[發明專利]采用導電金剛石涂覆電極的電化學分析法、以及基于它的電化學分析系統

無效

• 申請號: 00104989.5
• 申請日: 2000-04-07
• 公開（公告）號: CN1278063A
• 公開（公告）日: 2000-12-27
• 發明（設計）人: 藤嶼昭;D·A·特里克;E·普帕;A·馬尼萬南;T·N·勞;B·V·薩拉達
• 申請（專利權）人: 株式會社明電舍;藤嶼昭
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26;G01N27/30
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 陳季壯

第一，本發明涉及使用適合量化固體金屬的導電金剛石涂覆電極的電化學分析法，其中測試金屬通過摩擦轉移到電極上；第二，本發明涉及適合量化電離金屬的同一分析法，其中測試金屬通過電鍍轉移到電極上；第三，本發明涉及使用適合量化有機樣品溶液的導電金剛石涂覆電極或陽極氧化金剛石涂覆電極的流動注射電化學分析系統；第四，本發明涉及適合單獨從抗壞血酸(通常共存于同一生物測試材料中)中選擇性量化尿酸的尿酸分析法、以及一種基于它的尿酸分析系統。

最近已知，金剛石具有優異的電化學性能(尤其是在穩定性上)，因此預期金剛石可在電化學分析中替代常規的碳電極。金剛石本身具有高電阻，因此是一種優異的絕緣體。但如果摻雜硼作為雜質，金剛石的電阻就會下降。因此，通過調節硼在金剛石中的加入量，可以使金剛石的電阻處于高導電金屬與半導體電阻之間的任何所需位置上。

摻硼金剛石電極有許多其它優點：與常規電極相比，它具有較寬的電位范圍，且可在用作電極時產生低背景電流。因此，對將金剛石電極引入化學分析中的前景已引起廣泛關注。的確，摻硼金剛石電極能夠檢測出發生在高電位時的電化學氧化作用，因為它具有較寬的電位范圍。

電化學分析廣泛用于各種領域，包括金屬工業、環境科學、能源化學、成像工程、電子、生物、醫藥等。

對于這種電化學分析，常規使用一種如圖1描述的系統。該系統例如可用于分析溶液中的測試對象(如，金屬)。在該圖中，1表示用于分析的容器。它包含電極溶液1a，其中含有待分析的測試對象(如，金屬離子)。該容器用密封膜1b密封。放置活性電極2和反電極3，使得它們以特定的相互間距離浸漬在分析容器1內的電解液1a中。活性電極2例如由石墨電極、玻璃碳電極、汞電極(如，汞涂覆電極或滴汞電極)或類似物組成。反電極3例如由鉑制或碳制電極組成。

活性電極2和反電極3分別通過導線2a和3a連接到恒電位儀4上。恒電位儀4上還連接有電位掃描器4a和記錄儀4b。參比電極5(或基電極)通過毛細管5a與活性電極2，并通過導線5b與恒電位儀4電連接。參比電極5由飽和甘汞電極組成。

加料管6將氮氣(N₂)供給反電極3的附近。攪拌器7在分析容器1的底部旋轉圓盤7a，這樣可在分析容器1內攪動電解液1a。

以下描述圖1系統分析金屬的方法。首先，恒電位儀4將活性電極2的電位由原始水平掃描至負值，這樣可通過電鍍將電解液中的金屬離子連續沉積到活性電極2的表面上(還原濃縮)。

然后，恒電位儀4將活性電極2的電位掃描至正值，這樣可通過陽極剝離將沉積在活性電極上的金屬溶解到電解液1a中。每種沉積金屬在特征氧化電位時溶解。因此，如果金屬溶解到電解液1a中，可在所需的掃描速度下，通過檢測響應活性電極2電位變化的電流變化來分析金屬。

如圖1所描繪的系統確實能夠對電解液中的金屬離子進行電化學分析。但如果測試物質為固體，它必須溶解在電解液中，才能沉積到活性電極上進行分析。這需要時間，因此可能會在處理過程中損壞測試物質。因此，這種系統僅適用于范圍有限的物質。

即便測試對象是金屬離子，如圖1描繪的常規系統還存在另一問題。就拿使用滴汞電極或汞涂覆電極(以下稱作汞電極)的常規電化學分析作為例子。該方法包括：將溶液中的金屬離子在汞電極表面上還原，這樣可將金屬同化到汞電極的表面上或將其汞齊化到汞電極上；掃描汞齊化電極的電位，這樣可使該電極進行陽極剝離；然后測量響應電位變化的電流。

采用碳電極或汞電極的常規系統可用于分析包含1.0×10^-6MPb(NO)₃、1.0×10^-6M?ZnSO₄、1.0×10^-6M?Cu(NO₃)₂、0.10M?KCl和H₂O(pH值3.3)的電解液。

分析過程包括：將活性電極的電位保持在-1200mV達90秒，這樣可將金屬離子沉積到活性電極上，將活性電極的電位掃描至正值，然后測量在50mV/s的掃描速率下響應電位變化的電流變化。

結果在圖2中由跡線g(基于碳電極的分析)和h(基于汞電極的分析)給出。如這些跡線所示，記錄沉積金屬溶解到電解液時的響應電位變化的電流變化。可通過讀取產生峰值電流(在這種情況下，極小值)時的電位來分析Zn、Pb和Cu。