CN103472104B - 一种基于银/硫酸钡的固体硫酸根电极及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于银/硫酸钡的固体硫酸根电极及其制备方法。它包括银丝、硫酸钡、阳离子屏蔽膜、热缩管,银丝下部表面原位电镀一层硫酸钡,在硫酸钡的外表面又包覆一层阳离子屏蔽膜,银丝的中部和阳离子屏蔽膜的上部包覆有热缩管。本发明具有机械强度高,韧性大,灵敏度高,体积小,探测响应快,检测下限极低,使用寿命长等优点,它和固体参比电极配套使用,适用于对海水、养殖用水和化学、化工水介质中的硫酸根离子含量进行在线探测和长期原位监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于银/硫酸钡的固体硫酸根电极及其制备方法。
背景技术
硫是自然界最常见的化学元素,也是常用的食品、化工、制药原料。在自然界,由于环境中氧含量不同,硫可以呈不同的化合态,包括6价(硫酸根)、4价(硫酸根),0价(硫磺)和-2价(硫离子)。探测水体中不同价态硫的分布,对于认识生态环境,微生态环境具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于银/硫酸钡的固体硫酸根电极及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
基于银/硫酸钡的固体硫酸根电极包括银丝、硫酸钡、阳离子屏蔽膜、热缩管,银丝下部表面原位电镀一层硫酸钡,在硫酸钡的外表面又包覆一层阳离子屏蔽膜,银丝的中部和阳离子屏蔽膜的上部包覆有热缩管。
所述的阳离子屏蔽膜是以质量百分比计其组成为:聚氯乙烯 8-10%,三十二烷基甲基氯化铵1-2%,四(4-氯苯基)硼酸钾盐0.6-1%,四氢呋喃或二甲基甲酰胺87-90%。
基于银/硫酸钡的固体硫酸根电极的制备方法的步骤如下:
1)将直径为0.5至1毫米,长度为5至15厘米的银丝依次在丙酮和稀酸中清洗,以除去表面油污和氧化膜,再用去离子水清洗后干燥;
2)将可溶性硫酸盐溶解于水中,配制成0.1至0.2摩尔/升的可溶性硫酸盐溶液;
3)以银丝为工作电极,即阳极,石墨为参比电极,Pt片为辅助电极,即阴极,接在电化学工作站上,将上述三支电极浸入到可溶性硫酸盐溶液中,采用循环扫描电位法,扫描速率为30至80mVs-1,电位范围0至1V,扫描1至10个循环,在银丝表面形成硫酸银沉淀;电镀完成后用水清洗,然后用纸巾吸干;
4)将氯化钡或硝酸钡溶解于水中,配制成0.1至0.2摩尔/升的氯化钡或硝酸钡溶液;
5)将包覆有硫酸银的银丝下部浸入氯化钡或硝酸钡溶液8至12小时,使银丝表面的硫酸银与氯化钡或硝酸钡溶液中的钡离子反应,形成硫酸钡;反应完成后用水清洗,然后用纸巾吸干;
6)配制阳离子屏蔽膜溶液/悬混液,以质量百分比计其组成为:聚氯乙烯8-10%,三十二烷基甲基氯化铵1-2%,四(4-氯苯基)硼酸钾盐0.6-1%,四氢呋喃或二甲基甲酰胺87-90%;
7)用包覆有硫酸钡的银丝部分快速蘸取配制好的阳离子屏蔽膜溶液/悬混液,然后倒置晾干;
8)将热缩管包覆在银丝的中部和阳离子屏蔽膜的上部,即得到固体硫酸根电极。
所述的稀酸是质量百分比浓度为5%至15%的盐酸、硫酸、硝酸中的一种或数种。
所述的可溶性硫酸盐是硫酸钾、硫酸钠、硫酸铵的一种或数种。
