CN101881748A

CN101881748A - 一种氧化还原电位微电极及其制备方法

Info

Publication number: CN101881748A
Application number: CN2010102144112A
Authority: CN
Inventors: 王磊; 王旭东; 吕永涛; 杨永哲; 白晓荣; 叶静陶; 佐藤久; 福士宪一
Original assignee: Xian University of Architecture and Technology
Current assignee: Xian University of Architecture and Technology
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2010-11-10

Abstract

本发明公开了一种氧化还原电位微电极及其制备方法，它包括一管状锥形体玻璃套管、及被该玻璃套管下端紧密包裹且贯穿于其中的铂丝构成的氧化还原电位微电极，所述玻璃套管的锥形体端头延伸有铂丝段，玻璃套管的上端为封闭有环氧树脂的端面，铂丝伸出该端面与微电压计相接。铂丝在1+1王水中被腐蚀到极细，再将其用玻璃管紧密包裹。贵金属铂感应阴极作为工作电极，Ag/AgCl外部参比电极充当阳极。本发明的氧化还原电位微电极体积小、分辨率高、准确性良好、响应迅速、灵敏度高、成本低廉且使用寿命长。它能快速测定活性污泥絮体或生物膜微环境内的氧化还原电位值，在环境微生物学和污水处理等领域有着广泛的应用前景。

Description

一种氧化还原电位微电极及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种微电极及其制备，特别是一种氧化还原电位微电极及其制备方法。

背景技术

水环境污染是全世界都要面对的重大问题，作为水处理和微生物系统的一个新兴的指示指标，溶液的氧化还原电位(ORP)值不仅可以作为指示生物膜及活性污泥絮体中某些微生物存在的指标，还可以指示某些化学反应在生物膜中发生的具体位置。国外已有研究表明，ORP值可作为污水处理厂污染物去除、废水中硝化/反硝化/除磷等过程的指示指标。本研究自制氧化还原电位微电极克服了宏观监测对活性污泥絮体、生物膜内部微环境内氧化还原电位值的变化无能为力的困难，对于进一步探讨污水生物处理机理具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种简便的氧化还原电位微电极及其制备方法，使其能够应用于污水处理中。

为了实现上述目标，本发明采取如下的技术解决方案：一种氧化还原电位微电极，其特征在于：包括一管状锥形体玻璃套管、及被该玻璃套管下端紧密包裹且贯穿于其中的铂丝构成的氧化还原电位微电极，所述玻璃套管的锥形体端头延伸有铂丝段，玻璃套管的上端为封闭有环氧树脂的端面，铂丝伸出该端面与微电压计相接。

所述延伸出该玻璃套管锥形体端头的铂丝段为经腐蚀过的铂丝，该经腐蚀过的铂丝直径由1mm被腐蚀至直径为5～10μm；所述经腐蚀过的铂丝长度为20～25μm；铂丝的纯度为99.99％。

所述的环氧树脂的厚度为5～6mm。

本发明还给出了一种氧化还原电位微电极的制备方法，该方法包括下述步骤：

1)腐蚀铂丝：

按照体积比为浓HNO₃∶浓HCl∶水＝1∶3∶4配制王水，先将直径为1mm且纯度为99.99％的铂丝剪切为小段，并将其端部3～4cm置于王水中，加热使其沸腾，并保持30～40min，至铂丝被腐蚀至直径为5～10μm后取出；

2)拉制玻璃套管：

将购置的玻璃套管置于加热线圈中，调节加热线圈的温度使玻璃套管被加热段融化，并在重力作用下自由落下，形成上部管径被拉细且下部呈椎体状空心玻璃套管；

3)铂丝包裹：

将经步骤1)腐蚀后的铂丝插入经步骤2)制备后椎体状的空心玻璃套管中，并将加热线圈置于该空心玻璃套管上端椎体外侧，调节加热线圈的温度使空心玻璃套管上端椎体段融化，并在重力作用下自由落下，形成上部椎体端与被腐蚀段的铂丝紧密包裹的玻璃套管；

4)修整电极尖端：

去除紧密包裹的铂丝端头多余的玻璃套管，且至显微镜下观测被腐蚀铂丝伸出空心玻璃套管上部椎体20～25μm即可；

5)环氧树脂密封：

倒置步骤4)制备好的玻璃套管，并在该玻璃套管伸出有铂丝的上端口涂覆一层5～6mm的环氧树脂，待其固化后即得氧化还原电位微电极。

本发明制备的氧化还原电位微电极体积小、响应时间短、灵敏度高，适用范围广，制备方法简单，成本低廉。在环境微生物学和污水生物处理等领域的微观研究有着广泛的应用前景。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步说明。

