便携式流场型电极重金属离子检测装置及电极卡片制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供了一种由电极卡片与薄层流动池组装的便携式流场型电极重金属离子检测装置，电极卡片表面具有三个纯平面的全固态电极，即工作电极、对电极和参比电极；电极卡片可插拔的密合插入所述薄层流动池的卡槽中，电极卡片表面的工作区伸入薄层流动池内的微通道，三个电极在所述工作区内沿待测溶液的流场分布。本发明专利技术通过分析微通道中的流场设计三个电极分布的形状，可在ASV分析的富集过程中获得较长的作用时间和比较理想的稳定性，有助于提高检测的灵敏度和重现性。本发明专利技术实施例还提供了用于上述检测装置的具有流场型电极的电极卡片。

Portable flow field type electrode heavy metal ion detecting device and electrode card

The embodiment of the invention provides a portable field type electrode device for detection of heavy metal ions by the electrode cards and thin-layer flow cell assembly, all solid state electrode card surface has three pure plane, namely the working electrode, a counter electrode and a reference electrode; sealing groove is inserted into the thin layer flow cell electrode cards plug in the card surface area electrode into the micro channel thin layer flow pool, three electrode flow field distribution of the test solution in the work area along. By analyzing the flow field in the microchannel to design the shape of the three electrode distributions, it can obtain longer time and ideal stability in the enrichment process of the ASV analysis, which is helpful to improve the sensitivity and reproducibility of the detection. The embodiment of the invention also provides an electrode card with the flow field type electrode for the detection device.

【技术实现步骤摘要】
便携式流场型电极重金属离子检测装置及电极卡片
本专利技术涉及环境检测
，特别涉及一种便携式流场型电极重金属离子检测装置，可用于阳极溶出伏安分析快速检出溶液中痕量重金属离子。本专利技术还提供了一种用于该检测装置的具有流场型电极的电极卡片。
技术介绍
全球电子电气工业发展产生的大量电子垃圾造成了严重的环境污染问题，对全球的生态环境带来了严峻的挑战。近年来，各国纷纷积极采取措施以控制电子产品对生态环境造成的污染和破坏。如欧盟发布的RoHS指令，限制在进入欧盟市场的电子电器设备中使用某些有害物质，基本上涵盖了日常生活中可能使用到的所有电子电气设备类别，被限制的有害物质包含铅（Pb）﹑镉（Cd）和汞（Hg）等重金属。目前，虽然电器产品的前处理技术已经非常成熟，比如采用微波消解技术在实现批量处理的同时，其设备对环境场地要求不高，可以用于现场检测；电器产品消解后，需要对溶液中的重金属含量进行检测分析，传统的元素测试方法有原子吸收分光光度法和电感耦合等离子体原子发射光谱法，但这些方法的检测仪器需要较大的工作空间和适合的工作环境，对电源要求较高，需要通风系统、气瓶等配套装置，有的还需要循环冷却水系统。