一种LIX型微电极阵列器件及其制备方法与流程

本发明属于环境微生物与环境监测技术领域，具体是涉及一种lix型微电极阵列器件及其制备方法。

背景技术：

近几十年来，微电极作为微型传感器在电化学测量方向的应用成为一种新兴发展起来的测量技术，由于微电极的尖端微小(通常为几十微米甚至几微米)，而微型传感器在此尺度下能够显现出良好的电化学性能，不但可以测定微米级的物质浓度水平，其信号还具有灵敏度高的特点。近年来随着化学材料的广泛运用，将lix(离子选择性透过)膜与微电极相结合的技术越来越受到研究者的关注。

附有一层lix膜的微电极为lix型微电极，即离子选择性微电极，lix型微电极是基于待测离子在lix膜上所产生的电势差来测定的，lix膜上并不给出或得到电子，而是有选择性地让一些离子通过。相比于常规的微电极，lix型微电极还具有分辨率高、灵敏度高、选择性好、操作简单安全等优点，因此其良好的性能已经成为环境保护领域新兴的研究工具与方法。

lix型微电极的测定方法灵敏度高、检测限低，但信号稳定性差，所产生的电化学信号易受到噪声、电磁辐射的干扰、影响了测定的精确性，此外，lix型微电极在测定中普遍存在着随使用时间、频率延长而造成尖端lix膜脱落的情况，导致电化学信号断路无法测定的现象。因此，如何稳定lix型微电极的电化学信号，有效避免lix膜脱落就成为微电极技术发展领域的一个课题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种lix型微电极阵列器件，其具有测定物质信号稳定、不易受外界环境干扰、制备方法简单、使用方便可靠和重复性好的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种lix型微电极阵列器件，其特征在于：包括顶盖、腔体、lix型微电极和用于置放lix型微电极的微电极置放架，所述腔体为中空的腔体，所述顶盖的下部与腔体的上部紧密连接，所述腔体的下部与微电极置放架的上部紧密连接；所述微电极置放架的上方设置有第二导电垫片，所述第二导电垫片的下部与微电极置放架的上表面固定连接，所述lix型微电极的检测端从上至下依次穿过第二导电垫片和微电极置放架，所述lix型微电极的连接端露出第二导电垫片的上表面，所述第二导电垫片的上方设置有导电片；所述顶盖下方设置有第一导电垫片，所述第一导电垫片的上部与顶盖的下表面固定连接，所述外接微电压计的外接微电压计导线的一端从上至下依次穿过顶盖、第一导电垫片、腔体和导电片后设置在第二导电垫片的上表面，所述lix型微电极的个数不小于两个，所述lix型微电极的连接端导线设置在第二导电垫片的上表面，所述lix型微电极的连接端导线与穿出导电片的外接微电压计导线的一端共同在第二导电垫片的上表面均匀分布，所述导电片与第二导电垫片固定连接使得导电片的下表面和第二导电垫片的上表面紧密贴合以确保外接微电压计导线的一端和lix型微电极的连接端导线之间形成导电通路。

上述的一种lix型微电极阵列器件，其特征在于：所述顶盖包括顶盖主体、顶盖环片和顶盖把手，所述顶盖环片为环形薄片且位于顶盖主体的下部外缘，所述顶盖把手为圆柱体结构且固定在顶盖主体的上部中心位置，所述顶盖主体上开设有上下贯通的第一导线孔，所述第一导电垫片上开设有上下贯通的第二导线孔，所述第一导电垫片的上部与顶盖主体的下表面固定连接，所述导电片上开设有上下贯通的第三导线孔，所述第一导线孔、第二导线孔和第三导线孔的直径相等且位置相对应。

上述的一种lix型微电极阵列器件，其特征在于：所述微电极置放架包括微电极置放架主体和微电极置放架环片，所述微电极置放架环片为环形薄片且位于微电极置放架主体的上部外缘，所述微电极置放架主体上开设有多个上下贯通的第二微电极置放孔，所述微电极置放架主体上开设有两个第三螺丝孔且两个第三螺丝孔被多个第二微电极置放孔包围；所述第二导电垫片上开设有多个上下贯通的第一微电极置放孔，所述第二导电垫片上开设有两个上下贯通的第二螺丝孔且两个第二螺丝孔被多个第一微电极置放孔包围，所述第二导电垫片的下部和微电极置放架主体的上表面固定连接，所述导电片上开设有两个上下贯通的第一螺丝孔，所述第一微电极置放孔和第二微电极置放孔的位置相对应，所述第一螺丝孔、第二螺丝孔和第三螺丝孔的位置相对应。

