一种石墨烯试纸电极及其建立的基于电化学的重金属检测仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种石墨烯试纸电极及其建立的基于电化学的重金属检测仪，所述的石墨烯印刷纸电极包括PET基底以及其上通过印刷工艺印制的工作电极、对电极、参比电极、银质导电基线以及绝缘层；所述工作电极为印刷石墨烯，所述对电极为印刷碳，所述参比电极为印刷银/氯化银；基于电化学的重金属检测仪，包括电化学检测系统以及其输入端连接的三电极电化学传感器，所述三电极电化学传感器采用上述的石墨烯印刷纸电极；本实用新型专利技术采用石墨烯印刷纸电极及配套电化学分析系统测试湖水样品中重金属离子的含量，10次重复测试回收率为92.5%，RSD小于5%，测试时间

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯试纸电极及其建立的基于电化学的重金属检测仪
本技术涉及检测仪器
，尤其涉及一种石墨烯试纸电极及其建立的基于电化学的重金属检测仪。
技术介绍
由于传统的方法在环境检测领域应用时，设备、成本、测量周期、灵敏度等方面先天性不足，因此传统的方法在该领域受到极大的限制。因此，人们要寻找各种各样的方法去替代和发展传统的化学、物理学测量手段，电化学传感器由于其在高灵敏度、短测量周期、高可靠性等方面的传统优势而得到人们的极大的关注，几十年以来，成为在环境检测领域内的研究热点并获得了广泛的应用。目前常用的重金属离子检测方法有原子发射光谱法（AES）、原子吸收光谱法（AAS）、电感藕合等离子体-质谱联用法（ICP-MS）等。但是这些方法由于操作复杂、仪器昂贵、携带不方便等原因，很难实现现场监测。电分析化学作为分析手段，将化学变化和电的现象紧密结合起来，应用电化学的基本原理和实验技术研究物质的组成，分析测试物质的成分含量方法多样，应用广泛，在技术上日新月异，在理论上不断深入、提高和前进。在科学研究和实际应用中，电化学方法不仅是一个分析方法，而且也是一种研究的必要工具，所使用电化学传感器仪器简单，便于与计算机联机自动化，是一种公认的快速、灵敏、准确的微量和痕量分析方法，通常只要几分钟就可测完一个样品，数据自动保存，能在复杂环境下现场在线检测，测定金属离子的浓度可以低至10-12mol/L。因此研制开发一套基于电化学测试原理的新型重金属检测仪器，实现复杂水体中多种重金属离子包括铅（Pd2+）、镉（Cd2+）、铜（Cu2+）快速、灵敏、准确的现场在线检测，势在必行。技术内容本技术的目的提供一种石墨烯试纸电极及其建立的基于电化学的重金属检测仪，其能够实现对多种重金属离子包括铅（Pd2+）、镉（Cd2+）、铜（Cu2+）快速、灵敏、准确的检测。首先，本技术提供一种石墨烯试纸电极，来代替现在常规的柱状电极，其技术方案是：所述的石墨烯印刷纸电极包括PET基底以及其上通过印刷工艺印制的工作电极、对电极、参比电极、银质导电基线以及绝缘层；所述工作电极为印刷石墨烯，所述对电极为印刷碳，所述参比电极为印刷银/氯化银；所述工作电极位于PET基底中央，所述对电极、参比电极分别间隔位于工作电极的外周且三者互不接触，所述工作电极、对电极以及参比电极分别外接银质导电基线；所述绝缘层包围在对电极、参比电极的外周且使其内部形成工作区域；所述绝缘层同时将所述银质导电基线覆盖，且所述银质导电基线均向外延伸出绝缘层形成接触端。进一步的，所述工作电极为圆形，所述对电极、参比电极分别为圆弧形。进一步的，所述工作电极表面沉积有一层铋膜。金属铋的毒性极低，被认为是一种绿色环保金属。研究表明金属铋具有与汞类似的电分析性能，能够与许多重金属离子形成类似于汞齐的二元或多元合金。在重金属检测方面，铋电极具有过电位高、背景电流低、电位窗口宽、溶出峰分离好、稳定性好、表面易更新等优点。此外，铋电极对溶解氧不敏感，故可在不除氧的条件下分析，大大简化了操作复杂度，在重金属离子超灵敏检测方面具有广泛的应用前景。然后，本技术给出一种基于电化学的重金属检测仪，包括电化学检测系统以及其输入端连接的三电极电化学传感器，所述三电极电化学传感器采用上述的石墨烯印刷纸电极。进一步的，所述电化学检测系统为电化学工作站。进一步的，所述电化学检测系统包括：供电电路，用于给系统中的各个电路供电；控制电路，用于控制系统中各个电路的运行，接收电化学信号并处理；I/V转换电路，用于将三电极电化学传感器产生的电流信号转换成电压信号；滤波电路，用于去除转换后的电压信号中的干扰信号；放大电路，用于对电压信号进行放大；AD转换电路，用于将电压信号由模拟信号转换成数字信号；双极性产生电路，用于产生正、负双极性电压的电路，恒电位电路，用于保持三电极电化学传感器工作电极的电势保持在恒定值；串口输出电路，用于通过串口输出打印功能，将采集到数据通过处理绘制成曲线；显示电路，用于通过液晶屏将采集到的信号进行显示；所述双极性产生电路、AD转换电路、串口输出电路以及显示电路分别与所述控制电路连接，所述恒电位电路与双极性产生电路连接，所述I/V转换电路、滤波电路、放大电路依次与AD转换电路连接；所述恒电位电路、I/V转换电路均与三电极电化学传感器连接；所述控制电路、I/V转换电路、滤波电路、放大电路、AD转换电路、双极性产生电路、恒电位电路、串口输出电路以及显示线路均与供电电路连接。