CN110927228B - 一种微型pH传感器的制备方法与应用 - Google Patents

一种微型pH传感器的制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种微型pH传感器的制备方法与应用，具体提出了传感电极，包括：玻璃毛细管，所述玻璃毛细管两端开口设置；和电化学探针，所述电化学探针修饰在所述玻璃毛细管一端开口的内壁；其中，修饰有电化学探针的所述玻璃毛细管一端开口的直径为8～12微米。该传感电极能够在微米孔道内实现离子的调控，进而实现待测物质(如氢离子)的高灵敏检测，具备良好的鲁棒性，可以与多种电化学仪器联用，从而用于环境、生理、病理或者细胞等复杂环境中的在线分析检测。

Description

一种微型pH传感器的制备方法与应用
技术领域
本发明涉及电化学检测领域，具体地，本发明涉及一种微型pH传感器的制备方法与应用。
背景技术
pH值是溶液重要的物理化学参数之一，pH测量在工业、农业、医学、环境、化学、生命科学等诸多领域都有着十分重要的意义，因此可以实时和快速准确的获得溶液中的pH值具有重要的意义和广泛的用途。目前常见的pH检测方法为pH试纸和pH玻璃电极。pH试纸虽然可以方便于日常生活中的使用，但是人眼的个体差异对于颜色辨别的误差限制了试纸的使用。而pH玻璃电极尽管具有更精细准确的pH数值，但是电极尺寸较大，且难以微型化，限制了其应用范围。
具备离子传输调控功能的人工固态孔道具有优异的稳定性和可设计性，可用于制作基于人工固态孔道的离子传输型电化学pH传感器。相较于生物蛋白纳米孔，人工固态孔道的制作技术可控，并可发展为阵列形式并集成在微型的电子设备中，是未来传感技术的发展热点和前沿方向。然而，目前基于人工固态孔道的离子传输型的pH传感器都存在于纳米尺度，尖端非常脆弱且易被杂质堵住空口，限制了该种电极的应用范围。
因此，微型pH传感器还需进一步研究开发。
发明内容
本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的：
为了满足各行业对电极微型化的需求，同时也为了克服现有纳米电极的脆弱性，本发明提供了一种新的传感电极。由于该传感电极的直径尺寸在10微米左右，所以相较传统的毫米或者厘米级别的电极，该传感电极更加微型化；同时，相对于现有的纳米级电极，该传感电极能够在微米级别实现待测物质(如氢离子)的高灵敏检测，具备良好的鲁棒性，可以与多种电化学仪器联用，从而用于环境、生理、病理或者细胞等复杂环境中的在线分析检测。
为此，在本发明的第一方面，本发明提出了一种传感电极。根据本发明的实施例，所述传感电极包括：玻璃毛细管，所述玻璃毛细管两端开口设置；和电化学探针，所述电化学探针修饰在所述玻璃毛细管一端开口的内壁；其中，修饰有电化学探针的所述玻璃毛细管一端开口的直径为8～12微米，如9、10或11微米。需要说明的是，所述修饰是通过非化学键(氢键、范德华力、疏水作用等)作用实现的。另外，修饰在所述玻璃毛细管一端开口内壁的电化学探针层的厚度约300纳米左右，例如在200～400纳米之间，沿所述玻璃毛细管径向修饰的长度为10微米左右，例如在8～15微米之间。这里的修饰有电化学探针的玻璃毛细管的一端开口的直径指的是玻璃毛细管的外直径。
发明人发现，相较传统的毫米或者厘米级别的电极，根据本发明实施例的传感电极更加微型化；同时，相对于现有的纳米级电极只能在纳米孔道实现待测物浓度的检测，根据本发明实施例的传感电极能够在微米孔道内实现离子的调控，进而实现待测物质(如氢离子)的高灵敏检测，具备良好的鲁棒性，可以与多种电化学仪器联用，从而用于环境、生理、病理或者细胞等复杂环境中的在线分析检测。
根据本发明的实施例，上述传感电极还可进一步包括如下附加技术特征至少之一：
