CN101762627A

CN101762627A - 碳糊电极及其制备方法

Info

Publication number: CN101762627A
Application number: CN 201010104070
Authority: CN
Inventors: 郏建波
Original assignee: Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2030-02-02
Also published as: CN101762627B

Abstract

本发明提供了一种碳糊电极，包括：电极管壳、填装于所述电极管壳内部的碳糊和由所述电极管壳内部引出的电极引线，所述电极引线与所述碳糊连接；在所述电极管壳外部套装有可相对所述电极管壳旋转的更新刷，所述更新刷与带动其绕所述电极管壳相对旋转的旋转驱动装置连接。本发明还提供了一种碳糊电极的制备方法，包括：将碳糊填装于电极管壳内部；将电极引线的一端装于所述电极管壳内部且与所述碳糊连接，将电极引线的另一端从所述电极管壳内部引出；将更新刷套装在所述电极管壳外部，所述更新刷可相对所述电极管壳旋转；将旋转驱动装置连接在更新刷上，所述旋转驱动装置可带动所述更新刷绕所述电极管壳相对旋转。

Description

碳糊电极及其制备方法

技术领域

本发明涉及电化学分析领域，尤其涉及一种碳糊电极及其制备方法。

背景技术

电分析化学是以测量某一化学体系或试样的电响应为基础建立起来的一类分析方法，具有能在浑浊溶液中操作、灵敏度高、易于微型化、电极体系的连续操作可以在线测定物质的变化等许多优点，近年来得到了广泛应用。但是，电分析化学中一般以金电极、铂电极、玻碳电极和石墨电极等作为工作电极，在使用过程中，由于电解产物的沉积或者电极表面的污染，这些电极的表面容易产生钝化现象，造成测量结果的重现性差，从而限制了电分析化学的实际应用。

碳糊电极是在电极管壳中填入碳粉与其他修饰材料的糊状混合物，再将电极引线由电极管壳内部引出而得到的。对碳糊电极进行表面更新时，只需转动与电极管壳相连的电极引线，将污染的碳糊层挤出，然后将电极表面抛光即可。由于碳糊电极具有制作简单、价格低廉、表面容易更新等诸多优良特性，广泛应用于生命、环境、能源、电子以及材料学等诸多领域，尤其为电化学分析提供了表面可更新的工作电极。

但是，现有技术中对碳糊电极进行表面更新较为麻烦，如中国专利200710055795.6公开了一种化学修饰碳糊铋膜电极，对所述电极表面进行更新时，需要在硫酸纸或砂纸上打磨、抛光，使电极表面成平面。这种表面更新需要手工进行，不仅耗时耗力，而且效率较低。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供了一种碳糊电极及其制备方法，通过本发明提供的方法制备的碳糊电极可以实现表面自动更新，提高效率。

