一种可视化双极性电极检测装置及其应用制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种可视化双极性电极检测装置，包括分析池、信号池、驱动电源、驱动电极、普鲁士蓝薄膜修饰电极及裸电极；其中，所述分析池及所述信号池内装有pH值6‑8缓冲溶液；所述驱动电极为惰性电极，包括驱动电极1和驱动电极2；驱动电极1和驱动电极2分别设置于分析池内和信号池内且驱动电极1和驱动电极2分别与驱动电源的两极相连；所述普鲁士蓝薄膜修饰电极与所述裸电极分别设置于信号池内和分析池内且所述普鲁士蓝薄膜修饰电极与所述裸电极通过金属导体连接；所述普鲁士蓝薄膜修饰电极包括无色透明的基底电极和包覆在所述基底电极表面的普鲁士蓝薄膜；所述裸电极为与所述普鲁士蓝薄膜修饰电极的基底电极相同的电极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电化学领域，特别涉及一种可视化双极性电极检测装置及其应用。
技术介绍
双极性电化学(bipolar eletrochemistry，简称BPE)体系以其成本低廉、装置简单、操作简易、不受地域控制的优势获得了研究者的青睐，在材料制备、分析检测、物质筛选、带电粒子富集等领域具有广阔的应用前景。尤其是在分析检测方面，BPE体系具有(1)无需直接的欧姆连接；(2)一个直流电源可以控制多个双极性电极；(3)检测电极与信号电极分立等优势。因此，近些年来使用BPE体系进行分析检测的研究层出不穷。但是，这些BPE体系主要存在以下两方面的缺陷：(1)输出信号主要是荧光和电化学发光信号。荧光信号需要激发光源，应用度不高；电化学发光信号需要配套仪器，装置复杂，降低了BPE体系的便携性和简单性。(2)检测电活性底物时实现既能检测氧化性物质又能检测还原性物质是一个难题。为解决上述两个问题，专利申请CN105067689A中公开了一种双极性电极体系，该双极性电极体系包括由ITO电极和ITO/rGO/PMT(rGO＝还原性氧化石墨烯，PMT＝聚(3-甲基噻吩))薄膜电极组成的双极性电极，其中，ITO/rGO/PMT薄膜电极浸于信号池中，该池中的电解液为六氟磷酸盐的乙腈溶液。由于该双极性电极体系利用PMT薄膜掺杂/去掺杂过程中的颜色变化作为输出信号，所以可以避免荧光和电化学发光信号所存在的外加仪器检测的问题，而且，该双极性电极体系利用掺杂过程的颜色变化检测氧化性物质，通过去掺杂过程的颜色变化检测还原性物质，使得该双极性电极体系既能检测氧化性物质又能检测还原性物质；但是该双极性电极体系存在两点不足：(1)以PMT薄膜掺杂/去掺杂过程中的颜色变化作为输出信号，在由红色变到蓝色过程中，经过中间色灰绿色，肉眼较难判断，颜色变化不明显。另外，对检测底物的响应较差，检测不灵敏，例如，对电活性物质H2O2来说，检测范围1-5mM，最低检测限较高，也就是说，当检测浓度较小的H2O2时，例如检测0.3mM或0.7mM的H2O2时，均只能判断出H2O2的浓度小于1mM，准确度较差。(2)PMT薄膜掺杂/去掺杂过程需要在六氟磷酸盐的乙腈溶液中进行。由于需要使用离子液体的有机溶液体系，且需要在通N2除氧的条件下进行检测，不仅不环保，而且限制了该双极性电极体系的便携性和简单性。
技术实现思路
本专利技术实施例公开了一种可视化双极性电极检测装置及其应用，用于解决现有技术中的双极性电极体系所存在的两个问题。技术方案如下：本专利技术首先提供了一种可视化双极性电极检测装置，包括分析池、信号池、驱动电源、驱动电极、普鲁士蓝薄膜修饰电极及裸电极；其中，所述分析池及所述信号池内装有pH值6-8，优选为7-7.5的缓冲溶液；所述驱动电极为惰性电极，包括驱动电极1和驱动电极2；驱动电极1和驱动电极2分别设置于分析池内和信号池内且驱动电极1和驱动电极2分别与驱动电源的两极相连；所述普鲁士蓝薄膜修饰电极与所述裸电极分别设置于信号池内和分析池内且所述普鲁士蓝薄膜修饰电极与所述裸电极通过金属导体连接；所述普鲁士蓝薄膜修饰电极包括无色透明的基底电极和包覆在所述基底电极表面的普鲁士蓝薄膜；所述裸电极为与所述普鲁士蓝薄膜修饰电极的基底电极相同的电极。