上述检测装置多为大型仪器，总体而言成本高昂，检测样品消耗量大，且耗费人力，不适合现场快速检测，致使重金属离子现场检测效率难以提高。阳极溶出伏安法（AnodicStrippingVoltammetry，ASV）作为一种电化学分析方法，其检出限可达ppb-ppt级，完全满足重金属离子检测的灵敏度需要，以ASV为基础实现重金属离子现场快速检测为可期待的技术发展方向。传统的ASV重金属离子检测装置为烧杯中的三电极系统，三电极由工作电极（多为悬汞或汞膜电极）、对电极（多为条状铂丝电极）和参比电极（多为棒状甘汞电极或银-氯化银电极）组成，烧杯中盛放待测重金属离子溶液；检测时，通过电极间施加电压，先进行预电解，使溶液中的重金属离子还原析出为金属富集在工作电极表面；再进行溶出，使沉积于工作电极表面的待测重金属氧化为离子而溶出，通过溶出伏安曲线上得到的电流峰值可测定待测重金属离子的浓度；尽管使用上述传统装置进行ASV分析也可检测样品溶液中的痕量重金属离子，但检测过程却存在试样溶液消耗量大、预电解时间长、检测结果重现性差的缺点。ZhiweiZou和AmJang等人的研究公开了一种用于原位重金属离子检测的实验室芯片传感器，该传感器将两组小型的传感器电极串联设置于微通道内；微通道为一鞍形的薄层空腔，两端点处分别设置直通的待测溶液进口和出口；每组电极均为三电极系统，其中工作电极为铋电极，对电极为金电极，参比电极为银-氯化银电极，连接各电极的引线排列形成触点区。上述芯片传感器检测装置利用微机电系统技术，基于芯片实验室的理念，实现了ASV检测仪器小型化，避免了汞电极的使用对环境造成污染；但上述检测装置两组电极串联的设计，完全没有考虑流场分布与电极有效工作面的关系，不仅更加延长了富集操作时间，也增加了产生误差的环节。针对上述具有薄层微区的重金属离子检测装置存在的不足，为更好的实现大批量样品的重金属离子现场快速检测，需要对检测装置进行改进，以提高ASV分析过程中重金属在检测装置电极表面富集的效率。
技术实现思路
本专利技术针对现有的具有微通道的重金属离子检测装置在ASV分析过程中存在的金属在电极上富集效率不高的技术问题，提供了一种新型的便携式流场型电极重金属离子检测装置及电极卡片，通过对电极优化形成流场型电极，可有效提高电极表面金属的富集效率。为解决上述技术问题，本专利技术的实施例提供一种便携式流场型电极重金属离子检测装置，包括微通道和伸入所述微通道中的三个电极，所述三个电极分别为工作电极、对电极和参比电极，其中：所述微通道为设置于薄层流动池中的一个薄层状空腔；所述三个电极为设置在一个电极卡片的基片上的平面全固态电极；所述薄层流动池在所述微通道的两端设置有连通外部的进液管道和出液管道，所述薄层流动池还包括所述薄层状空腔下方设置的匹配所述电极卡片形状的卡槽；所述电极卡片可插拔的密合插入所述薄层流动池的所述卡槽中，所述电极卡片表面落入所述微通道的区域为工作区，所述三个电极在所述工作区内沿待测溶液的流场分布，所述三个电极的接触脚伸出所述卡槽之外。电极卡片可插拔的设计，可根据连续工作需要实现电极卡片的自由更换，避免样品间的交叉污染；工作时通过接触脚为电极卡片上的三个电极施加电压，同时检测电极间的电流。优选地，所述微通道的薄层状空腔设置为鞍形，所述进液管道和出液管道分别沿切线方向连接在所述薄层状空腔的两个顶端；此时，所述微通道内的待测溶液的所述流场为S形，所述三个电极在所述工作区内沿所述S形流场分布。所述微通道的薄层状空腔的形状可根据需要做出多种选择，除鞍形外还可选用矩形、椭圆形或圆形等形状。进一步优选地，所述三个电极在所述工作区内分布于所述S形流场的前半区、后半区或整个区域；其中，所述三个电极在所述工作区内的可以呈串联式设置，也可以呈并联式设置。作为前述技术方案的优选，将所述三个电极边缘的尖角进行修圆处理，可选的，三个电极导电连接部分的边缘也设置为圆滑的曲线。作为前述技术方案的优选，所述工作电极和参比电极的宽度大于对电极。作为前述技术方案的优选，所述进液管道和出液管道具有凸出的管道口。本专利技术实施例还提供了一种电极卡片，在前述技术方案中使用，与所述薄层流动池组装形成所述便携式流场型电极重金属离子检测装置。