本发明提供的固体硫酸根电极结构小巧,易于和其它电极集成使用,且制备方法简便。这种固体硫酸根电极适用于在海洋、湖泊、海流等天然水域中探测硫酸根离子的浓度,对水环境变化进行长期在线监测,也适用于工业企业的排放和生产过程进行在线观测。
附图说明:
图1是基于银/硫酸钡的固体硫酸根电极的结构示意图;
图中:银丝1、硫酸钡2、阳离子屏蔽膜3、热缩管4。
具体实施方式
基于银/硫酸钡的固体硫酸根电极包括银丝1、硫酸钡2、阳离子屏蔽膜3、热缩管4,银丝1下部表面原位电镀一层硫酸钡2,在硫酸钡2的外表面又包覆一层阳离子屏蔽膜3,银丝1的中部和阳离子屏蔽膜3的上部包覆有热缩管4。
所述的银丝需要包覆硫酸钡与阳离子屏蔽膜的,仅为用作探测一端的1厘米左右的长度,其余部分用作信号传递的导体,无需包覆。
银丝一方面是电极的基材,同时也是响应信号的导体。包覆在银丝上的硫酸钡起着硫酸根离子敏感膜的作用,水体中溶解的硫酸根会在工作电极和参比电极之间形成响应电动势,即电压型响应信号。最外层的阳离子屏蔽膜起着保护电极的作用。
所述的阳离子屏蔽膜3是以质量百分比计其组成为:聚氯乙烯(PVC) 8-10%,三十二烷基甲基氯化铵1-2%,四(4-氯苯基)硼酸钾盐(potassium tetrakis (4-chlorophenyl) borate)0.6-1%,四氢呋喃(THF)或二甲基甲酰胺(DMF)87-90%。其中聚氯乙烯为成膜剂;三十二烷基甲基氯化铵属季铵盐类化合物,在配方中能改善膜的亲水性,使水溶性阴离子易于透过;四(4-氯苯基)硼酸钾盐能允许阴离子通过,但阻止阳离子透过,因此它在配方中具有屏蔽阳离子的作用。因溶剂挥发性较强,阳离子屏蔽膜溶液应现配现用,不要储存。
基于银/硫酸钡的固体硫酸根电极的制备方法的步骤如下:
1)将直径为0.5至1毫米,长度为5至15厘米的银丝1依次在丙酮和稀酸中清洗,以除去表面油污和氧化膜,再用去离子水清洗后干燥;
2)将可溶性硫酸盐溶解于水中,配制成0.1至0.2摩尔/升的可溶性硫酸盐溶液;
3)以银丝为工作电极,即阳极,石墨为参比电极,Pt片为辅助电极,即阴极,接在电化学工作站上,将上述三支电极浸入到可溶性硫酸盐溶液中,采用循环扫描电位法,扫描速率为30至80mVs-1,电位范围0至1V,扫描1至10个循环,在银丝表面形成硫酸银沉淀;电镀完成后用水清洗,然后用纸巾吸干;应控制扫描次数,使硫酸银沉淀不至于过厚。
4)将氯化钡或硝酸钡溶解于水中,配制成0.1至0.2摩尔/升的氯化钡或硝酸钡溶液;
5)将包覆有硫酸银的银丝1下部浸入氯化钡或硝酸钡溶液8至12小时,使银丝表面的硫酸银与氯化钡或硝酸钡溶液中的钡离子反应,形成硫酸钡2;反应完成后用水清洗,然后用纸巾吸干;第5)步属于化学置换反应,即溶液中的钡离子进入固相,而硫酸银中的银被带出。外加电场能促进反应正向进行。
6)配制阳离子屏蔽膜(3)溶液/悬混液,以质量百分比计其组成为:聚氯乙烯8-10%,三十二烷基甲基氯化铵1-2%,四(4-氯苯基)硼酸钾盐0.6-1%,四氢呋喃或二甲基甲酰胺87-90%;
7)用包覆有硫酸钡(2)的银丝(1)部分快速蘸取配制好的阳离子屏蔽膜(3)溶液/悬混液,然后倒置晾干;倒置晾干有利于多余的膜溶液沿导线朝后部流淌,避免因溶液堆浸使膜过厚,导致响应灵敏度降低。
8)将热缩管(4)包覆在银丝(1)的中部和阳离子屏蔽膜(3)的上部,即得到固体硫酸根电极。