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述驱动电极选自金电极、铂电极、玻碳电极或石墨电极。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述金属导体选自金、铂、铜、铝、镁或铁。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述缓冲溶液为磷酸缓冲溶液或Britton–Robinson缓冲溶液。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述无色透明的基底电极选自于ITO电极或FTO电极。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述普鲁士蓝薄膜修饰电极由以下方法制得：将无色透明的基底电极置于电解液中采用恒电位法进行电沉积，其中，所施加的恒电压为0.3-0.6V；电沉积时间为2-12分钟；所述电解液包括：0.05-0.2M的支持电解质、0.5-10mM的铁氰化钾、0.5-10mM的氯化铁及pH值调节剂，所述的电解液的pH值为0.5-1.5，优选地，所述铁氰化钾和氯化铁的摩尔浓度相同。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述支持电解质选自于KCl、NaCl、K2SO4及Na2SO4中的至少一种，所述pH值调节剂选自于HCl或H2SO4。在本专利技术的一种优选实施方式中，在将无色透明的基底电极置于电解液中采用恒电位法进行电沉积之前，还包括：将所述无色透明的基底电极进行清洗处理。本专利技术还提供了一种应用上述的可视化双极性电极检测装置检测还原性物质的方法，包括：1)、确定n个含有不同已知浓度目标还原性物质的缓冲溶液分别所对应的普鲁士蓝薄膜修饰电极的颜色，n≥2；其中，确定每一个含有已知浓度目标还原性物质的缓冲溶液所对应的普鲁士蓝薄膜修饰电极颜色的方法包括：以该含有已知浓度目标还原性物质的缓冲溶液代替可视化双极性电极检测装置的分析池中的缓冲溶液，接通驱动电源，施加正电压，通电指定时间后，所述普鲁士蓝薄膜修饰电极显示与该含有已知浓度目标还原性物质的缓冲溶液对应的颜色，其中，所述正电压为低于水在裸电极上的氧化电位的正电压，优选为低于3V的正电压；2)、以含有未知浓度目标还原性物质的缓冲溶液代替步骤1)中的含有已知浓度目标还原性物质的缓冲溶液，重复步骤1)，确定含有未知浓度目标还原性物质的缓冲溶液对应的普鲁士蓝薄膜修饰电极的颜色；3)、将步骤2)中确定的含有未知浓度目标还原性物质的缓冲溶液对应的普鲁士蓝薄膜修饰电极的颜色与步骤1)中确定的n个含有不同已知浓度目标还原性物质的缓冲溶液所对应的普鲁士蓝薄膜修饰电极的颜色进行对比，确定含有未知浓度目标还原性物质的缓冲溶液中的目标还原性物质的浓度范围。本专利技术还提供了一种应用上述的可视化双极性电极检测装置检测氧化性物质的方法，包括：1)、将普鲁士蓝薄膜修饰电极还原成普鲁士白薄膜修饰电极，获得还原后的可视化双极性电极检测装置；2)、确定n个含有不同已知浓度目标氧化性物质的缓冲溶液分别所对应的普鲁士白薄膜修饰电极的颜色，n≥2；其中，确定每一个含有已知浓度目标氧化性物质的缓冲溶液所对应的普鲁士白薄膜修饰电极颜色的方法包括：以该含有已知浓度目标氧化性物质的缓冲溶液代替步骤1)获得的还原后的可视化双极性电极检测装置的分析池中的缓冲溶液，接通驱动电源，施加负电压，通电指定时间后，所述普鲁士白薄膜修饰电极显示与该含有已知浓度目标氧化性物质的缓冲溶液对应的颜色，其中，所述负电压为高于水在裸电极上的还原电位的负电压，优选为高于-2.0V的负电压；3)、以含有未知浓度目标氧化性物质的缓冲溶液代替步骤2)中的含有已知浓度目标氧化性物质的缓冲溶液，重复步骤2)，确定含有未知浓度目标氧化性物质的缓冲溶液对应的普鲁士白薄膜修饰电极的颜色；4)、将步骤3)中确定的含有未知浓度目标氧化性物质的缓冲溶液对应的普鲁士白薄膜修饰电极的颜色与步骤2)中确定的n个含有不同已知浓度目标氧化性物质缓冲溶液分别所对应的普鲁士白薄膜修饰电极的颜色进行对比，确定含有未知浓度目标氧化性物质的缓冲溶液中的目标氧化性物质的浓度范围。