专利名称：便携式重金属铅、镉及锌传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可快速检测水中重金属离子含量的一次性便携式传感器， 用于检测重金属铅、镉及锌离子，属于分析仪器技术领域。
技术背景随着现代文明的迅猛发展及工业废水的大规模排放，重金属污染日益严重，导 致人类生存空间和生活质量直线下降，同时诱发多种重大疾病的发生，严重威胁人类的 生命。神经系统最易受铅的损害，由于血脑屏障成熟较晚，中枢神经系统相对脆弱，加 之排泄功能不够完善，容易受到铅的损害。儿童一次或短期内摄入大量铅化合物时，脑 组织产生细胞水肿、出血、海马结构萎缩等。当儿童处于低水平的铅环境中，可引起脑 细胞突触密度降低。由于铅在脑内分部不均一，造成其慢性中毒时症状不典型如患儿爱 动运动失调，反应迟钝、智力发育落后等。医学研究发现长期饮用受镉污染的自来水或 地表水，造成肾损伤，进而导致骨软化症，周身疼痛，称为“痛痛病”。此外，慢性镉 中毒对人体生育能力也有所影响，它会严重损伤Y因子，使出生的婴儿多为女性。此 夕卜，当食入被锌污染的水、饮料或食品时，可发生顽固性贫血、性功能衰退、生长延迟 等。因此，开发出一种能有效检测环境中重金属铅、镉和锌离子的传感器具有十分重要 的意义。目前测定水样中重金属铅、镉和锌离子含量的主要方法有原子吸收光谱法，等 离子质谱法，荧光法，分光光度法，化学发光法，然而上述方法样品处理复杂，耗时， 同时不能够在污染源现场对废水中的重金属铅、镉和锌离子实时测定。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是解决上述现有技术存在的问题，为有色冶 金、电子，电镀、机械等行业的废水排放在线监测提供一种快速、单人份操作、便于携 带、低成本及操作简单、一次性使用的便携式重金属铅、镉及锌传感器，达到控制污染 水排放量并杜绝污染事故发生，也可用于河流断面等地表水的自动检测，确保水环境生 态安全。本实用新型采用的技术方案是这种便携式重金属铅、镉及锌传感器，在聚酯 薄膜基片上丝网印刷三个电极一个是氧化铋工作电极，一个是碳辅助电极，一个是银 和氯化银参比电极；并在聚酯薄膜基片上丝网印刷上述三个电极的碳引出线。上述技术方案中，在三个电极碳引出线的前部分及三个电极以外的基片上，还 覆盖有绝缘浆印制的绝缘层。上述技术方案中，所述的氧化铋工作电极为氧化铋与混料碳粉、石墨粉和油墨 制成的浆料印刷到聚酯薄膜上烘干而成。本实用新型用于检测重金属铅、镉及锌离子含量的方法是将本实用新型的传 感器与电化学工作站相连接，在含有0.05M盐酸与0.1M醋酸钠溶液中加入待测样本，将本实用新型的传感器丝网印刷电极下端浸入溶液中，富集后采用方波伏安分析法，根据 获得的溶出氧化峰电流与铅、镉和锌离子浓度之间的线性关系，测定重金属铅、镉和锌 离子的浓度。重金属电化学分析的测量信号是电导、电位、电流、电量等电信号，不需要分 析信号的转换就能直接记录，所以电化学分析的仪器装置简单，小型得多，易于自动化 和连续分析。在样品的检测分析中，电化学分析方法是一种公认的快速、灵敏、准确的 测量分析方法，而且仪器简单、价格低廉，可以实现对水质进行现场实时监测。研制并 开发出高灵敏度、能同时对重金属铅、镉和锌离子在线检测的电化学传感器成为当前研 究的热点。丝网印刷制备传 感器电极技术不仅为重金属离子的电化学传感提供了工业化生 产的可能性，而且制作简单、价格低廉、便于携带、易于微型化和集成化。丝网印刷基 本原理是利用丝网印版图文部分网孔透油墨，非图文部分网孔不透墨的基本原理进行 印刷。印刷时在丝网印版上一端倒入油墨，用刮板在丝网印版上的油墨部位施加一定压 力，同时朝丝网印版另一端移动。油墨在移动中被刮板从图文部分的网孔中挤压到承印 物上。由于油墨的粘性作用而使印迹固着在一定范围之内，印刷过程中刮板始终与丝网 印版和承印物呈线接触，接触线随刮板移动而移动，印刷时通过刮板的挤压，使油墨通 过图文部分的网孔转移到承印物上，形成与原稿一样的图文。电化学传感器的实际应用中，常用各种汞电极，汞自身对人类有危害并造成环 境的再次污染；同时实样的复杂性导致传感器的测量结果灵敏度较低。本实用新型与 现有技术相比，丝网印刷电极制备简单，加工方便，成本低，同时避免了汞膜电极的引 入，无污染，用该丝网印刷电极制成的传感器检测方法简单，且灵敏度高、重现性好。 本发明通过对丝网印刷工作电极进行表面修饰，将具有优良电化学性能的氧化铋固定在 电极表面，实现环境中铅、镉及锌离子的高灵敏度同时测定。