所述的稀酸是质量百分比浓度为5%至15%的盐酸、硫酸、硝酸中的一种或数种。去除油污也可以使用其它有机溶剂,如汽油。金属表面有致密坚硬的氧化膜,稀酸处理后氧化膜被溶解。当银丝在稀酸中出现起泡时,表明氧化膜已被溶解,应尽快从稀酸中取出并进入下道工序,以免表面被重新氧化。
所述的可溶性硫酸盐是硫酸钾、硫酸钠、硫酸铵的一种或数种。
实施例1:
1)将直径为0.5毫米,长度为10厘米的银丝1依次在丙酮和稀盐酸中清洗,以除去表面油污和氧化膜,再用去离子水清洗后干燥;
2)将硫酸铵溶解于水中,配制成0.2摩尔/升的硫酸铵溶液;
3)以银丝为工作电极(阳极),石墨为参比电极,Pt片为辅助电极(阴极),接在电化学工作站上,将上述三支电极浸入到硫酸铵溶液中,采用循环扫描电位法,扫描速率为30至80mVs-1,电位范围0至1V,扫描1个循环,在银丝表面形成硫酸银沉淀;电镀完成后用水清洗,然后用纸巾吸干;
4)将氯化钡溶解于水中,配制成0.1摩尔/升的溶液;
5)将包覆有硫酸银的银丝1浸入该溶液12小时,使银丝表面的硫酸银与溶液中的钡离子反应,形成硫酸钡2;反应完成后用水清洗,然后用纸巾吸干;
6)配制阳离子屏蔽膜3溶液/悬混液,以质量百分比计其组成为:聚氯乙烯(PVC)8%,三十二烷基甲基氯化铵2 %,四(4-氯苯基)硼酸钾盐(potassium tetrakis (4-chlorophenyl) borate)1%,四氢呋喃(THF)或二甲基甲酰胺(DMF)89%;
7)用包覆有硫酸钡2的银丝1快速蘸取配制好的阳离子屏蔽膜3溶液/悬混液,然后倒置晾干;
8)将热缩管4包覆在银丝1中部没有硫酸钡2的部分和阳离子屏蔽膜3的上部,即得到固体硫酸根电极。
实施例2:
1)将直径为0.8毫米,长度为10厘米的银丝1依次在丙酮和稀硫酸中清洗,以除去表面油污和氧化膜,再用去离子水清洗后干燥;
2)将硫酸钠溶解于水中,配制成0.1摩尔/升的硫酸钠溶液;
3)以银丝为工作电极(阳极),石墨为参比电极,Pt片为辅助电极(阴极),接在电化学工作站上,将上述三支电极浸入到硫酸钠溶液中,采用循环扫描电位法,扫描速率为30至80mVs-1,电位范围0至1V,扫描10个循环,在银丝表面形成硫酸银沉淀;反应完成后用水清洗,然后用纸巾吸干;
4)将硝酸钡溶解于水中,配制成0.2摩尔/升的溶液;
5)将包覆有硫酸银的银丝浸入该溶液8小时,使银丝表面的硫酸银与溶液中的钡离子反应,形成硫酸钡2;反应完成后用水清洗,然后用纸巾吸干;
6)配制阳离子屏蔽膜3溶液/悬混液,以质量百分比计其组成为:聚氯乙烯(PVC)10%,三十二烷基甲基氯化铵1 %,四(4-氯苯基)硼酸钾盐(potassium tetrakis (4-chlorophenyl) borate)0.6%,四氢呋喃(THF)或二甲基甲酰胺(DMF)88.4%;
7)用包覆有硫酸钡2的银丝1快速蘸取配制好的阳离子屏蔽膜3溶液/悬混液,然后倒置晾干;
8)将热缩管4包覆在银丝1中部和阳离子屏蔽膜3的上部,即得到固体硫酸根电极。
实施例3:
1)将直径为0.8毫米,长度为10厘米的银丝1依次在丙酮和稀硝酸中清洗,以除去表面油污和氧化膜,再用去离子水清洗后干燥;
2)将硫酸钾溶解于水中,配制成0.2摩尔/升的硫酸钾溶液;
3)以银丝为工作电极(阳极),石墨为参比电极,Pt片为辅助电极(阴极),接在电化学工作站上,将上述三支电极浸入到硫酸钾溶液中,采用循环扫描电位法,扫描速率为30至80mVs-1,电位范围0至1V,扫描5个循环,在银丝表面形成硫酸银沉淀;反应完成后用水清洗,然后用纸巾吸干;
