基于钴的丝网印刷磷酸盐传感器的研究

来源 :清华大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:AdamMYS
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磷是造成湖泊、水库、海湾等缓流水体富营养化的关键性限制因素之一,被列为水质监测的常规指标。传统的检测方法依赖于体积庞大,价格昂贵的实验室仪器,且样品测量过程复杂,周期较长,从而限制了其应用范围。为适应现场快速检测的需要,本文提出了两种新的基于钴的磷酸盐丝网印刷电化学传感器结构和制备方法:“掺钴丝网印刷电极”和“镀钴丝网印刷电极”。掺钴丝网印刷电极是采用丝网印刷技术,通过在导电碳浆中掺杂钴粉,制成对水中磷酸盐具有能斯特响应的工作电极;在基片上印刷银/氯化银浆层,制备参比电极。本实验条件下优化后的Co/C比为1:7,在KH2PO4浓度为0.1-1×10-5 mol/L范围内,电极对H2PO4-具有能斯特(Nernst)响应,响应斜率为-41.63mV/decade,检测下限为5×10-6 mol/L,线性度为R2=99.84%。用三根相同传感器对KH2PO4标准溶液进行十次测量,相对标准偏差(Relative standard deviation, R.S.D.)分别为0.99%、0.37%和0.38%;用20根传感器对KH2PO4标准梯度溶液进行测量,测量差异范围在1.2% R.S.D至3.5% R.S.D.之间。镀钴丝网印刷电极是在丝网印刷电极的基础上,采用电镀工艺在碳电极表面电镀上一层金属钴制成的。本实验条件下优化后的电镀电流为0.5mA,电镀时间为200s。在KH2PO4浓度为0.1-1×10-5 mol/L范围内,电极对H2PO4-具有Nernst响应,响应斜率为-30.87 mV/decade,检测下限为5×10-6 mol/L,线性度为R2=0.99。用20根传感器对KH2PO4标准梯度溶液进行测量,测量差异范围在1.5% R.S.D至3.3% R.S.D.之间。基于上述实验室配水的结果,并通过对金属钴对磷酸盐响应机理的文献报道和实验分析,发现溶液的pH和溶解氧(DO)浓度对电极测量结果影响较大,并提出了金属钴对磷酸盐响应的反应方程式。本文选取了北京市肖家河污水处理厂的实际水样对电极性能进行测试,通过比较电极法和国标法测量结果之间的相对误差,得到掺钴丝网印刷电极在性能上优于镀钴丝网印刷电极,具有一定的实用性。
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