专利名称：丝网印刷电极及制备工艺和传感器及检测方法
技术领域：
本发明涉及的是一种可快速检测水中重金属含量的丝网印刷电极及制备工艺和丝网印刷电极制成的传感器及传感器用于检测重金属铅含量的方法，属于分析仪器技术领域。
背景技术：
铅(Pb2+)是自然界中存在的一种有害重金属离子，对人的神经系统、消化系统、造血机能和男性生殖系统等都有危害，尤其危害大脑正处于发育阶段的儿童。为此，世界卫生组织规定水中的Pb2+含量不能超过10μg/L。Pb2+的测定方法有双硫腙比色法、原子吸收法、等离子体质谱和电化学方法等；其中以质谱法最为灵敏，检测限可达1.0×10-3μg/L，火焰原子吸收法的检出限可达1.0μg/L，电化学溶出法的灵敏度介于原子吸收法和质谱法之间，且仪器易于小型化，操作简便，适用于野外现场检测有毒重金属离子，因此该法日益引人关注。
溶出伏安分析的高灵敏度是源于痕量金属在工作电极表面的富集作用，采用合适的扫描方法，溶出伏安分析不仅可以提供重金属浓度，也可以分析重金属的化学形态。近年来，溶出伏安分析在重金属的测量方面得到较快发展，新的传感器技术替代了传统的滴汞电极，免除了除氧等步骤，手持型的溶出伏安分析仪也得到了迅速商业化。其中，汞膜电极溶出法是最有效的测Pb2+方法之一，但由于汞具有环境毒性，研究人员采用了金膜、银膜、铂膜和碳膜修饰电极来替代汞膜电极。
电化学传感器的实际应用中，因为实际样本的复杂性，传感器存在着“电极中毒”的现象，使传感器的表面容易受到破坏，因此，近年来普遍研究一次性传感器以消除检测过程对于电极本身的污染。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，而提供一种结构简单、操作方便、成本低且检测灵敏度高的丝网印刷电极及制备工艺和传感器及检测方法。它是一种电极，这种电极采用丝网印刷工艺制备，饮用差分脉冲阳极溶出伏安分析，可以快速检测水中痕量铅Pb，可以用于湖泊、水库、河流、污水厂等的重金属污染快速监测，也可以用于蔬菜等重金属残留、血铅的快速检测。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种丝网印刷电极，包括一印制电极的基片、基片上印制的外部绝缘层和至少两根电极引线，所述的基片上还印制有三个电极，分别为一个金电极、一个碳电极和一个Ag/AgCl电极，各电极对应连接有一电极引线。
所述的基片上还印制有一电极规范层，该层位于电极和绝缘层之间。
一种如上所述丝网印刷电极的制备工艺是首先选取基片清洁并干燥耐热；然后印制电极引线；接着烘干基片，依次用碳糊浆料印制碳电极并烘干、Ag/AgCl浆糊印制Ag/AgCl电极并烘干和金浆料印制金电极并烘干；再接着采用光固绝缘浆印制电极规范层并用紫外光固化；最后采用光固绝缘浆印制电极绝缘层并用紫外光固化。
所述的金电极印制过程中，烘干温度为60-80度，时间15-30分钟，碳电极以及Ag/AgCl电极印制过程中，烘干温度为100-150度，时间8-15分钟。
所述的金电极印制过程，烘干温度为70度，时间20分钟，碳电极以及Ag/AgCl电极印制过程中，烘干温度为120度，时间10分钟。
一种采用如上所述丝网印刷电极制成的传感器，它至少包括一丝网印刷电极和一外部结构，丝网印刷电极与外部结构固定连接，在印刷电极与外部结构之间设置有一T型检测空腔。
所述的外部结构为固定在丝网印刷电极一侧的补强板和另一侧的上盖和支撑架，所述的T型空腔设置在支撑架上。