根据本发明的实施例，所述电化学探针为聚咪唑。其中，所述传感电极对氢离子浓度的检测无需通过氧化还原反应实现，具体原理为：电压跃阶的持续导致所述传感电极的微米管内表面咪唑基带电荷量随溶液pH的变化而变化。pH降低，传感器孔内表面电荷量升高，电流增大；pH升高，传感器孔内表面电荷量降低，电流减小。由此，发明人发现，利用根据本发明实施例的传感电极可以在pH 5.8-8.0的范围内实现对各种环境(如活体内，如鼠脑内pH的检测)中氢离子浓度的高灵敏、高时空分辨率检测，且检测结果具有优异的专一性、稳定性、可重复性和可逆性。
在本发明的第二方面，本发明提出了一种制备前面所描述的传感电极的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：提供玻璃毛细管，所述玻璃毛细管两端开口，所述玻璃毛细管一端开口的直径为2～12微米，将所述直径为8～12微米的一端开口置于含有引发剂的溶液中进行浸渍处理，以便获得内壁修饰有引发剂的玻璃毛细管；将所述内壁修饰有引发剂的玻璃毛细管上的引发剂与催化剂和N-乙烯基咪唑水溶液进行聚合反应，以便获得所述电极。需要说明的是，引发剂在玻璃毛细管的一端内壁上修饰时，是通过化学键修饰在玻璃毛细管的内壁上，所以后期的聚合反应也是化学键结合的。发明人发现，根据本发明实施例的方法制备的传感电极可以在pH 5.8-8.0的范围内实现对各种环境(如活体内，如鼠脑内pH的检测)中氢离子浓度的高灵敏、高时空分辨率检测，且检测结果具有优异的专一性、稳定性、可重复性和可逆性。
根据本发明的实施例，上述方法还可进一步包括如下附加技术特征至少之一：
根据本发明的实施例，所述含有引发剂的溶液为含有2-溴-2-甲基-N-[3-(三乙氧基硅烷基)丙基]丙酰胺的乙腈溶液。根据本发明的实施例，所述引发剂为2-溴-2-甲基-N-[3-(三乙氧基硅烷基)丙基]丙酰胺。根据本发明的实施例，所述含有引发剂的溶液中，所述引发剂的质量分数为3～7％，如为4、5或6％。由此，根据本发明实施例的方法制备的传感电极检测氢离子时，灵敏度和准确度更高，专一性和稳定性更好。
根据本发明的实施例，所述N-乙烯基咪唑水溶液中，所述N-乙烯基咪唑的体积与所述水的体积的比为1:(8～12)，如为1:9、1:10或1:11。根据本发明的实施例，所述催化剂为溴化亚铜和五甲基二乙烯三胺。根据本发明的实施例，所述N-乙烯基咪唑、所述溴化亚铜和所述五甲基二乙烯三胺的摩尔比为(95～105)：(3～7)：(13～17)，如为96：(3～7)：(13～17)、97：(3～7)：(13～17)、98：(3～7)：(13～17)、99：(3～7)：(13～17)、100：(3～7)：(13～17)、101：(3～7)：(13～17)、102：(3～7)：(13～17)、103：(3～7)：(13～17)、104：(3～7)：(13～17)、(95～105)：4：(13～17)、(95～105)：5：(13～17)、(95～105)：6：(13～17)、(95～105)：(3～7)：14、(95～105)：(3～7)：15或(95～105)：(3～7)：16。在一些实施例中，所述N-乙烯基咪唑、所述溴化亚铜和所述五甲基二乙烯三胺的摩尔比为100:5:15。发明人发现，若所述N-乙烯基咪唑的浓度过大或过小，或者所述N-乙烯基咪唑、所述溴化亚铜和所述五甲基二乙烯三胺的物质的量过多或过少，制备的传感电极在检测氢离子浓度时，灵敏度、准确度降低，稳定性和专一性较差。由此，发明人发现，所述N-乙烯基咪唑的浓度，所述N-乙烯基咪唑、所述溴化亚铜和所述五甲基二乙烯三胺的摩尔比在所述范围时，根据本发明实施例的方法制备的传感电极检测氢离子时，灵敏度和准确度更高，专一性和稳定性更好。
根据本发明的实施例，所述浸渍处理的时间为20～30h，如为22、24、26或28h。由此，使得引发剂的修饰更加完全。
根据本发明的实施例，所述聚合反应是在无氧和氮气保护的条件下进行的。根据本发明的实施例，所述聚合反应是在温度为65～75℃，如67、69、70、71、63、65、67或69℃的条件下进行20～30h，如22、24、26或28h。由此，根据本发明实施例的方法可以有效制备获得聚咪唑，且聚咪唑可以有效修饰在所述玻璃毛细管的端口处。
