Ag/AgCl电极和铂电极分别作为参比电极和辅助电极同时浸入到导电聚合物溶液中，进行电聚合。4.根据权利要求3所述的对组装完毕的碳纤维进行活化，其特征是将组装完毕的碳纤维电极浸入到稀H2SO4中，电位在OV?1.7V之间进行循环伏安扫描，直到出现稳定不变的循环伏安图像。
【专利摘要】本发明涉及传感器电极的修饰，具体地说就是组装碳纤维电极并对表面进行修饰，从而增强其对检测物的灵敏度和信号强度。其制备的具体过程包括：(1)分别用丙酮和蒸馏水对碳纤维超声2～3分钟，干燥之后用银导电胶水将铜丝和碳纤维连接到一起；(2)使用无电化学催化活性的环氧树脂将铜丝封装到毛细管中，室温下充分干燥；(3)将毛细管尖端的碳纤维长度切割成合适的长度，并把电极浸入到稀H2SO4中进行电化学活化；(4)活化完毕的电极浸入到含有3，4-乙烯二氧噻吩(EDOT)和高氯酸锂的乙腈溶液中进行恒电位聚合；(5)使用电化学工作站对制备的电极进行性能的测试。本发明不仅操作简单而且大大降低了电极的成本，所制备的电极对二酚类物质有很高的催化氧化能力，在微电极领域有较高的实用价值。
【IPC分类】G01N27/30
【公开号】CN104914149
【申请号】CN201510330642
【发明人】郑海涛, 宋艳辉, 王宁鑫, 杨婷
【申请人】天津工业大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月15日