本发明提供了一种碳糊电极，包括：电极管壳、填装于所述电极管壳内部的碳糊和由所述电极管壳内部引出的电极引线，所述电极引线与所述碳糊连接；

在所述电极管壳外部套装有可相对所述电极管壳旋转的更新刷，所述更新刷与带动其绕所述电极管壳相对旋转的旋转驱动装置连接。

优选的，所述更新刷包括套管和与套管相连的刷体，所述套管套装在电极管壳外部，所述刷体表面安装有刷布。

优选的，所述刷布为砂纸、硫酸纸、丝绸布、皮革或称量纸。

优选的，所述旋转驱动装置包括与所述更新刷连接的旋转杆。

优选的，所述碳糊为碳粉和疏水性溶剂的混合物。

优选的，所述碳粉和疏水性溶剂按质量比为55-80∶20-45。

本发明还提供了一种碳糊电极的制备方法，包括：

将碳糊填装于电极管壳内部；

将电极引线的一端装于所述电极管壳内部且与所述碳糊连接，将电极引线的另一端从所述电极管壳内部引出；

将更新刷套装在所述电极管壳外部，所述更新刷可相对所述电极管壳旋转；

将旋转驱动装置连接在更新刷上，所述旋转驱动装置可带动所述更新刷绕所述电极管壳相对旋转。

优选的，所述碳糊为碳粉和疏水性溶剂混合而成。

与现有技术相比，本发明提供的碳糊电极包括电极管壳、填装于电极管壳内部的碳糊、由电极管壳内部引出的电极引线、套在电极管壳外部的更新刷和与更新刷相连的旋转驱动装置，当碳糊电极表面需要更新时，转动电极引线，将电极表面受污染的碳糊挤出，然后开启旋转电机，使旋转驱动装置带动更新刷围绕电极管壳转动，更新刷与电极表面接触，将挤出的碳糊除去，同时将电极表面打磨光滑，得到新鲜表面。再次转动电极引线、开动旋转电机即可完成下一次更新。由此可见，本发明提供的碳糊电极可实现自动更新，省时省力，效率较高。此外，本发明提供的碳糊电极制作工艺简单、价格低廉，易于重复使用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的碳糊电极的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的碳糊电极，主要是在传统碳糊电极上增加了套装在所述电极管壳外部、可相对所述电极管壳旋转的更新刷和能够带动更新刷绕电极管壳相对旋转的旋转驱动装置。所述旋转驱动装置带动更新刷围绕所述电极管壳旋转，使更新刷与电极表面接触，将受污染的碳糊去除，同时将电极表面打磨光滑。

如图1所示，图1为本发明实施例提供的碳糊电极的结构示意图，所述碳糊电极包括电极管壳2，碳糊1填装在电极管壳2的一端，电极引线3的一端与碳糊1相连，另一端由电极管壳2的内部引出，更新刷4套装在电极管壳2的外部、填装有碳糊1的一端，能够围绕电极管壳2旋转；更新刷4通过旋转杆5与旋转电机相连，旋转电机未在图中示出，旋转杆5带动更新刷4沿电极管壳2旋转，与电极表面接触，从而将电极表面打磨光滑。

所述更新刷4由套管41和与套管41相连的刷体42组成，所述套管41套装在电极管壳2外部，能够绕电极管壳旋转。套管41可以固定在电极管壳上，也可以沿电极管壳滑动。刷体42表面安装有刷布，刷布可以为砂纸、硫酸纸、丝绸布、皮革或称量纸。所述刷体42在旋转杆5的作用下，以电极管壳2为旋转中心旋转，使刷体42表面的刷布与电极表面接触、发生摩擦，将电极表面打磨光滑。

本发明提供的碳糊电极进行自动表面更新的过程如下：当所述碳糊电极需要进行表面更新时，首先转动电极引线3，将受污染的碳糊2挤出，然后移动套管41或转动刷体42，使刷体42表面的刷布与碳糊电极表面在同一水平面，接着开启旋转电机，使旋转驱动装置5带动更新刷4围绕电极管壳转动，转动时，刷体42表面的刷布与碳糊电极的表面紧密接触、发生摩擦，将碳糊电极表面打磨光滑，得到新鲜表面，从而实现碳糊电极表面的更新。再次转动电极引线、开动旋转电机即可完成下一次更新。当电极表面不需要更新时，可以通过移动套管41带动刷体42远离电极表面，也可以通过转动刷体42使之远离碳糊电极表面，使碳糊电极能够正常工作。

由此可见，本发明提供的碳糊电极可实现自动更新，省时省力，效率较高。此外，本发明提供的碳糊电极制作工艺简单、价格低廉，易于重复使用。

本发明还提供了一种碳糊电极的制备方法，包括：

将碳糊填装于电极管壳内部；

将电极引线的一端装于所述电极管壳内部与所述碳糊连接，将电极引线的另一端从所述电极管壳内部引出；

将旋转驱动装置安装在所述更新刷上，所述旋转驱动装置可带动所述更新刷绕所述电极管壳相对旋转。

按照本发明，以电极管壳为中心，分别在所述电极管壳内部填装碳糊、由所述电极管壳引出电极引线、在所述电极管壳外部套上更新刷和在所述更新刷上安装旋转驱动装置。本发明对所述操作步骤的顺序没有特殊限制。

所述电极管壳作为碳糊的载体，是碳糊电极的基础组成部分。所述电极管壳作为碳糊的载体，是碳糊电极的基础组成部分。本发明对所述电极管壳的材料没有特殊限制，优选为玻璃管或塑料管。本发明对所述电极管壳的长度没有特殊限制，优选为3cm-10cm，更优选为4cm-8cm。本发明对所述电极管壳的内径、外径没有特殊限制，优选内径为1mm-5mm，外径为3mm-8mm。