上述的一种lix型微电极阵列器件，其特征在于：所述微电极置放架主体和微电极置放架环片为一体结构，所述第一微电极置放孔和第二微电极置放孔的个数相同且直径相等，所述第一螺丝孔、第二螺丝孔和第三螺丝孔的直径均相等。

上述的一种lix型微电极阵列器件，其特征在于：所述外接微电压计导线的一端由上至下依次穿过第一导线孔、第二导线孔、腔体和第三导线孔后设置在第二导电垫片的上表面，所述lix型微电极的检测端由上至下依次穿过第一微电极置放孔和第二微电极置放孔，所述lix型微电极的连接端导线设置在第二导电垫片的上表面，所述lix型微电极的连接端导线与穿出导电片的外接微电压计导线的一端均在第二导电垫片的上表面均匀分布，所述lix型微电极的连接端导线和外接微电压计导线的一端均位于导电片的下方，所述导电片和第二导电垫片之间通过螺丝来固定连接，所述螺丝由上至下依次插入第一螺丝孔、第二螺丝孔和第三螺丝孔；所述腔体的上部外缘和下部外缘均开设有环形凹槽，所述顶盖环片插入腔体的上部环形凹槽内，所述微电极置放架环片插入腔体的下部环形凹槽内。

上述的一种lix型微电极阵列器件，其特征在于：所述导电片为黄铜导电片。

上述的一种lix型微电极阵列器件，其特征在于：所述lix型微电极为lix型玻璃微电极，所述lix型微电极连接端的直径3.5mm≤d≤6mm。

上述的一种lix型微电极阵列器件，其特征在于：所述lix型微电极的数量为12根。

本发明还公开了一种lix型微电极阵列器件的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

步骤一、装配第一导电垫片和第二导电垫片

将粘合剂涂在第一导电垫片的上表面和顶盖主体的下表面，将第一导线孔与第二导线孔的中心对齐后将第一导电垫片和顶盖主体压紧，使第一导电垫片的上表面与顶盖主体的下表面紧密粘合；将粘合剂涂在第二导电垫片的下表面和微电极置放架主体的上表面，将第一微电极置放孔和第二微电极置放孔的中心对齐后将第二导电垫片和微电极置放架主体压紧，使第二导电垫片的下表面与微电极置放架主体的上表面紧密粘合；

步骤二、放置外接微电压计导线

将外接微电压计的外接微电压计导线的一端由上至下依次穿过第一导线孔、第二导线孔、腔体和第三导线孔，将穿出导电片的外接微电压计导线的一端放置在第二导电垫片的上表面并与第二导电垫片的上表面紧密贴合；

步骤三、放置lix型微电极

将lix型微电极的检测端由上至下依次穿过第一微电极置放孔和第二微电极置放孔，将lix型微电极的连接端导线平稳放置在第二导电垫片的上表面并与第二导电垫片的上表面紧密贴合；

步骤四、连接lix型微电极导线与外接微电压计导线

将lix型微电极的连接端导线与穿出导电片的外接微电压计导线的一端共同在第二导电垫片的上表面均匀布设，把螺丝依次穿过第一螺丝孔、第二螺丝孔和第三螺丝孔后使用螺丝刀将螺丝拧紧，此时导电片与第二导电垫片之间相互压紧固定保证了lix型微电极的连接端导线和外接微电压计导线的一端形成导电通路，lix型微电极的连接端导线与外接微电压计导线的连接完成；

步骤五、微电极阵列器件的组装

将微电极置放架环片插入环形凹槽内，将顶盖环片插入环形凹槽内，lix型微电极阵列器件的制备完成。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采用多个lix型微电极排列后组成的lix型微电极阵列代替单个lix型微电极使用，不仅能够保持单个lix型微电极的全部优点，还能够将lix型微电极并联起来极大的增加响应电流，解决了单个lix型微电极在测定中存在着随使用时间、频率延长造成尖端lix膜脱落进而导致电化学信号断路无法测定的问题，具有使用方便可靠、重复性好的优点。

2、本发明的第一导电垫片、第二导电垫片、导电片和腔体共同包围的空间形成了一个法拉第笼，能够防止外部环境对电极信号的干扰，使lix型微电极响应的信号不易受到外界环境的干扰，保证了测定物质的信号能够更加稳定。

3、本发明制备工艺简单、体积轻巧、性能稳定、灵敏度高、准确性好、响应迅速并能极大地改善常规lix微电极测定中信号漂移不稳定的状况，能够有效稳定lix型微电极在测定环境基质中离子的电信号，在环境微生物研究与环境监测领域有着较为广泛的应用。