一种利用如上所述传感器用于检测重金属铅含量的方法，采用方波伏安分析法，首先，将所述的传感器与电化学分析仪器相连；其次，将代测样本与0.1M HCl在5mL试管中混合形成检测溶液；最后，将传感器电极下端浸入溶液开始方波伏安分析法。
所述的检测溶液的混合比例为0.8-1ml的代测样本、3-5ml的去离子水和5ml0.1M的HCL溶液；所述的方波伏安法分析参数为稳定电压+0.5V 30妙，富集电位-0.5V 120妙，平衡时间30妙，方波幅度28mV，电位步进值3 mV，频率15Hz，工作电位窗口-0.5-+0.2V。
本发明与现有技术相比，具有丝网印刷电极结构简单，加工方法简便、成本低，用该丝网印刷电极制成的传感器检测方法操作方便、检测灵敏度高等特点。
图1是本发明丝网印刷电极结构示意2是本发明丝网印刷电极制成的传感器的结构示意图
具体实施例方式
下面将结合附图对本发明作详细的介绍如图1所示，本发明所述的丝网印刷电极，包括一印制电极的基片7、基片上印制的外部绝缘层2和至少2根电极引线1，所述的基片上还印制有3个电极，分别是一个金电极4、一个碳电极5和一个Ag/AgCl电极6，各电极对应连接有一电极引线，所述的基片上还印制有一电极规范层3，该层位于电极和绝缘层之间。
所述的丝网印刷电极的加工工艺是首先选取基片7清洁并干燥耐热，基片为PET基片；然后印制电极引线1；接着烘干基片7，依次用碳糊浆料印制碳电极5并烘干，烘干温度为100-150度，时间8-15分钟、Ag/AgCl浆糊印制Ag/AgCl电极6并烘干，烘干温度为100-150度，时间8-15分钟，金浆料印制金电极4并烘干，烘干温度为60-80度，时间15-30分钟；再接着采用光固绝缘浆印制电极规范层3并用紫外光固化；最后采用光固绝缘浆印制电极绝缘层2并用紫外光固化。
为了达到最佳的烘干效果，所述的金电极4印制过程，烘干温度为70度，时间20分钟，碳电极(5)以及Ag/AgCl电极6印制过程，烘干温度为120度，时间10分钟。
如图2所示，用丝网印刷电极制成的传感器，它至少包括一丝网印刷电极10和一外部结构，丝网印刷电极10与外部结构采用粘合剂固定连接，在印刷电极10与外部结构之间设置一T型检测空腔12，所述的外部结构为固定在丝网印刷电极一侧的补强板11和另一侧的上盖8和支撑架9，所述的T型空腔12设置在支撑架9上。
本发明传感器用于检测重金属铅含量的方法，采用方波伏安分析法，首先，将所述的传感器与电化学分析仪器相连；其次，将代测样本与0.1M HCl在5mL试管中混合形成检测溶液，溶液的混合比例为0.8-1ml的代测样本、3-5ml的去离子水和5ml0.1M的HCL溶液；最后，将传感器电极下端浸入溶液开始方波伏安分析法，伏安法分析参数为稳定电压+0.5V 30妙，富集电位-0.5V 120妙，平衡时间30妙，方波幅度28mV，电位步进值3mV，频率15Hz，工作电位窗口-0.5-+0.2V。
实施例检测自来水中加标试样中的Pb采用CHI660A电化学分析仪(CHI公司)，其中碳电极浆料为日本Jujo，金浆料、AgCl和绝缘浆料为Acheson，PET基片来自保定乐凯胶片厂。取嘉兴地区自来水样，配制0～30×10-6g/LPb离子的一系列加标溶液。按照本发明所述方法，进行检测试验，可以得到如下图中的方波伏安曲线，Pb离子浓度标定，读取-0.24V电位时的峰电流，Pb离子浓度采用公式C＝A×I，其中I是电流10-6A，C是铅离子浓度，单位10-6g/L。A是校准系数，
典型值为0.01。
结果表明，该方法线性区间为0～50×10-6g/L，灵敏度0.08 A/g L-1，检测精度0.5×10-6g/L。对10×10-6g/L进行10次重复试验，表明误差小于10％。