所述碳糊是碳糊电极的重要组成部分，是碳糊电极进行工作的关键。按照本发明，所述碳糊是将碳粉和疏水性溶剂混合后，按照本领域技术人员熟知的方法研磨而成的均匀、稳定的糊状混合物。所述疏水性溶剂优选为甲级硅油或石蜡油。所述碳粉和疏水性溶剂按质量比优选为40-100∶10-60，更优选为50-90∶15-55，最优选为55-80∶20-45。按照本发明，将所述碳糊填装于所述电极管壳内部，本发明对所述填装方法没有特殊限制，优选为本领域技术人员熟知的方法。在填装碳糊之前，优选对所述电极管壳进行本领域技术人员熟知的超声清洗，以去除杂质，减少测量时的干扰。

按照本发明，将所述电极引线的一端装于所述电极管壳内部且与所述碳糊连接，经电极引线的另一端由电极管壳内部引出，其作用在于挤出受污染的碳糊。本发明对所述电极引线的安装方式没有特殊限制，可以为直接插入，也可以为螺纹连接。本发明对所述电极引线的材质没有特殊限制，优选为金属棒，更优选为铜棒或不锈钢棒。本发明对所述电极引线的长度没有特殊限制，优选为5cm-7cm。本发明对所述电极引线在电极管壳外的露出部分的长度没有特殊限制，优选为1cm-10cm，更优选为1cm-8cm，最优选为1cm-4cm。本发明对所述电极引线的直径没有特殊限制，优选为1mm-5mm。

为了使碳糊电极表面实现自动更新，本发明还包括将所述更新刷套装在所述电极管壳上，所述更新刷可相对电极管壳旋转，转动时，更新刷与碳糊电极表面紧密接触、发生摩擦，能够去除挤出的碳糊并将电极表面打磨光滑。本发明对更新刷在电极管壳外部的套装方式没有特殊限制，优选为本领域技术人员熟知的方法。

按照本发明，所述更新刷优选包括套管和与套管相连的刷体，所述套管套装在电极管壳外部，所述刷体表面安装有刷布。本发明对套管和刷体的连接方式没有特殊限制，刷体可以固定在套管上，也可以通过本领域技术人员熟知的其他方法与套管相连。本发明对所述套管的材质没有特殊限制，优选为塑料或玻璃。本发明对所述套管与电极管壳的套装方式没有特殊限制，所述套管可以沿电极管壳滑动，也可以固定在电极管壳上。所述刷体的作用是与电极表面接触，去除受污染的碳糊并将电极表面打磨光滑。本发明对所述刷体的形状没有特殊限制，优选为矩形或正方形。在刷体表面安装刷布，安装方式可以为内嵌、粘贴或其他本领域技术人员熟知的方式。由于对刷体形状没有特殊限制，因此刷体可有多个表面，优选将刷体各表面均安装刷布，方便更换，延长更新刷的使用寿命。

所述更新刷需要由旋转驱动装置带动围绕电极管壳旋转实现对电极表面的更新，因此，本发明还包括将旋转驱动装置安装在所述更新刷上。本发明对所述安装方式没有特殊限制，为本领域技术人员熟知的方式。

按照本发明，优选对所述碳糊电极进行化学修饰，本发明对所述化学修饰的方法没有特殊限制，优选为本领域技术人员熟知的方法，包括但不限于恒电位沉积法和差分脉冲溶出伏安法。

与现有技术相比，本发明提供的碳糊电极包括电极管壳、填装于电极管壳内部的碳糊、由电极管壳内部引出的电极引线、套在电极管壳外部的更新刷和与更新刷相连的旋转驱动装置，当碳糊电极表面需要更新时，转动电极引线，将污染的碳糊挤出，然后开启旋转电机，使旋转驱动装置带动更新刷围绕电极管壳转动，将挤出的碳糊除去，同时将电极表面打磨光滑，得到新鲜表面。再次转动电极引线、开动旋转电机即可完成下一次更新。由此可见，本发明提供的碳糊电极可实现自动更新，省时省力，效率较高。此外，本发明提供的碳糊电极制作工艺简单、价格低廉，易于重复使用。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的碳糊电极及其制备方法进行描述。

