[發明專利]一種用于在自來水中進行余氯檢測的傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202010534744.7
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111879832A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 姚靈;金慶輝;王達;尹加文
• 申請（專利權）人: 寧波水表（集團）股份有限公司
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30
• 代理公司: 北京君恒知識產權代理有限公司 11466
• 代理人: 余威

本發明公開了一種用于在自來水中進行余氯檢測的傳感器，它能與MEMS技術結合實現批量化生產，從而可以實現大規模應用。其關鍵技術包括：硅基表面微納米結構制備方法、摻硼金剛石電極的制備和基于摻硼金剛石（Boron Doped Diamond，BDD）電極結合同步制備的金屬鉑Pt對電極構建成兩電極體系測量余氯的電化學方法。它具有以下特點：1）高靈敏準確檢測；2）自清潔功能；3）微型化、批量制備、低成本、易集成。該設計實現余氯檢測傳感器的耐用性、高性能、小型化，可以結合采集電路模塊和無限發送模塊組成在線式余氯檢測探頭，可集成到水表、輸水管道中，實現自來水的智能化管理，節省人力。

技術領域

本發明涉及一種用于在自來水中進行余氯檢測的傳感器及其制備方法，屬傳感器技術領域。

背景技術

城市自來水供水安全對市民身體健康至關重要，因水源地污染或水管道輸運供水過程中二次污染所造成的傷害事件屢見不鮮，值得重視。氯類消毒劑是一種常用的自來水消毒劑，除用在凈水過程中外，自來水輸運過程也需要添加一定的消毒劑含量用來限制自來水輸運過程中的細菌的繁殖與增長。但自來水中余氯含量過高會對人體造成傷害，為了及時發現因水管質量問題或水處理過程誤操作導致的余氯含量過高，需實時的監測輸水管道中余氯（）的含量。

多種方法及相關傳感器已經被用來檢測水中的余氯。碘量法通過酸性環境下余氯與碘化鉀反應生成碘，用硫代硫酸鈉滴定碘的含量而間接計算出水中余氯的含量。分光光度法通過中間物與余氯發生顯色反應，使用特定波長的光吸收強度計算出余氯的含量。上述方法是實驗室分析水中余氯的常用方法，以上述原理檢測余氯難以構建傳感器，也難以原位檢測。

針對于此，現有技術中已經研發出了基于電化學法檢測余氯的工藝和儀器，基于電化學法檢測余氯的方法方便快捷、操作簡單、易構建傳感器實現原位檢測。余氯檢測的電化學檢測系統主要由工作電極、對電極組成，例如，在背景技術5中，專利號為CN201320006838.2的中國實用新型中已經公開了一種余氯檢測儀及余氯檢測裝置，該余氯檢測儀包括余氯傳感器和檢測電路，所述余氯傳感器包括覆膜，所述覆膜內部設有電解質溶液和三電極檢測頭，所述三電極檢測頭與所述檢測電路對應連接。該余氯檢測儀采用三電極檢測頭檢測余氯值，實現了管網低余氯值的在線持續檢測。該實用新型還提供了一種包含上述余氯檢測儀的余氯檢測裝置，該裝置通過設置與余氯檢測儀連接的數據遠傳終端實現了對余氯值的遠程實時檢測。該實用新型提供的余氯檢測儀和余氯檢測裝置，性能穩定，技術先進，使用方便，經過校正后精度可達0.10mg/L，可廣泛用于檢測生活飲用水、廢水、冷卻水和其它水的總氯、余氯和化合氯等。

上述專利中的余氯檢測的電化學檢測系統主要由工作電極、對電極組成，但當余氯含量高時，需用到參比電極提供基準電壓消除極化作用。其工作原理是：在一定的電壓下，在工作電極表面被還原，氧化還原反應會伴隨著電子的移動，從而在兩根電極之間的回路上產生一個微弱的電流信號，電流信號與余氯的濃度線性相關，將這個信號進行放大與轉換，即可得到溶液中余氯的濃度（水中Cl-的含量的可通過與pH計算出，從而得到余氯的含量）。

但是，上述專利中的余氯檢測裝置主要是采用銀絲作為陰極材料，在余氯檢測時，Ag在陰極被氧化而產生電子，通過檢測銀絲上的電流大小即可得到水中余氯的含量。但此類傳感器存在明顯的問題，檢測過程的產生的Ag+屬于重金屬，攝入后對人體有害，且該類傳感器在余氯檢測過程不斷消耗Ag電極，傳感器的使用壽命較短。

在背景技術6所公開的對比文件6（專利號為CN200410069537.X）中，申請人中國科學院福建物質結構研究所公開了一種新型余氯檢測電極的制備方法，基底電極可選用玻碳電極、金電極、鉑電極或石墨電極，對電極為鉑絲，飽和甘汞電極或銀/氯化銀電極為參比電極，室溫下，將經表面預處理的基底電極浸入含1~5mM氯金酸的高氯酸溶液中，高氯酸的濃度為0.1M，采用三步階躍電位法得到穩定的金納米粒子修飾電極。所得的金納米粒子在基底電極表面排列緊密、有序，粒子直徑在50~150nm。該修飾電極對余氯的電化學還原反應有很好的催化性能，另外，該修飾電極對于二氧化氯、溶解氧的電還原反應也有很好的催化性能。