根据本发明的实施例，所述浸渍处理后，进一步包括：将浸渍处理后的所述玻璃毛细管依次用乙腈、乙醇和水进行清洗处理，以便除去未有效附着在玻璃毛细管一端开口内壁的引发剂以及其他杂质。
在本发明的第三方面，本发明提出了一种电化学传感器。根据本发明的实施例，所述电化学传感器包括：前面所描述的传感电极或前面所描述的方法制备的传感电极。根据本发明实施例的电化学传感器可以实现待测物质(如氢离子)的高灵敏检测，具备良好的鲁棒性，可以用于环境、生理、病理或者细胞等复杂环境中的在线分析检测。
根据本发明的实施例，上述电化学传感器还可进一步包括如下附加技术特征至少之一：
根据本发明的实施例，所述电化学传感器进一步包括：缓冲液，所述缓冲液填充在所述玻璃毛细管内；工作电极，所述工作电极的至少一部分与所述缓冲液接触；参比电极，所述参比电极的至少一部分用于与待测样本接触；外电源，所述外电源设置在所述工作电极和所述参比电极之间，所述外电源与所述工作电极和所述参比电极相连；和电信号检测器，所述电信号检测器设置在所述工作电极和所述传感电极之间，所述电信号检测器与所述工作电极和所述传感电极相连。需要说明的是，所述外电源和所述电信号检测器可以通过电化学工作站实现。
根据本发明的实施例，所述缓冲液为磷酸缓冲液，所述磷酸缓冲液的pH为7。
根据本发明的实施例，所述工作电极和所述参比电极的至少之一为Ag/AgCl丝。
在本发明的第四方面，本发明提出了一种检测待测样本电信号的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：将前面所描述的传感电极或前面所描述的方法制备的传感电极插入所述待测样本中；将工作电极的至少一部分与缓冲液进行接触，将参比电极的至少一部分与所述待测样本进行接触，所述工作电极和所述参比电极之间设置有外电源，所述工作电极和所述传感电极之间设置有电信号检测器，所述缓冲液设置在所述玻璃毛细管内；基于所述电信号检测器输出的电信号数值，确定所述待测样本的电信号；
其中：所述外电源施加在所述工作电极上的电压为阶跃电压。
需要说明的是，依据根据本发明实施例的方法检测获得的待测样本的电信号，以及电信号(如电流)与待测样本中目标检测物的浓度或含量之间的关系(如线性关系)，便可以计算获得待测样本中目标检测物的浓度或含量。发明人发现，目前基于人工固态孔道的离子传输型的传感器的检测方法为线性伏安法，严重降低了该种传感器的时间分辨率(高达40s)。且根据本发明实施例的方法中，若所述外电源施加在所述工作电极上的电压为循环伏安扫描电压(即采用循环伏安法)时，检测待测物质(如氢离子浓度)时，无法获得较好的离子电流整流曲线，进而使得时间分辨率较低，低至40s并且检测时程拉长，信号更容易被外界噪音干扰。由此，发明人发现，所述外电源施加在所述工作电极上的电压为阶跃电压(波形为正负电压交替的方波电压，如图4所示)时，根据本发明实施例的方法可以实现待测物质的高灵敏度、高准确度检测，且时间分辨率(低至0.001s～20s)显著提高，同时具有良好的专一性、稳定性、可重复性和可逆性。
根据本发明的实施例，上述方法还可进一步包括如下附加技术特征至少之一：
根据本发明的实施例，所述阶跃电压为循环正压和负压(如图4所示)，一个循环周期包括：
施加电压 恒压时间
正压 0～2V 0.001s～20s
负压 -0V～-1V 0.001s～20s
发明人发现，采用所述阶跃电压时，根据本发明实施例的方法的检测灵敏度显著更高。
根据本发明的实施例，所述一个循环周期包括：
施加电压 恒压时间
正压 1V 0.2s
负压 -0.4V 0.2s
发明人发现，采用所述阶跃电压时，根据本发明实施例的方法的检测灵敏度进一步提高。