实施例1

取55mg碳粉和45mg甲基硅油在玛瑙研钵中仔细研磨，得到均一稳定的碳糊混合物；然后用小勺将所述碳糊混合物装入清洗干净的长4cm、内径为1mm、外径为3mm的聚四氟乙烯电极管壳的一端；所述聚四氟乙烯管壳的另一端塞有长5cm、直径为1mm的铜棒作为电极引线，铜棒插入电极管壳的部分长3cm；将具有聚四氟乙烯套管和砂纸刷体的更新刷套在所述聚四氟乙烯管壳的外部，所述刷体与旋转杆相连，所述旋转杆与马达相连。开启马达，旋转杆带动更新刷围绕电极管壳转动，将碳糊电极表面打磨光滑。

将所述碳糊电极作为工作电极置于0.1M(pH4.0)醋酸缓冲液中，其中含有1000μg/LBi(III)，以Ag/AgCl/KCl(饱和水溶液)电极为参比电极，铂片电极为对电极，以恒电位沉积法对碳糊电极进行化学修饰，即在-1.1V电位、搅拌的条件下沉积120s，得到铋膜修饰的碳糊电极。然后施加正向扫描电位氧化溶出铋，扫描电位范围为-1.1V-0.5V，得到铋的溶出氧化峰。

转动作为电极引线的铜棒，挤出受污染的碳糊；启动马达，旋转杆带动更新刷围绕电极管壳转动，将挤出的碳糊清除，并将碳糊电极表面打磨光滑，得到新鲜表面。使用与上述相同的方法得到铋膜修饰的碳糊电极，并使用与上述相同的方法获得铋的溶出氧化峰。连续测定6次铋的溶出氧化峰，得到的铋的溶出电流值的相对标准偏差为2.6％，表明所述碳糊电极可以用于连续测定。

实施例2

取65mg碳粉和35mg石蜡油在研钵中仔细研磨，得到均一稳定的碳糊混合物；然后用小勺将所述碳糊混合物装入清洗干净的长7cm、内径为3mm、外径为6mm的塑料电极管壳的一端；所述塑料管壳的另一端塞有长7cm、直径为3mm的不锈钢棒作为电极引线，不锈钢棒插入电极管壳的部分长4cm；将具有塑料套管和硫酸纸刷体的更新刷套在所述塑料管壳的外部，所述刷体与旋转杆相连，所述旋转杆与马达相连。开启马达，旋转杆带动更新刷围绕电极管壳转动，将碳糊电极表面打磨光滑。

将所述碳糊电极作为工作电极置于0.1M(pH4.2)醋酸缓冲液中，其中含有1500μg/LBi(III)，以Ag/AgCl/KCl(饱和水溶液)电极为参比电极，铂片电极为对电极，以差分脉冲溶出伏安法为碳糊电极进行化学修饰，即在-1.4V电位、搅拌的条件下沉积120s，得到铋膜修饰的碳糊电极。然后施加正向扫描电位氧化溶出铋，电位增量为0.005V，振幅为0.08V，脉冲宽度为0.005s，扫描电位范围为-1.4V-0.3V，得到铋的溶出氧化峰。

转动作为电极引线的不锈钢棒，挤出受污染的碳糊；启动马达，旋转杆带动更新刷围绕电极管壳转动，将挤出的碳糊清除，并将碳糊电极表面打磨光滑，得到新鲜表面。使用与上述相同的方法得到铋膜修饰的碳糊电极，并使用与上述相同的方法获得铋的溶出氧化峰。连续测定6次铋的溶出氧化峰，得到的铋的溶出电流值的相对标准偏差为2.2％，表明所述碳糊电极可以用于连续测定。

实施例3

取80mg碳粉和20mg甲基硅油在研钵中仔细研磨，得到均一稳定的碳糊混合物；然后用小勺将所述碳糊混合物装入清洗干净的长8cm、内径为5mm、外径为7mm的玻璃电极管壳的一端；所述玻璃电极管壳的另一端塞有长7cm、直径为5mm的铜棒作为电极引线，铜棒插入电极管壳的部分长4cm；将具有玻璃套管和丝绸布刷体的更新刷套在所述玻璃电极管壳的外部，所述刷体与旋转杆相连，所述旋转杆与马达相连。开启马达，旋转杆带动更新刷围绕电极管壳转动，将碳糊电极表面打磨光滑。

