[發明專利]一種基于石墨烯試紙電極構建的電化學重金屬檢測儀及其檢測方法

在審

• 申請號: 201711287714.5
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN107966485A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 王巧鳳;孟照瑜;趙俊鳳;韓卓
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司技術檢測中心
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30;G01N27/416;H05K1/09;H05K3/12
• 代理公司: 東營雙橋專利代理有限責任公司37107
• 代理人: 侯玉山

技術領域

本發明涉及檢測儀器技術領域，尤其涉及一種基于石墨烯試紙電極構建的電化學重金屬檢測儀及其檢測方法。

背景技術

由于傳統的方法在環境檢測領域應用時，設備、成本、測量周期、靈敏度等方面先天性不足，因此傳統的方法在該領域受到極大的限制。因此，人們要尋找各種各樣的方法去替代和發展傳統的化學、物理學測量手段，電化學傳感器由于其在高靈敏度、短測量周期、高可靠性等方面的傳統優勢而得到人們的極大的關注，幾十年以來，成為在環境檢測領域內的研究熱點并獲得了廣泛的應用。目前常用的重金屬離子檢測方法有原子發射光譜法（AES）、原子吸收光譜法（AAS）、電感藕合等離子體-質譜聯用法（ICP-MS）等。但是這些方法由于操作復雜、儀器昂貴、攜帶不方便等原因，很難實現現場監測。電分析化學作為分析手段，將化學變化和電的現象緊密結合起來，應用電化學的基本原理和實驗技術研究物質的組成，分析測試物質的成分含量方法多樣，應用廣泛，在技術上日新月異，在理論上不斷深入、提高和前進。在科學研究和實際應用中，電化學方法不僅是一個分析方法，而且也是一種研究的必要工具，所使用電化學傳感器儀器簡單，便于與計算機聯機自動化，是一種公認的快速、靈敏、準確的微量和痕量分析方法，通常只要幾分鐘就可測完一個樣品，數據自動保存，能在復雜環境下現場在線檢測，測定金屬離子的濃度可以低至10-12 mol/L。現有的重金屬電化學檢測儀器通常是通過電化學工作站連接三電極，電極一般是采用柱電極，無論是檢測的靈敏性以及便攜性上均存在缺陷，因此研制開發一套基于電化學測試原理的新型重金屬檢測儀器，實現復雜水體中多種重金屬離子包括鉛（Pd2+）、鎘（Cd2+）、銅（Cu2+）快速、靈敏、準確的現場在線檢測，勢在必行。

發明內容

本發明的目的提供一種石墨烯試紙電極及其建立的基于電化學的重金屬檢測儀，其能夠實現對多種重金屬離子包括鉛（Pd2+）、鎘（Cd2+）、銅（Cu2+）快速、靈敏、準確的檢測，且更方便操作以及攜帶。

本發明之一是提供一種基于石墨烯試紙電極構建的電化學重金屬檢測儀，包括電化學檢測系統以及其輸入端連接的三電極電化學傳感器，所述三電極電化學傳感器為石墨烯印刷紙電極；所述的石墨烯印刷紙電極包括PET基底以及其上通過印刷工藝印制的工作電極、對電極、參比電極、銀質導電基線以及絕緣層；所述工作電極為印刷石墨烯，所述對電極為印刷碳，所述參比電極為印刷銀/氯化銀；所述工作電極位于PET基底中央，所述對電極、參比電極分別間隔位于工作電極的外周且三者互不接觸，所述工作電極、對電極以及參比電極分別外接銀質導電基線；所述絕緣層包圍在對電極、參比電極的外周且使其內部形成工作區域；所述絕緣層同時將所述銀質導電基線覆蓋，且所述銀質導電基線均向外延伸出絕緣層形成接觸端；所述工作電極表面沉積有一層鉍膜。

進一步優選的，所述工作電極為圓形，所述對電極、參比電極分別為圓弧形。

進一步的，所述電化學檢測系統為電化學工作站或者包括以下結構：

供電電路，用于給系統中的各個電路供電；

控制電路，用于控制系統中各個電路的運行，接收電化學信號并處理；

I/V轉換電路，用于將三電極電化學傳感器產生的電流信號轉換成電壓信號；

濾波電路，用于去除轉換后的電壓信號中的干擾信號；

放大電路，用于對電壓信號進行放大；

AD轉換電路，用于將電壓信號由模擬信號轉換成數字信號；

雙極性產生電路，用于產生正、負雙極性電壓的電路，

恒電位電路，用于保持三電極電化學傳感器工作電極的電勢保持在恒定值；

串口輸出電路，用于通過串口輸出打印功能，將采集到數據通過處理繪制成曲線；

顯示電路，用于通過液晶屏將采集到的信號進行顯示；

所述雙極性產生電路、AD轉換電路、串口輸出電路以及顯示電路分別與所述控制電路連接，所述恒電位電路與雙極性產生電路連接，所述I/V轉換電路、濾波電路、放大電路依次與AD轉換電路連接；所述恒電位電路、I/V轉換電路均與三電極電化學傳感器連接；所述控制電路、I/V轉換電路、濾波電路、放大電路、AD轉換電路、雙極性產生電路、恒電位電路、串口輸出電路以及顯示線路均與供電電路連接。

進一步優選的，所述雙極性產生電路能夠通過程序控制來產生不同波形的電壓信號。

進一步優選的，所述控制電路選擇STM32微控制器.

進一步的，所述石墨烯印刷紙電極的制備方法包括以下步驟：