4)将硝酸钡溶解于水中,配制成0.1摩尔/升的溶液;
5)将包覆有硫酸银的银丝浸入该溶液10小时,使银丝表面的硫酸银与溶液中的钡离子反应,形成硫酸钡2;反应完成后用水清洗,然后用纸巾吸干;
6)配制阳离子屏蔽膜3溶液/悬混液,以质量百分比计其组成为:聚氯乙烯(PVC)9%,三十二烷基甲基氯化铵1.6%,四(4-氯苯基)硼酸钾盐(potassium tetrakis (4-chlorophenyl) borate)0.8%,四氢呋喃(THF)或二甲基甲酰胺(DMF)88.6%;
7)用包覆有硫酸钡2的银丝1快速蘸取配制好的阳离子屏蔽膜3溶液/悬混液,然后倒置晾干;
8)将热缩管4包覆在银丝1中部和阳离子屏蔽膜3的上部,即得到固体硫酸根电极。
Claims (1)
1.一种基于银/硫酸钡的固体硫酸根电极,其特征在于它包括银丝(1)、硫酸钡(2)、阳离子屏蔽膜(3)、热缩管(4),银丝(1)下部表面原位电镀一层硫酸钡(2),在硫酸钡(2)的外表面又包覆一层阳离子屏蔽膜(3),银丝(1)的中部和阳离子屏蔽膜(3)的上部包覆有热缩管(4);所述的阳离子屏蔽膜(3)是以质量百分比计其组成为:聚氯乙烯 8-10%,三十二烷基甲基氯化铵1-2%,四(4-氯苯基)硼酸钾盐0.6-1%,四氢呋喃或二甲基甲酰胺87-90%。
2. 一种基于银/硫酸钡的固体硫酸根电极的制备方法,其特征在于,它的步骤如下:
1)将直径为0.5至1毫米,长度为5至15厘米的银丝(1)依次在丙酮和稀酸中清洗,以除去表面油污和氧化膜,再用去离子水清洗后干燥;
2)将可溶性硫酸盐溶解于水中,配制成0.1至0.2摩尔/升的可溶性硫酸盐溶液;
3)以银丝为工作电极,即阳极,石墨为参比电极,Pt片为辅助电极,即阴极,接在电化学工作站上,将上述三支电极浸入到可溶性硫酸盐溶液中,采用循环扫描电位法,扫描速率为30至80mVs-1,电位范围0至1V,扫描1至10个循环,在银丝表面形成硫酸银沉淀;电镀完成后用水清洗,然后用纸巾吸干;
4)将氯化钡或硝酸钡溶解于水中,配制成0.1至0.2摩尔/升的氯化钡或硝酸钡溶液;
5)将包覆有硫酸银的银丝(1)下部浸入氯化钡或硝酸钡溶液8至12小时,使银丝表面的硫酸银与氯化钡或硝酸钡溶液中的钡离子反应,形成硫酸钡(2);反应完成后用水清洗,然后用纸巾吸干;
6)配制阳离子屏蔽膜(3)溶液/悬混液,以质量百分比计其组成为:聚氯乙烯8-10%,三十二烷基甲基氯化铵1-2%,四(4-氯苯基)硼酸钾盐0.6-1%,四氢呋喃或二甲基甲酰胺87-90%;
7)用包覆有硫酸钡(2)的银丝(1)部分快速蘸取配制好的阳离子屏蔽膜(3)溶液/悬混液,然后倒置晾干;
8)将热缩管(4)包覆在银丝(1)的中部和阳离子屏蔽膜(3)的上部,即得到固体硫酸根电极。
3. 根据权利要求2所述的一种基于银/硫酸钡的固体硫酸根电极的制备方法,其特征在于,所述的稀酸是质量百分比浓度为5%至15%的盐酸、硫酸、硝酸中的一种或数种。
4. 根据权利要求2所述的一种基于银/硫酸钡的固体硫酸根电极的制备方法,其特征在于,所述的可溶性硫酸盐是硫酸钾、硫酸钠、硫酸铵的一种或数种。
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