本发明专利技术涉及重金属离子的检测，具体地说是一种基于非对称性聚合物膜的传感器及其检测方法和应用。离子计通过导线分别连接参比电极与工作电极，工作电极和参比电极插入待检测试样池中，工作电极由离子选择性电极和插入其中的旋转圆盘电极组成，离子选择性电极为底部黏附非对称性聚合物膜的聚氯乙烯管；其中非对称性聚合物膜由聚合物膜基体和亲酯性的离子交换层组成；本发明专利技术采用非对称性聚合物膜离子选择性电极，显著提高了重金属离子检测的灵敏度，降低了检出限，并结合旋转圆盘电极技术缩短了检测时间。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及重金属离子的检测，具体地说是一种基于非对称性聚合物膜的传感器及其检测方法和应用。
技术介绍
聚合物敏感膜离子选择性电极是化学传感器的一个重要分支，它的研究始于上世纪六十年代，其检测原理基于敏感膜的响应电位与分析物离子活度关系符合能斯特 (Nemst)方程。这类电极已广泛应用于全血、血清、尿、组织、细胞内液及其稀释液中各种电解质离子的直接测定。离子选择性电极的性能取决于固定在憎水膜中的具有良好选择性的离子载体。离子选择性膜的两侧分别与样品溶液及内参比溶液相接触，传感器的选择性取决于膜相中离子载体与待测离子之间所进行的可逆性键合作用及待测离子的亲脂性大小。传统的聚合物膜离子选择性电极在零电流条件下存在一个从电极膜相向样品溶液相扩散的主离子通量，该离子通量决定了电极的实际检出限。复杂基体如海水样品中基体效应干扰严重且重金属含量极低，膜相中的主离子极易与海水中的高浓度的干扰离子 (Na+)发生“离子交换效应”，所产生的主离子通量严重限制了电极的检出限。为了消除该 “离子交换效应”、实现对复杂基体如海水中痕量重金属离子的测定，必须选择合适的内参比溶液和活化溶液，保证电极膜在测定前不含主离子。此外，电极的响应过程与两种过程有关第一种发生在水相，即海水中的待测离子(主离子)向电极膜表面的扩散；第二种过程发生在膜相，即电极膜表面的主离子向膜内部的扩散。由于电极膜电位随着表面主离子的浓度增加而增加，所以提高主离子在水相扩散层中的扩散速率或者降低在膜相扩散层中的扩散速率，均将显著提高检测灵敏度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于非对称性聚合物膜的传感器及其检测方法和应用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为一种基于非对称性聚合物膜的传感器，包括工作电极、参比电极，离子计通过导线分别连接参比电极与工作电极，工作电极和参比电极插入待检测试样池中，工作电极由离子选择性电极和插入其中的旋转圆盘电极组成，离子选择性电极为底部黏附非对称性聚合物膜的聚氯乙烯管；其中非对称性聚合物膜由聚合物膜基体和亲酯性的离子交换层组成；所述非对称性聚合物膜基为聚合物基体材料、增塑剂、离子载体和亲酯性的惰性盐按重量份数比为20-80 20-80 0.2-5 1_10混合，而后融入到四氢呋喃溶液中，搅拌使之成为均勻溶液，而后在室温下自然挥发，即得到聚合物膜基；所述聚合物基体材料为聚氯乙烯、聚丁基丙烯酸酯、聚丙烯酸丁酯、聚醚酰亚胺、橡胶或溶胶凝胶膜；增塑剂为邻-硝基苯辛醚(o-NPOE)、二-2-乙基己基癸酯、癸二酸二丁酯或癸二酸二辛酯；亲酯性的惰性盐为四(十二烷基)-四(4-氯苯基)硼酸铵；离子载体为待测重金属的离子载体和氢载体；所述亲酯性的离子交换剂为阳离子交换剂或阴离子交换剂；所述待测重金属的离子载体和氢载体加入量之比为2 l(wt%)0所述离子选择性电极为聚氯乙烯管，聚氯乙烯管底部黏附一层非对称性聚合物膜；所述非对称性聚合物膜由聚合物膜基体和亲酯性的离子交换层组成，其中亲酯性的离子交换层涂覆于聚合物膜基体表面上。所述亲酯性的离子交换层，将亲酯性的离子交换剂溶于四氢呋喃，而后取1 10 μ 1涂覆于聚合物膜基体上，涂膜时间为1 池；其中离子交换剂的量为每毫升四氢呋喃中加入0. 1-3毫克的离子交换剂。所述亲酯性的离子交换剂为阳离子交换剂或阴离子交换剂；其中阳离子交换剂为四(3，5_ 二(三氟甲基)苯基)硼酸钠，阴离子交换剂为三(十二烷基)氯化铵。