一种膜电极、其制备方法以及使用它的传感器、电化学工作站及其应用技术

本发明专利技术提供了一种膜电极、其制备方法以及使用它的传感器、电化学工作站及其应用，所述膜电极包括电极和电极表面的修饰膜，所述修饰膜为壳聚糖和茜素红S的混合物；通过在电极表面沉积壳聚糖和茜素红S的修饰膜，使得到的膜电极具有较高的灵敏度、传感效果以及对电流的变化具有较高的响应性；膜电极的制备方法简单、原料易得、价格低廉、易于实现，可适用于工业大规模生产应用；包含膜电极的传感器具有检测灵敏度高以及准确性好的优点；包含传感器的电化学工作站能够实现对铝离子的定性定量检测，具有较高的灵敏度，相对标准偏差较小，准确率较高等优点。

A membrane electrode, a preparation method thereof, a sensor, an electrochemical workstation using it and its application

【技术实现步骤摘要】
一种膜电极、其制备方法以及使用它的传感器、电化学工作站及其应用
本专利技术属于电化学领域，涉及一种膜电极、其制备方法以及使用它的传感器、电化学工作站及其应用。
技术介绍
铝是一种人体非必需的金属元素，其可以通过食物被摄入在人体内蓄积。浓度较大的铝对人体各个组织器官、神经系统以及骨骼均有比较大的危害。食品制作过程中铝的来源主要有两个方面：一、传统的油条或面食制作中所用的膨松剂，如铵明矾(硫酸铝铵)和钾明矾(硫酸铝钾)等；二、水产品(如海蜇)脱水处理时所用的脱水剂，如钾明矾(硫酸铝钾)。尽管对食品中铝的限量要求不是很严，但不法商贩对含铝试剂的使用往往会过量，从而使得食品中所含的铝浓度超标，导致食品安全问题。因此，这些食品中铝含量的检测是非常必要的。国内外目前针对食品中铝元素的分析方法较多,比如分光光度法、电感耦合等离子体质谱法、原子吸收光谱法等。以上方法检测结果精确，但都需要足够量样品，导致样品消解所需的时间较长，试剂消耗量也较高，不适合快速检测的需求。另一方面，尽管简单比色法可以用于铝的快速检测，但只能进行定性分析，难以用于快速确定铝的含量。CN103424456A公开了一种安培型三电极电化学传感器，以用来检测在气体中的毒性气体氨或胺类；该专利技术提供一种三电极电化学传感器，包括一个工作电极、一个参比电极和一个对电极，三个电极都和液相电解液相接触并通过电解液形成离子导通，所述工作电极由一个多孔的电子导体层组成，所述电子导体层中含有活性物质，所述活性物质选自锰化合物、钴化合物或铬化合物中的一种或多种的组合；该专利技术所述的传感器具有较高的活性以及使用寿命，但是未提及能够用于铝离子的检测。CN108982638A公开了一种快速测定水中微量铝的方法，涉及元素检测
；一种快速测定水中微量铝的方法，其包括：采用电化学法对Al3+浓度进行检测，其中，工作电极为碳糊电极，缓冲溶液包括磷酸、乙酸和硼酸中的至少一种；并且以铬黑T为测定的电化学探针；该方法灵敏度高，受干扰程度小，但是未提及其准确性。CN104020123A公开了一种海蜇中铝的氧化亚氮-乙炔火焰原子吸收检测方法，含以下步骤：(1)选取待测海蜇样品，采用消解液消解制得待测海蜇样品溶液；(2)制备铝元素标准品溶液；(3)采用具有氧化亚氮-乙炔燃烧头的火焰原子吸收仪对步骤(1)中的待测海蜇样品溶液及步骤(2)中的铝元素标准品溶液进行分析，以铝元素标准溶液制作标准曲线，对待测海蜇样品溶液中的铝元素进行定量，获得待测海蜇样品溶液中的铝元素的含量；该方法可以对海蜇中高含量的铝元素进行检测，误差小，准确度高，但是需要使用到昂贵的仪器，需要的成本较高。因此，开发一种灵敏度高、准确性好、成本低、准确度高，且可快速检测食品中铝离子的电化学工作站非常有必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种膜电极、其制备方法以及使用它的传感器、电化学工作站及其应用，所述膜电极具有较好的灵敏度和传感效果，对电流的变化具有较好的响应性；膜电极的制备方法简单、原料易得、价格低廉，易于实现，便于工业大规模应用；包含膜电极的传感器具有检测灵敏度高和准确性强的优点；电化学工作站通过将电信号转化为化学信号，可用于检测食品中铝离子的浓度。为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的目的之一在于提供一种膜电极，所述膜电极包括电极和沉积在电极表面的修饰膜，所述修饰膜为壳聚糖和茜素红S的混合物。本专利技术所述的膜电极具有较好的灵敏度和传感效果，对电流的变化具有较好的响应性，通过构建电流和浓度的关系，可以用于检测浓度的变化。本专利技术中电极表面的修饰膜为壳聚糖和茜素红S的混合物，其中茜素红S具有较高的电化学活性，易和金属离子发生反应生成络合物，会产生电性能的变化，因此可用于检测金属离子，具有较高的灵敏度和选择性；壳聚糖具有较好的成膜特性、吸附性能以及传导效果，可以和活性材料形成复合膜作为固定基质修饰电极，且不会影响活性材料的活性，此外可以将金属离子吸附到膜电极上便于茜素红S和金属离子充分反应，反应后会产生电化学性能的变化，可以将电化学性能进行传导，从而增加电极的传感效果以及灵敏度；若用其他电化学活性物质去替代茜素红S，则会影响检测的灵敏度和选择性，从而不能准确检测铝离子的浓度；若用其他成膜特性的物质替代壳聚糖，则会影响传导效果以及灵敏度。