将所述碳糊电极作为工作电极置于0.1M(pH4.5)醋酸缓冲液中，其中含有500μg/LBi(III)，以Ag/AgCl/KCl(饱和水溶液)电极为参比电极，铂片电极为对电极，以差分脉冲溶出伏安法为碳糊电极进行化学修饰，即在-1.0V电位、搅拌的条件下沉积120s，得到铋膜修饰的碳糊电极。然后施加正向扫描电位氧化溶出铋，电位增量为0.005V，振幅为0.08V，脉冲宽度为0.005s，扫描电位范围为-1.1V-0.5V，得到铋的溶出氧化峰。

转动作为电极引线的铜棒，挤出受污染的碳糊；启动马达，旋转杆带动更新刷围绕电极管壳转动，将挤出的碳糊清除，并将碳糊电极表面打磨光滑，得到新鲜表面。使用与上述相同的方法得到铋膜修饰的碳糊电极，并使用与上述相同的方法获得铋的溶出氧化峰。连续测定8次铋的溶出氧化峰，得到的铋的溶出电流值的相对标准偏差为2.8％，表明所述碳糊电极可以用于连续测定。

实施例4

取70mg碳粉和30mg石蜡油在研钵中仔细研磨，得到均一稳定的碳糊混合物；然后用小勺将所述碳糊混合物装入清洗干净的长4cm、内径为2mm、外径为6mm的聚四氟乙烯电极管壳的一端；所述聚四氟乙烯管壳的另一端塞有长5cm、直径为2mm的不锈钢棒作为电极引线，铜棒插入电极管壳的部分长3cm；将具有聚四氟乙烯套管和皮革刷体的更新刷套在所述聚四氟乙烯管壳的外部，所述刷体与旋转杆相连，所述旋转杆与马达相连。开启马达，旋转杆带动更新刷围绕电极管壳转动，将碳糊电极表面打磨光滑。

将所述碳糊电极作为工作电极置于0.1M(pH4.3)醋酸缓冲液中，其中含有800μg/LBi(III)、20μg/LPb(II)、20μg/LCd(II)和20μg/LZn(II)，以Ag/AgCl/KCl(饱和水溶液)电极为参比电极，铂片电极为对电极，以差分脉冲溶出伏安法为碳糊电极进行化学修饰，即在-1.4V电位、搅拌的条件下沉积120s，静置10s，然后施加正向扫描电位氧化溶出铋，电位增量为0.005V，振幅为0.8V，脉冲宽度为0.005s，扫描电位范围为-1.4V-0.3V，得到四个溶出氧化峰，电位从负到正依次为锌、镉、铅和铋。

转动作为电极引线的不锈钢棒，挤出受污染的碳糊；启动马达，旋转杆带动更新刷围绕电极管壳转动，将挤出的碳糊清除，并将碳糊电极表面打磨光滑，得到新鲜表面。使用与上述相同的方法得到化学修饰的碳糊电极，并使用与上述相同的方法获得锌、镉、铅和铋的溶出氧化峰。连续测定8次锌、镉、铅和铋的溶出氧化峰，得到的溶出电流值的相对标准偏差分别为2.5％、3.3％、3.9％和2.2％，表明所述碳糊电极可以用于铅、镉、锌和铋等重金属的连续测定。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种碳糊电极，其特征在于，包括：电极管壳、填装于所述电极管壳内部的碳糊和由所述电极管壳内部引出的电极引线，所述电极引线与所述碳糊连接；

2.根据权利要求1所述的碳糊电极，其特征在于，所述更新刷包括套管和与套管相连的刷体，所述套管套装在电极管壳外部，所述刷体表面安装有刷布。

3.根据权利要求2所述的碳糊电极，其特征在于，所述刷布为砂纸、硫酸纸、丝绸布、皮革或称量纸。

4.根据权利要求1所述的碳糊电极，其特征在于，所述旋转驱动装置包括与所述更新刷连接的旋转杆。

5.根据权利要求1所述的碳糊电极，其特征在于，所述碳糊为碳粉和疏水性溶剂的混合物。

6.根据权利要求4所述的碳糊电极，其特征在于，所述碳粉和疏水性溶剂按质量比为55-80∶20-45。

7.一种碳糊电极的制备方法，其特征在于，包括：

将碳糊填装于电极管壳内部；

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述更新刷包括套管和与套管相连的刷体，所述套管套装在电极管壳外部，所述刷体表面安装有刷布。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述刷布为砂纸、硫酸纸、丝绸布、皮革或称量纸。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述碳糊为碳粉和疏水性溶剂混合而成。