[發明專利]一種溶解氧微電極及其制備方法

有效

• 申請號: 200810232260.6
• 申請日: 2008-11-14
• 公開（公告）號: CN101408526A
• 公開（公告）日: 2009-04-15
• 發明（設計）人: 王磊;王旭東;楊永哲;張立卿;李志霞;王韜;孟千秋;崔星;許維;白曉榮;佐藤久;福士憲一
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: G01N27/36
• 分類號: G01N27/36
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所
• 代理人: 李鄭建

技術領域

本發明涉及一種微電極及其制備，特別是一種溶解氧微電極及其制備方法。

背景技術

水體環境與人類的生活息息相關，水質的好壞嚴重影響著人的身體健康。水體環境中DO (溶解氧)的含量是水體受污染程度和生態環境好壞的重要指標之一，它與BOD、COD等水中 其它指標密切相關，是水產養殖業、自來水廠、污水處理廠和水質監測部門必不可少的監測 項目。在環境監測中，測定水中DO最經典的方法是碘量法，但碘量法從采樣固定到滴定整個 非在線測定過程易受多種因素的干擾。特別是對于極度缺氧或無氧水樣的測定，經典滴定法 會得出偏高甚至錯誤的結論。而微電極具有高的分辨率和靈敏度，可以有效地解決這一難題。

另外，利用氧微電極的高分辨率還可以測定水底的光合作用。Carsten等通過測定深海 底部光線消失后4s內氧氣濃度的減少速率來確定微型藻類的總光合作用。若以氧氣初始減 少速率來表示光合作用速率，用氧微電極測定的最大速率比傳統方法測得的值高32％。 Yoshiyuki等的研究也表明，當光強達到1050μmol光子/m/s時，在沉淀物表層0.5mm處可以 測得凈光合作用量，當光強達到1900μmol光子/m/s時，在沉淀物表層1.0mm處可以測得總 光合作用量。隨著光強增大，凈光合作用速度和呼吸作用也隨之增加。在光反應和暗反應中， 連續測定沉淀物不同層次中氧的濃度，表明光合作用隨光強的改變迅速變化，并在200s內氧 氣濃度穩定。

氧微電極在好氧生物處理中也有著廣泛的應用。在污水的好氧生物處理過程中，活性污 泥或生物膜中存在著厭氧微區。但傳統的方法缺乏精密的儀器，只能測定曝氣池中的溶解氧 濃度，而對活性污泥和生物膜微區中的氧分布狀況卻無能為力。氧微電極尖端可達到1μm， 能夠深入到活性污泥內部，測定不同層次的氧氣濃度，從而確定在單一活性污泥絮體內氧氣 濃度對硝化和反硝化的影響。Andreas等利用不同的微電極聯合測定了單一活性污泥絮體中 的厭氧過程，對6個活性污泥絮體進行研究后發現，其中4個絮體在曝氣過程中未出現厭氧 區，因此反硝化速率很慢；另外2個絮體中反硝化速率卻很快，其原因可能是這2個絮體的 密度要明顯大于前4個絮體，導致了厭氧區的出現。Hisashi?Sato等的研究表明，氧氣在絮 體中的穿透深度取決于池中的氧氣濃度，硝化發生在有氧區，硝化速度隨氧氣濃度增加而增 加，當氧氣濃度達到40μM時，硝化速率保持穩定，當氧氣濃度在10μM～35μM范圍時，在曝 氣活性污泥中硝化和反硝化同時發生。Hisashi?Sato等利用O₂、NH₄⁺、NO₂^-、NO₃^-和pH微電極 相結合進行了膜曝氣生物膜反應器中硝化和反硝化的宏觀與微觀分析。

目前所使用的溶解氧電極，體積大，響應時間長，靈敏度普遍不高，并且操作繁瑣，而 且大多還停留在宏觀基礎上。對于水環境微區，特別是污水生物處理過程中如活性污泥、生 物膜內部微元環境中溶解氧的變化目前還無能為力。因此，開發一種新的溶解氧微電極對于 研究水體中各種污泥、沉淀物內部微觀區域中溶解氧濃度，以及污水生物處理過程中，活性 污泥或生物膜內部微元區域中溶解氧的濃度變化情況，從而進一步探討污水生物處理機理， 優化處理工藝，具有重要意義。

發明內容

針對上述現有技術存在的缺陷或不足，本發明的目的在于，提供一種新型的溶解氧微電 極及其制備方法，該溶解氧微電極的尖端極細，能快速測定活性污泥絮體或生物膜內微元環 境的溶解氧。

為了實現上述任務，本發明采取如下的技術解決方案：

一種溶解氧微電極，其特征在于，該溶解氧微電極包括一個充有膜后電解質的外部套管， 外部套管由堿石灰玻璃制成，其一端為尖端狀，尖端注有硅橡膠膜；所述的外部套管的中心 部位裝有由鉑絲制成的感應陰極，所述的鉑絲在位于外部套管尖端部有一段鉑絲裸露在毛細 玻璃管外，裸露的鉑絲被腐蝕后鍍金；外部套管內還裝有Ag/AgCl內部參比電極和銀保護陰 極，其中，感應陰極和Ag/AgCl內部參比電極連接，銀保護電極單獨插入，銀保護電極的尖 端距鉑絲的尖端為50μm～200μm，外部套管與毛細玻璃管之間由環氧樹脂封閉，鉑絲感應陰 極、Ag/AgCl內部參比電極和銀保護陰極的引線分別焊接于電極插頭相應的接線柱上。