下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的纵向剖面图。

图2为本发明的立体图。

图3为本发明顶盖的纵向剖面图。

图4为本发明顶盖的仰视图。

图5为本发明第一导电垫片的俯视图。

图6为本发明腔体的纵向剖面图。

图7为本发明腔体的俯视图。

图8为本发明导电片的俯视图。

图9为本发明第二导电垫片的俯视图。

图10为本发明微电极置放架的纵向剖面图。

图11为本发明微电极置放架的俯视图。

图12为本发明的应用示意图。

附图标记说明:

1—顶盖；2—腔体；3—微电极置放架；

4—lix型微电极；5—导电片；6—第一导电垫片；

7—第二导电垫片；8—外接微电压计导线；

9—螺丝；1-1—顶盖主体；1-2—顶盖环片；

1-3—顶盖把手；3-1—微电极置放架主体；3-2—微电极置放架环片；

4-2—第二微电极置放孔；4-1—第一微电极置放孔；

8-1—第一导线孔；8-2—第二导线孔；8-3—第三导线孔；

9-1—第一螺丝孔；9-2—第二螺丝孔；9-3—第三螺丝孔；

10—操作台；11—底垫；12—基质；

13—网状物；14—步进电机；15—mm33微型操作器；

16—ag/agcl参比电极；17—phm210微电压计；

18—adc-216usb转换器；19—mc-232微型控制器；

20—pc电脑；21—容器。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明包括顶盖1、腔体2、lix型微电极4和用于置放lix型微电极4的微电极置放架3，所述腔体2为中空的腔体，所述顶盖1的下部与腔体2的上部紧密连接，所述腔体2的下部与微电极置放架3的上部紧密连接；所述微电极置放架3的上方设置有第二导电垫片7，所述第二导电垫片7的下部与微电极置放架3的上表面固定连接，所述lix型微电极4的检测端从上至下依次穿过第二导电垫片7和微电极置放架3，所述lix型微电极4的连接端露出第二导电垫片7的上表面，所述第二导电垫片7的上方设置有导电片5；所述顶盖1下方设置有第一导电垫片6，所述第一导电垫片6的上部与顶盖1的下表面固定连接，所述外接微电压计的外接微电压计导线8的一端从上至下依次穿过顶盖1、第一导电垫片6、腔体2和导电片5后设置在第二导电垫片7的上表面，所述lix型微电极4的个数不小于两个，所述lix型微电极4的连接端导线设置在第二导电垫片7的上表面，所述lix型微电极4的连接端导线与穿出导电片5的外接微电压计导线8的一端共同在第二导电垫片7的上表面均匀分布，所述导电片5与第二导电垫片7固定连接使得导电片5的下表面和第二导电垫片7的上表面紧密贴合以确保外接微电压计导线8的一端和lix型微电极4的连接端导线之间形成导电通路。

如图3至图5、图8所示，所述顶盖1包括顶盖主体1-1、顶盖环片1-2和顶盖把手1-3，所述顶盖环片1-2为环形薄片且位于顶盖主体1-1的下部外缘，所述顶盖把手1-3为圆柱体结构且固定在顶盖主体1-1的上部中心位置，所述顶盖主体1-1上开设有上下贯通的第一导线孔8-1，所述第一导电垫片6上开设有上下贯通的第二导线孔8-2，所述第一导电垫片6的上部与顶盖主体1-1的下表面固定连接，所述导电片5上开设有上下贯通的第三导线孔8-3，所述第一导线孔8-1、第二导线孔8-2和第三导线孔8-3的直径相等且位置相对应。

如图8至图11所示，所述微电极置放架3包括微电极置放架主体3-1和微电极置放架环片3-2，所述微电极置放架环片3-2为环形薄片且位于微电极置放架主体3-1的上部外缘，所述微电极置放架主体3-1上开设有多个上下贯通的第二微电极置放孔4-2，所述微电极置放架主体3-1上开设有两个第三螺丝孔9-3且两个第三螺丝孔9-3被多个第二微电极置放孔4-2包围；所述第二导电垫片7上开设有多个上下贯通的第一微电极置放孔4-1，所述第二导电垫片7上开设有两个上下贯通的第二螺丝孔9-2且两个第二螺丝孔9-2被多个第一微电极置放孔4-1包围，所述第二导电垫片7的下部和微电极置放架主体3-1的上表面固定连接，所述导电片5上开设有两个上下贯通的第一螺丝孔9-1，所述第一微电极置放孔4-1和第二微电极置放孔4-2的位置相对应，所述第一螺丝孔9-1、第二螺丝孔9-2和第三螺丝孔9-3的位置相对应。