图1是氧化还原电位微电极的结构示意图；

图2是氧化还原电位微电极与计算机联用示意图。

图中：1、玻璃套管(8532玻璃)；2、铂丝；3、环氧树脂；4、PC机；5.PHM210微电压计；6、ADC-216USB转换器；7、MC-232微型控制器；8、MM33微型操作器；9、步进电机(MMS)；10、氧化还原电位微电极；11、Ag/AgCl参比电极；12、网状结构的支撑物；13、人工基质。

具体实施方式

参见图1所示，该氧化还原电位微电极，包括一管状锥形体玻璃套管1、及被该玻璃套管1下端紧密包裹且贯穿于其中的铂丝2构成的氧化还原电位微电极，所述玻璃套管1的锥形体端头延伸有铂丝2段，玻璃套管1的上端为封闭有环氧树脂3的端面，铂丝2伸出该端面与微电压计相接。延伸出该玻璃套管1锥形体端头的铂丝2段为经腐蚀过的铂丝，该经腐蚀过的铂丝直径由1mm被腐蚀至直径为5～10μm；所述经腐蚀过的铂丝长度为20～25μm。选取的铂丝2的纯度为99.99％；环氧树脂3的厚度为5～6mm。

上述氧化还原电位微电极按以下方式进行制作：

1)腐蚀铂丝：

在磨砂锥形瓶中配置1+1王水(浓HNO₃/浓HCl/水(V/V/V)＝1/3/4)，将其置于电炉上；然后将直径为1mm且纯度为99.99％的铂丝剪切为10cm的小段，并将其尖端3～4cm置于已配置好的王水之中，将生料带固定在锥形瓶上，打开电源，于80～110℃加热至王水沸腾，使铂丝尖端在保持沸腾王水中30min后，用镊子将铂丝拿出，在显微镜下观察其尖端直径达到5～10μm后关掉电源；若没有，则再次将其进行腐蚀，直至尖端直径达到要求为止。因王水有强烈的刺激性，此步骤在通风橱下进行；本实施例中将铂丝尖端腐蚀至10μm即可。

2、拉制玻璃外管：

拉制玻璃套管1采用的是合肥奇晶电子机械有限公司制作的8532型玻璃管。

将两个自耦调压器串连起来，并将一级调压器调整到225V左右，二级调整为15V；分别在两个调压器连接的微型操作器上固定好加热线圈(镍铬金属丝)，再用微型操作器将一根8532玻璃管固定在加热线圈的中间位置，打开电源，调节加热线圈的温度使玻璃套管1被加热段融化，使玻璃管依靠其重力自由落下，形成上部管径被拉细且下部呈椎体状的空心玻璃套管。

3、铂丝包裹：

找一根细铜丝将其与经步骤1)已腐蚀成功的铂丝连接起来，轻轻将其抚平并插入经步骤2)制备后椎体状的空心玻璃管中，然后在显微镜下确认铂丝尖端没有弯折时再将玻璃套管的尖端朝上，并将加热线圈固定在连接有调压器的微型操作器的夹子上，热线圈置于该空心玻璃套管1上端椎体外侧，调节加热线圈的温度使空心玻璃套管1上端椎体段融化，并在重力作用下自由落下，当玻璃管快掉下时，迅速增大一级调压器的电压至250V，使得玻璃管尖端直径迅速减小形成上部椎体端与被腐蚀段的铂丝2紧密包裹的玻璃套管。

4)修整电极尖端：

用显微镜观察裹有铂丝的玻璃套管，发现铂丝与玻璃套管包裹紧密之后，用刀片把前端多余玻璃管切掉，使得铂丝尖端暴露出来。注意此步骤一定要小心，以免破环铂丝尖端。如果在显微镜下观察电极尖端不平整，用细砂纸轻磨使其平整；且至显微镜下观测被腐蚀铂丝伸出空心玻璃套管1上部椎体20～25μm即可。