本专利技术上述实施例的技术方案，通过分析薄层微区型的微通道中的流场对检测装置中的三个电极进行改造，使电极在微通道中沿所述流场分布，形成具有流场型电极的重金属离子检测装置，其有益效果如下：1.本专利技术实施例的检测装置中，电极卡片的三电极设计为随流场分布的形状，如S形，区别于直线形或圆形等传统的电极分布形状，可在ASV分析的富集过程中获得较长的作用时间和比较理想的稳定性，有助于提高检测的灵敏度和重现性；2.由于本电极需要在工作在流动状态下的富集和静止状态下的溶出两个工作状态下，本专利技术实施例加大了工作电极和参比电极的面积，可提高流动状态下的工作效率；3.本专利技术实施例对检测装置中电极卡片的电极尖锐处进行了修圆处理，可避免尖端效应的产生；又将电极卡片上的导电连接部分修改为圆滑的曲线，可在丝网印刷制作工艺中节约导电油墨的用量，降低制作成本。附图说明图1为ASV分析原理示意图；图2为传统三电极系统的ASV检测装置示意图；图3为本专利技术实施例的便携式流场型电极重金属离子检测装置的立体图；图4为图3检测装置的立体结构透视图；图5为图3检测装置的薄层流动池的结构示意图，其中，图5a为薄层流动池的立体结构透视图，图5b为图5a中薄层流动池的A-A剖视图；图6为图3检测装置中具有三个电极的电极卡片的结构示意图，其中，图6a为电极卡片的立体图，图6b为电极卡片的俯视图；图7为图3检测装置的组装结构示意图；图8为常规形状的三个电极的结构示意图；图9为在图5a所示检测装置的鞍形薄层空腔中A方向视角的流场分布示意图；图10为本专利技术实施例的串联式的流场型电极的结构示意图，三个电极并联设置并沿S形流场分布，其中，图10a中电极形状为S形上半部，图10b中电极形状为S形下半部，图10c中电极形状为整个S形；图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式流场型电极重金属离子检测装置，包括微通道（11）和伸入所述微通道（11）中的三个电极，所述三个电极分别为工作电极（24）、对电极（25）和参比电极（23），其特征在于，所述微通道（11）为设置于薄层流动池（1）中的一个薄层状空腔；所述三个电极为平面全固态电极，设置在一个电极卡片（2）的基片（21）上；其中：所述薄层流动池（1）在所述微通道（11）的两端设置有连通外部的进液管道（12）和出液管道（13），所述薄层流动池（1）还包括所述薄层状空腔下方设置的匹配所述电极卡片（2）形状的卡槽（14）；所述电极卡片（2）可插拔的密合插入所述薄层流动池（1）上的所述卡槽（14）中，所述电极卡片（2）表面落入所述微通道（11）的区域为工作区（22）；所述三个电极在所述工作区（22）内沿待测溶液的流场分布；当所述电极卡片（2）完全插入所述卡槽（14）时，所述三个电极的接触脚（26）伸出所述卡槽（14）之外。

【技术特征摘要】
1.一种便携式流场型电极重金属离子检测装置，包括微通道（11）和伸入所述微通道（11）中的三个电极，所述三个电极分别为工作电极（24）、对电极（25）和参比电极（23），其特征在于，所述微通道（11）为设置于薄层流动池（1）中的一个薄层状空腔；所述三个电极为平面全固态电极，设置在一个电极卡片（2）的基片（21）上；其中：所述薄层流动池（1）在所述微通道（11）的两端设置有连通外部的进液管道（12）和出液管道（13），所述薄层流动池（1）还包括所述薄层状空腔下方设置的匹配所述电极卡片（2）形状的卡槽（14）；所述电极卡片（2）可插拔的密合插入所述薄层流动池（1）上的所述卡槽（14）中，所述电极卡片（2）表面落入所述微通道（11）的区域为工作区（22）；所述三个电极在所述工作区（22）内沿待测溶液的流场分布；当所述电极卡片（2）完全插入所述卡槽（14）时，所述三个电极的接触脚（26）伸出所述卡槽（14）之外。2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述微通道（11）的薄层状空腔为鞍形，所述进液管道（12）和出液管道（...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪颖，陈国松，丁友超，唐美华，王伟，唐晨，査燕青，吴仰耘，陶涛，王金陵，
申请(专利权)人：中华人民共和国南京出入境检验检疫局，南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32