所述氢载体为ΕΤΗ5315。所述待检测试样池进样口依次蠕动泵、连接紫外消解装置和微孔过滤装置组成的直ο所述的微孔过滤装置的滤膜孔径< 0. 45 μ m ；紫外消解装置紫外灯功率为200 1000W，消解时间30 180min。旋转圆盘电极的电极头插入承有内充液并黏附有非对称性聚合物膜的聚氯乙烯管中，旋转圆盘电极工作电极头转速在ο SOOOrpm之间。基于非对称性聚合物膜的传感器的检测方法1)在底部黏附非对称性聚合物膜的离子选择性电极内插入旋转圆盘电极作为工作电极；2)将将工作电极和参比电极插入待检测试样池中，调节旋转圆盘电极的电极头使其带动离子选择性电极旋转，从而产生相应的样品电位信号；3)采用标准加入法，以待测重金属离子加入量及其产生的标准电位信号绘制即得标准曲线，将样品信号与标准曲线信号对照，通过电位信号差值可计算得待测试液中重金属离子的含量。所述非对称性聚合物膜基为聚合物基体材料、增塑剂、离子载体和亲酯性的惰性盐按重量份数比为20-80 20-80 0.2-5 1_10混合，而后融入到四氢呋喃溶液中，搅拌使之成为均勻溶液，而后在室温下自然挥发，即得到聚合物膜基；所述聚合物基体材料为聚氯乙烯、聚丁基丙烯酸酯、聚丙烯酸丁酯、聚醚酰亚胺、橡胶或溶胶凝胶膜；增塑剂为邻-硝基苯辛醚(o-NPOE)、二-2-乙基己基癸酯、癸二酸二丁酯或癸二酸二辛酯；亲酯性的惰性盐为四(十二烷基)_四(4-氯苯基)硼酸铵；离子载体为待测重金属的离子载体和氢载体；所述待测重金属的离子载体和氢载体加入量之比为2 l(wt%)0所述亲酯性的离子交换剂为阳离子交换剂或阴离子交换剂；其中阳离子交换剂为四(3，5_ 二(三氟甲基)苯基)硼酸钠，阴离子交换剂为三(十二烷基)氯化铵。所述离子选择性电极为聚氯乙烯管，聚氯乙烯管底部黏附一层非对称性聚合物膜基，亲酯性的离子交换层涂覆于非对称性聚合物膜基上。所述亲酯性的离子交换层，将亲酯性的离子交换剂溶于四氢呋喃，而后取1 10 μ 1涂覆于非对称性聚合物膜基上，涂膜时间为1 池；其中离子交换剂的量为每毫升四氢呋喃中加入0. 1-3毫克的离子交换剂。将测定后的工作电极浸泡于pH = 1-5的酸性溶液中后即可实现电极的重复利用； 其中酸性溶液可为硝酸、盐酸或磷酸。基于非对称性聚合物膜的传感器的应用所述传感器可用于检测重金属、有机或无机离子浓度。所述传感器可用于检测铜离子、汞离子、铅离子、铬离子、镉离子或银离子的痕量浓度。检测原理亲酯性的离子交换剂不同于传统的聚合物膜离子选择性电极溶于膜相中，而是作为亲酯性的离子交换剂层直接涂于聚合物膜基表面，从而减少或消除电极膜表面主离子向膜内部的扩散，从而提高离子选择性电极检测痕量重金属离子的灵敏度，降低检出限。另外，为了进一步有利于降低检出限，以硬度较大的聚合物(PVC，聚氯乙烯)为电极膜基体材料，减小增塑剂在膜相中的比例，降低膜中离子载体的浓度，从而有效减小主离子在膜相中的扩散速率；为了进一步缩短检测时间，采用旋转电极体系，降低水相扩散层厚度，提高主离子在水相中的扩散速率。本专利技术的优点在于1.本专利技术通过采用非对称性的聚合物膜，消除了膜相中的主离子通量，降低了检出限，提高了检测的灵敏度，因而采用本专利技术方法可以进一步应用于海水中痕量重金属的高灵敏度检测。2.本专利技术传感器中采用旋转圆盘电极装置，提高了主离子在水相中的扩散速率， 使得检测时间大大缩短。3.本专利技术方法将为开发出适用于复杂基体(如海水)中重金属污染物现场、快速、 高灵敏检测的新型离子选择性电极技术提供理论基础，将为满足国家在水环境监测领域的重大需求做出贡献，必将有力的推动环境痕量金属元素分析化学学科的发展。4.本专利技术电极膜内充液和活化液均为0.5mo本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：秦伟，梁荣宁，付秀丽，宋文璟，张倩玉，
申请(专利权)人：中国科学院烟台海岸带研究所，
类型：发明
国别省市：
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