在本专利技术中，所述修饰膜的厚度为1-5μm，例如1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、5μm等。本专利技术中修饰膜的厚度为1-5μm，在该厚度范围内，便于修饰膜中茜素红S和金属离子充分反应，且也具有较好的成膜效果；若修饰膜的厚度低于本专利技术限定的范围，则会导致有一部分的金属离子不能参加反应，从而影响检测的准确性；若厚度过厚，茜素红S的活性不能较好的释放出来，从而影响电化学活性，且会造成原料的浪费。在本专利技术中，所述电极包括碳电极或金修饰的碳电极。本专利技术选用碳电极或金修饰的碳电极具有较好的传导性能。本专利技术的目的之二在于提供一种如目的之一所述膜电极的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)将壳聚糖溶液和茜素红S溶液混合，得到混合液；(2)将步骤(1)得到的混合液涂覆到电极的工作面积区域，干燥，得到所述膜电极。本专利技术所述的膜电极的制备方法简单、原料易得、价格低廉、易于实现，可适用于工业大规模生产应用。在本专利技术中，步骤(1)所述壳聚糖溶液为壳聚糖的醋酸溶液。在本专利技术中，步骤(1)所述壳聚糖溶液的浓度为0.5-2g/L，例如0.5g/L、0.7g/L、1.0g/L、1.2g/L、1.5g/L、1.7g/L、2g/L等。在本专利技术中，步骤(1)所述茜素红S溶液的浓度为0.3-1.0mM，例如0.3Mm、0.4Mm、0.5Mm、0.6Mm、0.7Mm、0.8Mm、0.9Mm、1.0Mm等。在本专利技术中，步骤(1)所述混合液中壳聚糖和茜素红S的质量比为5:1-10:1，例如5:1、5.5:1、6:1、6.5:1、7:1、7.5:1、8:1、8.5:1、9:1、9.5:1、10:1等。本专利技术中当混合液中壳聚糖和茜素红S的摩尔比为5:1-10:1，则得到的膜电极具有较好的灵敏度和稳定性；当二者的摩尔比低于本专利技术限定的范围之内，则会造成膜电极上修饰膜的厚度较薄，从而影响检测结果的准确性、传导效果以及灵敏度；当二者的摩尔比高于本专利技术限定的范围之内，则会造成修饰膜中活性物质的含量较低，此外厚度较高，会影响活性物质的反应，且活性会降低，从而降低了检测的准确性以及灵敏度。在本专利技术中，步骤(1)所述混合的方式为超声。在本专利技术中，步骤(1)所述混合的时间为2-5h，例如2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h等。在本专利技术中，步骤(2)所述干燥的温度为50-80℃，例如50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃等。在本专利技术中，步骤(2)所述干燥的时间为10-30min，例如10min、12min、15min、17min、20min、22min、25min、27min、30min等。作为本专利技术的优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：(1)将浓度为0.5-2g/L的壳聚糖溶液和浓度为0.3-1.0mM的茜素红溶液混合2-5h，得到混合液，其中混合液中壳聚糖和茜素本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种膜电极，其特征在于，所述膜电极包括电极和电极表面的修饰膜，所述修饰膜为壳聚糖和茜素红S的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种膜电极，其特征在于，所述膜电极包括电极和电极表面的修饰膜，所述修饰膜为壳聚糖和茜素红S的混合物。2.根据权利要求1所述的膜电极，其特征在于，所述修饰膜的厚度为1-5μm；优选地，所述电极包括碳电极或金修饰的碳电极。3.根据权利要求1或2所述的膜电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将壳聚糖溶液和茜素红S溶液混合，得到混合液；(2)将步骤(1)得到的混合液涂覆到电极的工作面积区域，干燥，得到所述膜电极。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述壳聚糖溶液为壳聚糖的醋酸溶液；优选地，所述壳聚糖溶液的浓度为0.5-2g/L；优选地，步骤(1)所述茜素红S溶液的浓度为0.3-1.0mM；优选地，步骤(1)所述混合液中壳聚糖和茜素红的质量比为5:1-10:1；优选地，步骤(1)所述混合的方式为超声；优选地，步骤(1)所述混合的时间为2-5h；优选地，步骤(2)所述干燥的温度为50-80℃；优选地，步骤(2)所述干燥的时间为10-30min。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将浓度为0.5-2g/L的壳聚糖溶液和浓度为0.3-1.0mM的茜素红溶液混合2-5h，得到混合液，其中混合液中壳聚糖和茜素红S的摩尔比为5:1-10:1；(2)将步骤(1)得到的混合液涂覆到电极的工作面积区域，50-80℃干燥...

【专利技术属性】
技术研发人员：王侃，尹随随，邱园园，
申请(专利权)人：南京腾森分析仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32