权利要求
1.一种丝网印刷电极，包括一印制电极的基片、基片上印制的外部绝缘层和至少两根电极引线，其特征在于所述的基片(7)上还印制有三个电极，分别为一个金电极(4)、一个碳电极(5)和一个Ag/AgCl电极(6)，各电极对应连接有一电极引线。
2.根据权利要求1所述的丝网印刷电极，其特征在于所述的基片(7)上还印制有一电极规范层(3)，该层位于电极和绝缘层之间。
3.一种如权利要求1或2所述的丝网印刷电极的制备工艺，其特征是首先选取基片(7)清洁并干燥耐热；然后印制电极引线(1)；接着烘干基片(7)，依次用碳糊浆料印制碳电极(5)并烘干、Ag/AgCl浆糊印制Ag/AgCl电极(6)并烘干和金浆料印制金电极(4)并烘干；再接着采用光固绝缘浆印制电极规范层(3)并用紫外光固化；最后采用光固绝缘浆印制电极绝缘层(2)并用紫外光固化。
4.根据权利要求3所述的丝网印刷电极的制备工艺，其特征在于所述的金电极(4)印制过程，烘干温度为60-80度，时间15-30分钟，碳电极(5)以及Ag/AgCl电极(6)印制过程，烘干温度为100-150度，时间8-15分钟。
5.根据权利要求4所述的丝网印刷电极的制备工艺，其特征在于所述的金电极(4)印制过程，烘干温度为70度，时间20分钟，碳电极(5)以及Ag/AgCl电极(6)印制过程，烘干温度为120度，时间10分钟。
6.一种用权利要求1或2所述的丝网印刷电极制成的传感器，其特征在于至少包括一丝网印刷电极(10)和一外部结构，丝网印刷电极(10)与外部结构固定连接，在印刷电极(10)与外部结构之间设置一T型检测空腔(12)。
7.根据权利要求6所述的传感器，其特征在于所述的外部结构为固定在丝网印刷电极一侧的补强板(11)和另一侧的上盖(8)和支撑架(9)，所述的T型空腔(12)设置在支撑架(9)上。
8.一种如权利要求6、7所述的传感器用于检测重金属铅含量的方法，它采用方波伏安分析法，其特征是首先，将所述的传感器与电化学分析仪器相连；其次，将代测样本与0.1M HCl在5mL试管中混合形成检测溶液；最后，将传感器电极下端浸入溶液开始方波伏安分析法。
9.根据权利要求8所述的检测重金属铅含量的方法，其特征在于所述的检测溶液的混合比例为0.8-1ml的代测样本、3-5ml的去离子水和5ml0.1M的HCL溶液；所述的方波伏安法分析参数为稳定电压+0.5V 30妙，富集电位-0.5V 120妙，平衡时间30妙，方波幅度28mV，电位步进值3mV，频率15Hz，工作电位窗口-0.5-+0.2V。
全文摘要
一种丝网印刷电极，包括一印制电极的基片、基片上印制的外部绝缘层和至少两根电极引线，其特征在于所述的基片上还印制有三个电极，分别为一个金电极、一个碳电极和一个Ag/AgCl电极，各电极对应连接有一电极引线。一种丝网印刷电极的制备工艺是首先选取基片清洁并干燥耐热；然后印制电极引线；接着烘干基片，依次用碳糊浆料印制碳电极并烘干、Ag/AgCl浆糊印制Ag/AgCl电极并烘干和金浆料印制金电极并烘干；再接着采用光固绝缘浆印制电极规范层并用紫外光固化；最后采用光固绝缘浆印制电极绝缘层并用紫外光固化。它具有丝网印刷电极结构简单，加工方法简便、成本低，用该丝网印刷电极制成的传感器检测方法操作方便、检测灵敏度高等特点。
文档编号H05K3/00GK101021503SQ20071006741
公开日2007年8月22日 申请日期2007年3月1日 优先权日2007年3月1日
发明者蔡强, 孟凡国, 周海梦, 胡卫江, 李海龙 申请人:嘉兴博泰生物科技发展有限公司, 浙江清华长三角研究院