本实施例中，所述微电极置放架主体3-1和微电极置放架环片3-2为一体结构，所述第一微电极置放孔4-1和第二微电极置放孔4-2的个数相同且直径相等，所述第一螺丝孔9-1、第二螺丝孔9-2和第三螺丝孔9-3的直径均相等。

如图1、图6和图7所示，所述外接微电压计导线8的一端由上至下依次穿过第一导线孔8-1、第二导线孔8-2、腔体2和第三导线孔8-3后设置在第二导电垫片7的上表面，所述lix型微电极4的检测端由上至下依次穿过第一微电极置放孔8-1和第二微电极置放孔8-2，所述lix型微电极4的连接端导线设置在第二导电垫片7的上表面，所述lix型微电极4的连接端导线与穿出导电片5的外接微电压计导线8的一端均在第二导电垫片7的上表面均匀分布，所述lix型微电极4的连接端导线和外接微电压计导线8的一端均位于导电片5的下方，所述导电片5和第二导电垫片7之间通过螺丝9来固定连接，所述螺丝9由上至下依次插入第一螺丝孔9-1、第二螺丝孔9-2和第三螺丝孔9-3；所述腔体2的上部外缘和下部外缘均开设有环形凹槽2-1，所述顶盖环片1-2插入腔体2的上部环形凹槽2-1内，所述微电极置放架环片3-2插入腔体2的下部环形凹槽2-1内。

本实施例中，所述导电片5为黄铜导电片。

本实施例中，所述lix型微电极4为lix型玻璃微电极，所述lix型微电极4连接端的直径3.5mm≤d≤6mm。

本实施例中，所述lix型微电极4的数量12根。

本发明包括lix型微电极阵列器件的各部件生产制作和lix型微电极阵列器件的组装制备，其中微电极阵列器件的各部件生产制作过程为：

1、顶盖的制备：所述顶盖把手1-3为φ＝6mm的有机玻璃圆柱体，所述顶盖主体1-1为φ＝30mm的有机玻璃圆柱体，在顶盖主体1-1上开设φ＝3mm的第一导线孔8-1。

2、第一导电垫片的制备：所述第一导电垫片6位圆形薄片，在第一导电垫片6上开设一个φ＝3mm的第二导线孔8-2。

3、腔体的制备：所述腔体2是将有机玻璃构件车削为内外径分别为φ＝24mm、φ＝30mm和高为h＝14.3mm的中空圆柱体，腔体2上下部分别开设有环形凹槽且环形凹槽的长度为1mm。

4、导电片的制备：所述导电片5为φ＝16.5mm的黄铜导电片，导电片5上开设有一个φ＝3mm第三导线孔8-1和两个φ＝4.5mm的m3×0.5型号的第一螺丝孔9-1。

5、微电极置放架的制备：微电极置放架3是将有机玻璃构件放样车削成φ＝30mm、h＝20mm圆柱体，在微电极置放架主体3-1内部φ＝20mm的圆基线上钻透φ＝3.5mm的多个均匀分布的第二微电极置放孔4-2。在微电极置放架主体3-1内部φ＝4.5mm的圆基线上对立钻出两个m3×0.5型号的第三螺丝孔9-3。

6、第二导电垫片的制备：所述第二导电垫片7为圆形薄片，在第二导电垫片7上φ＝20mm的圆基线上钻透φ＝3.5mm的多个均匀分布的第一微电极置放孔4-1。在第二导电垫片7内部φ＝4.5mm的圆基线上对立钻出两个m3×0.5型号的第二螺丝孔9-2。

lix型微电极阵列器件的组装制备方法为：

步骤一、装配第一导电垫片和第二导电垫片

1、第一导电垫片的装配：将市售502胶水涂在第一导电垫片6的上表面和顶盖主体1-1的下表面，将第一导线孔8-1与第二导线孔8-2的中心对齐且将第一导电垫片6和顶盖主体1-1压紧，使第一导电垫片6的上表面与顶盖主体1-1的下表面紧密粘合，粘合过程中注意顶盖主体1-1与第一导电垫片6之间需用力挤压来达到有效粘合的效果。放置晾干1h后，第一导电垫片6紧密粘合在顶盖主体1-1上。

