一种电化学传感器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种电化学传感器及其制备方法。该传感器包括电极和载体，其所述载体，采用多壁碳纳米管衍生物。本发明专利技术利用多壁碳纳米管衍生物为载体，构建了高选择性、高灵敏度的电化学传感器，且该电极成功的应用于电位滴定，这就为离子选择性电极的载体打开了新的应用领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种化学传感器，尤其涉及。
技术介绍
目前，检测痕量的重金属离子的主要方法有分光光度法、原子吸收法、极谱法、毛细管电泳法、溶出伏安法、X射线法、中子活化法、原子发射法、离子质谱法等，其中一些方法在商业上已成功地应用，这些方法都具有较好的灵敏度、选择性、精密度、准确度。然而这些分析方法都普遍存在仪器价格昂贵、操作复杂、耗时较长等缺点，不易普及，也不易快速对环境中诸如银离子等重金属离子的检测，以及检测Ag+等重金属在大气、水体、土壤、生物体中的浓度。近年来，基于不同载体的银离子等重金属离子选择性电极已有报道。然而这些选择性电极主要是以杯芳烃衍生物、冠醚衍生物及席夫碱化合物为载体，其载体存在合成较复杂和成本较高的缺点，同时采用这些载体制备的传感器，普遍存在线性范围窄、灵敏度不高、检测限低、测量范围不宽、响应时间较长，易受其他阳离子的干扰等缺点。例如，以这些载体制备的银离子选择性电极，因为其载体杯芳烃衍生物、冠醚衍生物及席夫碱化合物都是中性的载体，不能够导电，进而导致其检测性能较差。多壁碳纳米管(MWCNTs)，作为当今性能最佳的一种电化学材料，其结构有序、机械强度高、比表面积大和导电性良好，因而被广泛的应用于化学传感器的制备，如已有报道将其应用于离子选择性电极的制备，但现有技术中，其仅仅是以掺杂的形式用于碳糊电极的研制，这并没有从根本上改变离子选择性电极的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电化学传感器，该传感器的载体性能优异，其检测性能进一步得到了改进和提高。本专利技术的另一目的在于提供一种电化学传感器的制备方法，该制备方法简单易行，制得的电化学传感器经久耐用。本专利技术的第一目的是这样实现的一种电化学传感器，它包括电极和载体，其特征在于所述载体，采用的是多壁碳纳米管衍生物；所述多壁碳纳米管衍生物，是通过这样的操作步骤制得的称取100 mg的端基羧基化的多壁碳纳米管，以乙醇作溶剂，加入0. 003 mol的1- (3- 二甲氨基丙基)_3_乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和0. 003 mol的N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，混合搅拌8小时，使得端基羧基化的多壁碳纳米管上的羧基活化，之后再分别加入200 mg的N- (2-噻吩亚甲基)-1、 2-苯二胺(SBD)、N- (2-吡啶亚甲基)-l、2-苯二胺(NBD)或N- (2-呋喃亚甲基)_1、2_苯二胺(0BD)，继续搅拌12小时，离心过滤，倒去上层悬浮液后，室温下晾干或者40 50°C 烘干1小时，除去乙醇，即分别得到载体碳纳米管衍生物SBD-g-MWCNTs、NBD-g-MWCNTs或 OBD-g-MWCNTs。上述端基羧基化的多壁碳纳米管，可以采用市购的商品，也可采用以下方法制备将直径在10 20nm、纯度大于95%的多壁碳纳米管，置于按体积的比为HHC^ JVhj304 = 1 3的混合酸中超声6小时，然后离心过滤、再用二次去离子水洗至中性，50 60°C下干燥12小时，即得端基羧基化的多壁碳纳米管。此步骤中，高纯的多壁碳纳米管经混合酸处理后，绝大部分发生断裂，相互分离，管长变短，端口打开，端口碳原子被氧化成羧基。上述SBD、NBD和0BD，可以采用市购的商品，也可分别采用以下方法制备 将用量分别为0. 01 mol的噻吩甲醛、吡啶-2-甲醛或呋喃甲醛与0. 01 mol的邻苯二胺混合，加入催化剂醋酸2 5mL，用20 mL乙醇作溶剂，加热回流6小时后，冷却，真空抽滤，即分别可得产物SBD、NBD或0BD。上述载体的制备过程，及其中各个载体碳纳米管衍生物SBD-g-MWCNTs、 NBD-g-MWCNTs或OBD-g-MWCOTs的结构见说明书附1所示。本专利技术的另一目的是这样实现的一种电化学传感器的制备方法，其特征在于它依次包括1)、将直径长为3mm的一次性塑料针管切割成长3 cm的管，然后将管的两端用砂纸打磨光滑，即可制备得到碳糊电极管；2)、将2 15.5 mg的上述任一载体、75 75. 