5)环氧树脂密封：

倒置步骤4)制备好的玻璃套管1，并在该玻璃套管1伸出有铂丝2的上端口涂覆一层5～6mm的环氧树脂3，待其固化后即得氧化还原电位微电极。

参见图2所示，采用本发明制备的氧化还原电位微电极进行监测时，首先将微型操作器8上安装氧化还原电位微电极10，并在另一支架上安装Ag/AgCl参比电极11，并将Ag/AgCl参比电极11与氧化还原电位微电极10同时置于盛放有人工基质13的待测溶液中，网状支撑物12置于人工配置的基质中，之后用胶头滴管将从污水生物处理系统中取出的活性污泥缓慢的置于网状支撑物12上，待待测污泥沉降均匀后再进行测定。这样基质中的DO可透过网孔扩散进入污泥絮体，使其内部环境与反应器的环境保持一致，同时可避免微电极穿透污泥絮体时尖端损坏。待测污泥与氧化还原电位微电极10的底部尖端铂丝2相接触，在悬挂氧化还原电位微电极10的支架上设置有步进电机9，微型操作器8由该微步进电机9控制并提供动力来源，它可以实现每步移动几微米。步进电机9与MC-232微型控制器7及PC机4相连。另外，氧化还原电位微电极10及Ag/AgCl参比电极11分别与PHM210微电压计5连接，PHM210微电压计5与ADC-216USB转换器6连接，ADC-216USB转换器6再与PC机4相连。Ag/AgCl参比电极11与氧化还原电位微电极10同时置于待测溶液中，氧化还原电位微电极10作为工作电极，Ag/AgCl参比电极11充当氧化还原电位微电极的阳极；响应的电信号通过电缆在PHM210微电压计5处将电压放大，然后经ADC-216USB转换器6输入给PC机4，在PC机4上显示出信号的连续变化且用特定的软件将数据自动记录并保存。

Claims

1.一种氧化还原电位微电极，其特征在于，包括一管状锥形体玻璃套管(1)、及被该玻璃套管(1)下端紧密包裹且贯穿于其中的铂丝(2)构成的氧化还原电位微电极，所述玻璃套管(1)的锥形体端头延伸有铂丝(2)段，玻璃套管(1)的上端为封闭有环氧树脂(3)的端面，铂丝(2)伸出该端面与微电压计相接。

2.根据权利要求1所述的一种氧化还原电位电极，其特征在于，所述延伸出该玻璃套管(1)锥形体端头的铂丝(2)段为经腐蚀过的铂丝，该经腐蚀过的铂丝直径由1mm被腐蚀至直径为5～10μm；所述经腐蚀过的铂丝长度为20～25μm。

3.根据权利要求1所述的一种氧化还原电位微电极，其特征在于，所述铂丝(2)的纯度为99.99％。

4.根据权利要求1所述的一种氧化还原电位微电极，其特征在于，所述的环氧树脂(3)的厚度为5～6mm。

5.一种氧化还原电位微电极的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

1)腐蚀铂丝：

按照体积比为浓HNO₃∶浓HCl∶水＝1∶3∶4配制王水，先将直径为1mm且纯度为99.99％的铂丝(2)剪切为小段，并将其端部3～4cm置于王水中，加热使其沸腾，并保持30～40min，至铂丝(2)被腐蚀至直径为5～10μm后取出；

2)拉制玻璃套管：

将购置的玻璃套管(1)置于加热线圈中，调节加热线圈的温度使玻璃套管(1)被加热段融化，并在重力作用下自由落下，形成上部管径被拉细且下部呈椎体状空心玻璃套管；

3)铂丝包裹：

将经步骤1)腐蚀后的铂丝(2)插入经步骤2)制备后椎体状的空心玻璃套管(1)中，并将加热线圈置于该空心玻璃套管(1)上端椎体外侧，调节加热线圈的温度使空心玻璃套管(1)上端椎体段融化，并在重力作用下自由落下，形成上部椎体端与被腐蚀段的铂丝紧密包裹的玻璃套管；

4)修整电极尖端：

去除紧密包裹的铂丝端头多余的玻璃套管，且至显微镜下观测被腐蚀铂丝伸出空心玻璃套管(1)上部椎体20～25μm即可；

5)环氧树脂密封：

倒置步骤4)制备好的玻璃套管(1)，并在该玻璃套管(1)伸出有铂丝(2)的上端口涂覆一层5～6mm的环氧树脂(3)，待其固化后即得氧化还原电位微电极。