进一步的，所述双极性产生电路能够通过程序控制来产生不同波形的电压信号。进一步的，所述控制电路选择STM32微控制器。本技术采用石墨烯印刷纸电极及配套电化学分析系统测试湖水样品中重金属离子的含量，10次重复测试回收率为92.5%，RSD小于5%，测试时间<15分钟；检测限<1µmol/L；与原子吸收法比对相对偏差<5%，因此本技术中的石墨烯纸电极及电化学分析仪具有较高的准确性和实用性。附图说明图1是石墨烯印刷纸电极的结构示意图；图2是电化学检测系统的电路原理图；图中：1、PET基底，2、工作电极，3、对电极，4、参比电极，5、银质导电基线，6、绝缘层。具体实施方式实施例1参见图1，一种石墨烯试纸电极，其包括PET基底1（聚酯膜）以及其上通过印刷工艺印制的工作电极2、对电极3、参比电极4、银质导电基线5以及绝缘层6；工作电极2为印刷石墨烯，对电极3为印刷碳，参比电极4为印刷银/氯化银；工作电极2位于PET基底1中央，对电极3、参比电极4分别间隔位于工作电极的外周且三者互不接触，工作电极2、对电极3以及参比电极4分别外接银质导电基线5；绝缘层6包围在对电极3、参比电极4的外周且使其内部形成工作区域；绝缘层6同时将银质导电基线5覆盖（图1中连续的白色方框代表导电路径，即绝缘层下工作电极2、对电极3以及参比电极4分别与银质导电基线不间断连接），阻隔银质导电基线（银浆）与待测溶液的接触，防止银浆暴露在空气中氧化从而影响电化学性能；银质导电基线5均向外延伸出绝缘层6形成接触端。实施例2参见图1，一种石墨烯试纸电极，在实施例1结构的基础上，为了提高在痕量金属的分析测量中的灵敏度和重现性；采用（电）化学沉积在工作电极即印刷石墨烯表面修饰对重金属离子具有特殊电化学活性的铋膜。实施例3参见图2，一种基于电化学的重金属检测仪，包括电化学检测系统以及其输入端连接的三电极电化学传感器，三电极电化学传感器采用实施例2中的石墨烯印刷纸电极。电化学检测系统可以采用现有的电化学工作站，本实施例采用以下微型电化学分析仪，用于测量三电极传感器产生的微电流信号，其包括：供电电路，用于给系统中的各个电路供电；控制电路，用于控制系统中各个电路的运行，接收电化学信号并处理；控制电路可以选择STM32微控制器；I/V转换电路，用于将三电极电化学传感器产生的电流信号转换成电压信号；即三电极传感器产生的信号为微电流信号，需先将电流信号转换成电压信号再进行测量的方法来测试电流的大小；滤波电路，用于去除转换后的电压信号中的干扰信号；即由于集成电路非理想性以及电阻的热噪声等因素的影响，会使转换后的电压信号产生附加干扰，该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯印刷纸电极；其特征在于：所述的石墨烯印刷纸电极包括PET基底以及其上通过印刷工艺印制的工作电极、对电极、参比电极、银质导电基线以及绝缘层；所述工作电极为印刷石墨烯，所述对电极为印刷碳，所述参比电极为印刷银/氯化银；所述工作电极位于PET基底中央，所述对电极、参比电极分别间隔位于工作电极的外周且三者互不接触，所述工作电极、对电极以及参比电极分别外接银质导电基线；所述绝缘层包围在对电极、参比电极的外周且使其内部形成工作区域；所述绝缘层同时将所述银质导电基线覆盖，且所述银质导电基线均向外延伸出绝缘层形成接触端。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯印刷纸电极；其特征在于：所述的石墨烯印刷纸电极包括PET基底以及其上通过印刷工艺印制的工作电极、对电极、参比电极、银质导电基线以及绝缘层；所述工作电极为印刷石墨烯，所述对电极为印刷碳，所述参比电极为印刷银/氯化银；所述工作电极位于PET基底中央，所述对电极、参比电极分别间隔位于工作电极的外周且三者互不接触，所述工作电极、对电极以及参比电极分别外接银质导电基线；所述绝缘层包围在对电极、参比电极的外周且使其内部形成工作区域；所述绝缘层同时将所述银质导电基线覆盖，且所述银质导电基线均向外延伸出绝缘层形成接触端。2.根据权利要求1所述的石墨烯印刷纸电极；其特征在于：所述工作电极为圆形，所述对电极、参比电极分别为圆弧形。3.根据权利要求1或2所述的石墨烯印刷纸电极；其特征在于：所述工作电极表面沉积有一层铋膜。4.一种基于电化学的重金属检测仪，包括电化学检测系统以及其输入端连接的三电极电化学传感器，其特征在于：所述三电极电化学传感器采用权利要求3所述的石墨烯印刷纸电极。5.根据权利要求4所述的基于电化学的重金属检测仪，其特征在于：所述电化学检测系统为电化学工作站。6.根据权利要求4所述的基于电化学的重金属检测仪，其特征在于：所述电化学检测系统包括：供电电路，用于给系统中的各个电路供...

【专利技术属性】
技术研发人员：王巧凤，任继忠，赵俊凤，孟照瑜，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司技术检测中心，
类型：新型
国别省市：北京,11