图1是本实用新型结构示意图。标号说明1.聚酯薄膜基片，2.碳电极引线，3.氧化铋工作电极，4.辅助电极， 5.参比电极，6.碳电极引线端部。图2是本传感器搭配对实样检测的电化学分析仪结果图。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本实用新型作进一步描述实施例1 本实用新型产品结构。参见图1，这种便携式重金属铅、镉及锌传感器，在聚酯薄膜基片1上丝网印刷 三个电极一个是氧化铋工作电极3，一个是碳辅助电极4，一个是银和氯化银参比电极 5，并在聚酯薄膜基片上丝网印刷上述三个电极的碳引出线2;在三个电极的碳引出线2 的前部分及三个电极以外的基片上，还覆盖有绝缘浆印制的绝缘层。本实用新型的工作电极材料为氧化铋，这样使得铅、镉及锌离子在电极表面的 富集吸附能力得到增强，提高了所述传感器的灵敏度，同时，一次性传感器使用过程无需在样品液中加入汞离子，有效了减少汞对环境的污染。实施例2:检测河水加标试样中铅、镉和锌离子本实用新型的传 感器使用时，可以与多功能电化学分析仪的三电极接入线相 连接，加入溶液，检测重金属铅、镉和锌离子含量。采用方波伏安分析法，首先，将 所述的传感器与电化学工作站连接；其次，取河水水样，用盐酸将待测样溶液pH调节 至1.5，配制IO-ISOygI/1铅、镉和锌离子的一系列加标溶液。最后，将传感器电极下 端浸入溶液，开始方波伏安分析法，按照本发明所述方法，进行测试实验，可以得到如 图3中的方波扫描曲线，所述的方波伏安法分析参数为稳定电压0.5V/30S，富集电 位-1.5V/120s，平衡时间30s，方波幅度28mV，电位步进值3mV，频率15Hz，工作电位 窗口 0.4 -0.14V，铅、镉和锌离子浓度标定，分别读取-0.76，-0.91，-1.22V电位时 的峰电流。如图3所示，氧化峰电流与铅、镉和锌离子浓度lO-lSOygL—1范围内呈现良 好的线性关系，铅、镉和锌离子的检出限分别为10、5及SOygL—1。本实用新型使用的电极是集成电极，构成三电极体系。特点是方法简单，快 速。采用本发明所述的一次性电化学传感器，克服了由于传统电极反复使用所带来的分 析误差。
权利要求1.一种重金属铅、镉及锌传感器，其特征在于在聚酯薄膜基片上丝网印刷三个电 极一个是氧化铋工作电极，一个是碳辅助电极，一个是银和氯化银参比电极；并在聚 酯薄膜基片上丝网印刷上述三个电极的碳引出线。
2.根据权利要求1所述的重金属铅、镉及锌传感器，其特征在于在三个电极碳引 出线的前部分及三个电极以外的基片上，还覆盖有绝缘浆印制的绝缘层。
专利摘要一种便携式重金属铅、镉及锌传感器，在聚酯薄膜基片上丝网印刷三个电极一个是氧化铋工作电极，一个是碳辅助电极，一个是银和氯化银参比电极；并在聚酯薄膜基片上丝网印刷上述三个电极的碳引出线。在三个电极碳引出线的前部分及三个电极以外的基片上，还覆盖有绝缘浆印制的绝缘层。本实用新型丝网印刷电极，结构简单，加工方法简便、成本低，取样量小、在线监测快速，单人份操作，便于携带，可对环境实际水样中的重金属铅、镉及锌离子实施同时在线监测，是一种新型的环保监测产品。
文档编号G01N27/30GK201796009SQ201020190688
公开日2011年4月13日 申请日期2010年5月14日 优先权日2010年5月14日
发明者卡瑞格·爱德华·巴克斯, 李叙, 纪效波, 菲利浦·M·哈兰姆 申请人:湖南友能高新技术有限公司