3 mg的石墨粉和洸 ；35 mg的石蜡油混勻，然后将混勻的混合物加入上述的碳糊电极管中，边加边用光滑的玻璃棒压实，使混合物之间没有空隙，然后在压实后的所述混合物的上面，再加入按所述混合物中的质量关系配制的石墨粉和石蜡油混合均勻的糊状物，同样压实避免有空隙，加至碳糊电极管的2/3， 最后在碳糊电极管的另一端插入一根铜丝用来导电，即制得碳糊电极；3)、将上述碳糊电极在光滑的纸上打磨至电极表面出现一个光亮面后，再将其浸泡在 pH=3的HNO3溶液中M小时，即可得本专利技术电化学传感器。本专利技术具有以下有益效果1、本专利技术利用多壁碳纳米管衍生物为载体，构建了高选择性、高灵敏度的电化学传感器，例如，其中以载体SBD-g-MWCNTs修饰的银离子碳糊电极，其线性范围达到8. 8 X 10_8 mol/L 1.0 X KT1 mol/L，检测限达到6. 3 X 10_8 mol/L，响应时间只需5秒钟。并且该电极成功的应用于电位滴定，这就为离子选择性电极的载体打开了新的应用领域。2、本专利技术中的电化学传感器，采用由结构有序、机械强度高、比表面积大和导电性良好的多壁碳纳米管，制备得到的多壁碳纳米管衍生物，直接作为载体，因其载体结构中含有芳香共轭η电子和大量的N、S、0等供电子原子，可以和重金属离子发生强烈的配位作用，从而发生可逆的电位反应，同时该载体本身能够导电，从而使得该传感器的整体性能得到了极大的改善，能简单方便、快速有效、造价低廉地检测Ag+等重金属离子。3、本专利技术方法简单易行，制得的电化学传感器，每次用完后把电极表面那一层用光滑的纸打磨掉，然后可以继续使用，因而可重复使用。说明书附图附图说明图1为本专利技术中载体的制备过程，及其中各个载体碳纳米管衍生物SBD-g-MWCNTs、 NBD-g-MWCNTs 或 0BD-g-MWCOTs 结构的示意图。图2为本专利技术中实施例5、8和15中的传感器的标准曲线图。图3为本专利技术中实施例15中的传感器的检测响应时间的性能分析图。图4为本专利技术中实施例15中的传感器对银离子电位滴定分析图。图5为本专利技术中实施例15中的传感器的银离子反应机理的研究结果示意图，其中，Ag为1.0X10_3 mol/L AgNO3溶液的紫外光谱，L为载体SBD-g-MWCNTs在去离子水中超声40分钟分散好的溶液的紫外光谱，L+iVg为1.0X10-3 mol/L AgNO3溶液和载体 SBD-g-MWCNTs超声40分钟分散的混合溶液的紫外光谱。具体实施例方式下面通过实施例对本专利技术进行具体描述，有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本专利技术进行进一步的说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述
技术实现思路
对本专利技术作出一些非本质的改进和调整。实施例1一种电化学传感器，其载体是这样制备的1、将用量为0.01 mol的噻吩甲醛与0. 01 mol的邻苯二胺混合，加入起催化作用的醋酸2 mL，用20 ml乙醇作溶剂，加热回流6小时后，冷却，真空抽滤，即可得产物SBD ；2、将直径为10nm、纯度为95%的多壁碳纳米管，置于按体积的比为^tlfflO2 ^504 =1 3的混合酸中超声震荡6小时，然后离心过滤、再用二次去离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电化学传感器，它包括电极和载体，其特征在于：所述载体，采用多壁碳纳米管衍生物；所述多壁碳纳米管衍生物，是通过这样的操作步骤制得的：称取１００　ｍｇ的端基羧基化的多壁碳纳米管，以乙醇作溶剂，加入０．００３　ｍｏｌ的１－（３－二甲氨基丙基）－３－乙基碳二亚胺盐酸盐（ＥＤＣ）和０．００３　ｍｏｌ的Ｎ－羟基琥珀酰亚胺（ＮＨＳ），混合搅拌８小时，之后再分别加入２００　ｍｇ的　Ｎ－（２－噻吩亚甲基）－１、２－苯二胺（ＳＢＤ）、Ｎ－（２－吡啶亚甲基）－１、２－苯二胺（ＮＢＤ）或Ｎ－（２－呋喃亚甲基）－１、２－苯二胺（ＯＢＤ），继续搅拌１２小时，离心过滤，倒去上层悬浮液后，室温下晾干或者４０～５０℃烘干１小时，除去乙醇，即分别得到载体碳纳米管衍生物　ＳＢＤ－ｇ－ＭＷＣＮＴｓ、ＮＢＤ－ｇ－ＭＷＣＮＴｓ或ＯＢＤ－ｇ－ＭＷＣＮＴｓ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：柴雅琴，杨春丽，袁若，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：85