2、第二导电垫片的制备：将市售502胶水涂在第二导电垫片7的下表面和微电极置放架主体3-1的上表面，将第一微电极置放孔4-1和第二微电极置放孔4-2对齐并将第二螺丝孔9-2和第三螺丝孔9-3对齐，将第二导电垫片7和微电极置放架主体3-1压紧，使第二导电垫片7的下部与微电极置放架主体3-1的上部紧密粘合，粘合过程中注意微电极置放架主体3-1与第二导电垫片7之间需用力挤压来达到有效粘合的效果。放置晾干1h后，第二导电垫片7紧密粘合在微电极置放架主体3-1上。

步骤二、放置外接微电压计导线

将外部微电压计的外接微电压计导线8的一端由上至下依次穿过第一导线孔8-1、第二导线孔8-2、腔体2和第三导线孔8-3，将穿出导电片5的外接微电压计导线8的一端放置在第二导电垫片7的上表面上。

步骤三、放置lix型微电极

将lix型微电极4的检测端由上至下依次穿过第一微电极置放孔4-1和第二微电极置放孔4-2。在此过程中需小心轻放，以防止lix型微电极4的检测端碰触到微电极置放架3而断裂损坏，放置好lix型微电极4后，lix型微电极4被第二导电垫片7的第一微电极置放孔4-1卡住，旋转调整lix型微电极4的连接端导线方向，使其均指向第二导电垫片7的中心，将lix型微电极4的连接端导线平稳放置在第二导电垫片7上并与第二导电垫片7的上表面紧密贴合。

步骤四、连接lix微电极连接端导线与外接微电压计导线

将lix微电极4的连接端导线与穿出导电片5的外接微电压计导线8的一端共同在第二导电垫片7的上表面均匀布设，将螺丝9依次穿过第一螺丝孔9-1、第二螺丝孔9-2和第三螺丝孔9-3后使用螺丝刀将螺丝9拧紧，此时导电片5与第二导电垫片7之间相互压紧固定保证了lix型微电极4的连接端导线和外接微电压计导线8的一端形成导电通路，完成lix型微电极4的连接端导线与外接微电压计导线8的连接。在使用螺丝刀的过程中需要注意lix型微电极4的连接端导线是否会受到导电片5挤压的影响而产生位移，需要时刻注意到外接微电压计导线8的一端与lix型微电极4连接端导线是否在同一平面内且均匀分布，在导电片5快要接近第二导电垫片7时，使用螺丝刀迅速上紧。

步骤五、微电极阵列器件的组装

将微电极置放架环片3-2插入环形凹槽2-1内，将顶盖环片1-2插入环形凹槽2-1内，微电极阵列器件的制备完成。

如图12所示，利用本发明的lix型微电极阵列器件对基质的离子浓度进行检测的测试系统的电路连接操作步骤为：

pc电脑20与mc-232微型控制器19的输入端连接且将指令信息传输至mc-232微型控制器19，mc-232微型控制器19的输出端与步进电机14连接且根据指令信息控制步进电机14工作，步进电机14与mm33微型操作器15连接且由步进电机14控制mm33微型操作器15向上或向下移动，mm33微型操作器15与顶盖把手1-3连接且用于固定lix型微电极阵列器件。

lix型微电极阵列器件的外接微电压计导线8和ag/agcl参比电极16的导线(参比电极为：测量各种电极电势时作为参照比较的电极)均与phm210微电压计17连接且共同测试基质12的电动势，phm210微电压计17的输出端与adc-216usb转换器18连接且将放大后测试数据传输至adc-216usb转换器18，adc-216usb转换器18与pc电脑20连接且将放大信号转换为数字信号后传输至pc电脑20。

利用本发明的lix型微电极阵列器件组成的测试系统对基质的离子浓度进行检测的工作过程为：

首先将容器21内装入基质12和网状物13并将容器21置放在底垫11上，将步进电机14安装在操作台10上，将mm33微型操作器15紧紧夹住顶盖把手1-3，并将ag/agcl参比电极16浸入待测基质12中。在pc电脑20输入测试指令，步进电机14带动mm33微型操作器15将lix型微电极阵列器件的lix型微电极4的检测端浸入待测基质12中，在测定体系中由lix型微电极阵列器件上的lix型微电极4作为工作电极和ag/agcl作为参比电极，来形成稳定的电化学体系对基质12的离子浓度进行检测，检测响应信号通过外接微电压线8和ag/agcl参比电极16传递至phm210微电压计17，经过phm210微电压计17放大后将放大的检测信号传递至adc-216usb转换器18，adc-216usb转换器18将检测信号转换为数字信号后传递至pc电脑20，数字信号通过pc电脑20内的unisenseprofix3.09软件分析后得到检测数据，unisenseprofix3.09软件将检测数据自动记录保存。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。