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术以具有氧化还原活性的普鲁士蓝薄膜作为信号物质，设计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可视化双极性电极检测装置，其特征在于，包括分析池、信号池、驱动电源、驱动电极、普鲁士蓝薄膜修饰电极及裸电极；其中，所述分析池及所述信号池内装有pH值6‑8，优选为7‑7.5的缓冲溶液；所述驱动电极为惰性电极，包括驱动电极1和驱动电极2；驱动电极1和驱动电极2分别设置于分析池内和信号池内且驱动电极1和驱动电极2分别与驱动电源的两极相连；所述普鲁士蓝薄膜修饰电极与所述裸电极分别设置于信号池内和分析池内且所述普鲁士蓝薄膜修饰电极与所述裸电极通过金属导体连接；所述普鲁士蓝薄膜修饰电极包括无色透明的基底电极和包覆在所述基底电极表面的普鲁士蓝薄膜；所述裸电极为与所述普鲁士蓝薄膜修饰电极的基底电极相同的电极。

【技术特征摘要】
1.一种可视化双极性电极检测装置，其特征在于，包括分析池、信号池、驱动电源、驱动电极、普鲁士蓝薄膜修饰电极及裸电极；其中，所述分析池及所述信号池内装有pH值6-8，优选为7-7.5的缓冲溶液；所述驱动电极为惰性电极，包括驱动电极1和驱动电极2；驱动电极1和驱动电极2分别设置于分析池内和信号池内且驱动电极1和驱动电极2分别与驱动电源的两极相连；所述普鲁士蓝薄膜修饰电极与所述裸电极分别设置于信号池内和分析池内且所述普鲁士蓝薄膜修饰电极与所述裸电极通过金属导体连接；所述普鲁士蓝薄膜修饰电极包括无色透明的基底电极和包覆在所述基底电极表面的普鲁士蓝薄膜；所述裸电极为与所述普鲁士蓝薄膜修饰电极的基底电极相同的电极。2.如权利要求1所述的可视化双极性电极检测装置，其特征在于，所述驱动电极选自金电极、铂电极、玻碳电极或石墨电极。3.如权利要求1所述的可视化双极性电极检测装置，其特征在于，所述金属导体选自金、铂、铜、铝、镁或铁。4.如权利要求1所述的可视化双极性电极检测装置，其特征在于，所述缓冲溶液为磷酸缓冲溶液或Britton–Robinson缓冲溶液。5.如权利要求1所述的可视化双极性电极检测装置，其特征在于，所述无色透明的基底电极选自于ITO电极或FTO电极。6.如权利要求1所述的可视化双极性电极检测装置，其特征在于，所述普鲁士蓝薄膜修饰电极由以下方法制得：将无色透明的基底电极置于电解液中采用恒电位法进行电沉积，其中，所施加的恒电压为0.3-0.6V；电沉积时间为2-12分钟；所述电解液包括：0.05-0.2M的支持电解质、0.5-10mM的铁氰化钾、0.5-10mM的氯化铁及pH值调节剂，所述的电解液的pH值为0.5-1.5，优选地，所述铁氰化钾和氯化铁的摩尔浓度相同。7.如权利要求6所述的所述的可视化双极性电极检测装置，其特征在于，所述支持电解质选自于KCl、NaCl、K2SO4及Na2SO4中的至少一种，所述pH值调节剂选自于HCl或H2SO4。8.如权利要求6所述的所述的可视化双极性电极检测装置，其特征在于，在将无色透明的基底电极置于电解液中采用恒电位法进行电沉积之前，还包括：将所述无色透明的基底电极进行清洗处理。9.一种应用权利要求1-8中任一项所述的可视化双极性电极检测装置检测还原性物质的方法，其特征在于，包括：1)、确定n个含有不同已知浓度目标还原性物质的缓冲溶液分别所对应的普鲁士蓝薄膜修饰电...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红云，王蕾，
申请(专利权)人：北京师范大学，北京师大科技园科技发展有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11