[發(fā)明專利]一種基于電位型傳感器的化學(xué)動力學(xué)研究裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710361092.X
• 申請日: 2017-05-13
• 公開（公告）號: CN106990146B
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋德安;梁榮寧;姜曉華;孫惠青;孔凡玉;呂博;方倩囡;秦偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26
• 代理公司: 青島發(fā)思特專利商標(biāo)代理有限公司37212
• 代理人: 鞏同海

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化學(xué)動力學(xué)研究領(lǐng)域，具體涉及一種基于電位型傳感器的化學(xué)動力學(xué)研究裝置及方法。

背景技術(shù)

化學(xué)動力學(xué)是研究化學(xué)反應(yīng)過程和反應(yīng)機理的重要研究方向，特別是近年來其在研究環(huán)境污染物的降解中發(fā)揮了巨大的作用。但是由于其屬于過程研究，需要具有高的時間分辨與強的物質(zhì)選擇性，因此這種方法的研究對象還受到非常大的限制，繼而也限制了環(huán)境污染物的降解研究。

基于聚合物敏感膜的電位型傳感器具有靈敏度高、選擇性好、響應(yīng)速度快、檢測過程不受樣品的顏色和濁度干擾等優(yōu)勢。但是長期以來，其應(yīng)用范圍僅限于樣品含量分析，無法應(yīng)用于化學(xué)動力學(xué)的研究。這主要是由于其響應(yīng)原理基于能斯特方程，理論上還沒有能夠?qū)⑵渑c動力學(xué)研究方法結(jié)合的突破。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于電位型傳感器的化學(xué)動力學(xué)研究裝置及方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案：

一種基于電位型傳感器的化學(xué)動力學(xué)研究裝置，包括工作電極、參比電極、檢測池、電信號檢測器；其中工作電極與參比電極的導(dǎo)線端與電信號檢測器相連，電極端插入檢測池中，檢測池設(shè)有溶液攪拌裝置與溫度控制裝置；

所述工作電極底部有聚合物敏感膜，內(nèi)部有內(nèi)充液，內(nèi)充液中插有內(nèi)參比電極；

所述內(nèi)充液包括反應(yīng)物A與離子強度平衡試劑；

所述檢測池中有檢測液，所述檢測液包括離子強度控制試劑與pH控制試劑；

所述工作電極插入檢測液后，待電位信號穩(wěn)定即為基線電位，此時將反應(yīng)物B加入檢測液中，記錄電位變化即為監(jiān)控反應(yīng)物A與反應(yīng)物B之間的化學(xué)反應(yīng)的動力學(xué)過程。

所述反應(yīng)物B的濃度在5×10^-6～10^-4mol/L之間；

所述反應(yīng)物A的濃度在10^-2～10^-1mol/L之間；

所述離子強度控制試劑的濃度，即反應(yīng)所需的離子強度的濃度，為反應(yīng)物A的濃度與離子強度平衡試劑的濃度的加和。

所述反應(yīng)物A可以但不限于氧化劑溶液，如高錳酸鹽溶液、重鉻酸鹽溶液、高鐵酸鹽溶液、過氧化物鹽溶液、次氯酸鹽溶液或氯胺鹽溶液。

所述聚合物敏感膜是將聚合物基體材料、增塑劑、離子載體、離子交換劑和惰性鹽，按質(zhì)量百分比20～80:20～80:0～5:0～15:0～20混合后溶入到四氫呋喃中，攪勻后在室溫下放置6～48h，待四氫呋喃揮發(fā)完全后即得到聚合物敏感膜；所述聚合物敏感膜在使用前需要在與反應(yīng)相同離子強度的濃度條件下浸泡12～72h。

所述聚合物敏感膜還可以進一步在其表面涂覆離子載體、離子交換劑、導(dǎo)電材料中的一種或幾種。

所述聚合物基體材料為聚氯乙烯、羧基化聚氯乙烯、聚丁基丙烯酸酯、聚丙烯酸丁酯、聚醚酰亞胺、橡膠、溶膠凝膠膜、甲基丙烯酸甲酯-癸基甲基丙烯酸甲酯共聚物、丙烯酸正丁酯-甲基丙烯酸羥乙酯共聚物中的一種或幾種。

所述增塑劑為鄰-硝基苯辛醚、二-2-乙基己基癸酯、癸二酸二丁酯、癸二酸二辛酯中的一種或幾種。

所述離子交換劑為四(3,5-二(三氟甲基)苯基)硼酸鈉、二壬基萘磺酸、二壬基萘磺酸鹽、硼酸鹽及其衍生物、三-(十二烷基)甲基氯化銨、三-(十四烷基)甲基氯化銨中的一種或幾種。

所述惰性鹽為四(十二烷基)-四(4-氯苯基)硼酸銨。

所述導(dǎo)電材料為3-烷基噻吩、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚乙炔、聚正辛基噻吩、六聚噻吩、聚乙撐二氧噻吩、碳納米管、石墨烯、鉑納米、金納米、二硫化鉬、介孔碳、多孔金、氧化煙錫納米中的一種或幾種。

所述電信號檢測器是電化學(xué)工作站、離子計或電位儀。

一種如上述所述的基于電位型傳感器的化學(xué)動力學(xué)研究方法，分析反應(yīng)動力學(xué)過程的原理與方法如下所述：

利用公式對初始階段電位變化速率的絕對值進行分析，其中：

R——理想氣體常數(shù)；

T——絕對溫度；

Z——反應(yīng)物A的電荷；

F——法拉第常數(shù)；

公式(1)可簡化為

通過對電位變化ΔE與時間變化Δt進行線性擬合獲得，從而得到反應(yīng)物A與反應(yīng)物B之間的化學(xué)反應(yīng)的假一級反應(yīng)動力學(xué)常數(shù)k_p；