根据本发明的实施例，所述阶跃电压的频率为1000～0.05Hz。需要说明的是，所述频率指的是1s与一个完整的电势阶跃周期完成的时间的比值(单位为Hz)，本领域技术人员可以根据实际需要对阶跃电压的频率进行选择和调整。
根据本发明的实施例，所述待测样本中含有浓度为10-5.8～10-8mol/L的氢离子。发明人发现，若所述待测样本中含有浓度为10-5.8～10-8mol/L的氢离子时，根据发明实施例的方法可以高灵敏度、高准确度地实现氢离子浓度的检测。
附图说明
图1是根据本发明实施例的制作完成的微型pH传感器的检测原理和扫描电镜图，其中：A表示管壁内修饰的响应基团；B表示电极的离子传输调控机理，cation表示阳离子，anion表示阴离子，lower pH表示较低的pH，higher pH表示较高的pH；C表示微型pH传感器的扫描电镜图，图中所示电极直径为10微米。
图2是根据本发明实施例的实验的装置图。
图3是根据本发明实施例的传感器稳定后的线性伏安图。
图4是根据本发明实施例的外加电势示意图。
图5是根据本发明实施例的电流与时间或pH的线性关系图，其中：A表示电流与时间的关系，B表示电流与pH的关系。
图6是根据本发明实施例的传感器检测灵敏度随阶跃电势和阶跃时间的变化趋势图，其中：A表示灵敏度随阶跃电势的关系，B表示灵敏度随阶跃时间的关系，C表示灵敏度随负向电压变化的关系。
图7是根据本发明实施例的电流与时间或pH的线性关系和灵敏度示意图。
图8是根据本发明实施例的传感器重复性验证结果示意图。
图9是根据本发明实施例的传感器可逆性验证结果示意图。
图10是根据本发明实施例的传感器稳定性验证结果示意图。
图11是根据本发明实施例的传感器专一性验证结果示意图，其中：adding表示加入。
图12是根据本发明实施例的传感器活体检测测试示意图，其中：A表示在鼠脑内植入该微型pH传感器，并用于鼠脑原位实时检测pH变化的示意图，B表示大鼠受高浓度二氧化碳刺激后，鼠脑内植入的微型pH传感器的电流变化图。
图13是根据本发明的对比例所提供的采用电势阶跃法进行检测的结果图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
为了满足各行业对电极微型化的需求，同时也为了克服现有纳米电极的脆弱性，本发明提供了一种微型pH传感器的制备方法与应用。
本发明公开了一种微型pH传感器的制备方法与应用。本发明比较传统的电化学检测方法具有被测物不发生氧化还原，对于传统的整流伏安法具有高时间分辨和高稳定性的优点，且电极尺寸为微米级。且将修饰的锥形孔电极与多种电化学仪器联用可应用于环境，生理，病理或者细胞等复杂环境中的在线分析检测。
本发明提供的一种微型pH传感器的检测分析方法的原理如下：
本发明提供的模型以微米孔内的离子传输原理为模型，内壁修饰后的微米孔在孔外部电解质溶液pH变化下，H+随之进入管内并与管壁所修饰的聚咪唑发生结合，改变孔内的阴阳离子的排布，从而导致离子电流变化。此时的电流值可对应唯一的pH值。图1中的A为管壁内修饰的响应基团，聚咪唑阳离子在溶液pH升高或降低时，咪唑基团与H+结合的量发生变化，所以导致微米孔壁上的电荷密度发生变化。图1中的B为电极的离子传输调控机理：当孔内施加正电压，H+被带入至微米孔内，引发管壁电荷密度变化，导致微米孔内的离子电流发生改变；当孔内施加负电压，孔口处的溶液被管内液替换，电极恢复初始状态。
上述检测方法，电压跃阶的持续导致微型pH传感器的微米管内表面咪唑基带电荷量因随溶液pH的变化而变化。pH降低，传感器孔内表面电荷量升高，电流增大；pH升高，传感器孔内表面电荷量降低，电流减小。
上述检测方法，该微型pH传感器利用咪唑修饰的微米管可以测定pH 5.8-8.0，且电势阶跃的方法可以显著提高电极的时间分辨率。pH的检测限在5.8-8.0。
上述检测方法，检测的频率为10000Hz至0.02Hz，检测的波形为正负电压交替的方波电压。
上述检测方法，调控阶跃时间和阶跃电压可以调控微型pH传感器的灵敏度。所使用的电压为1V，-0.4V，每个电压的持续时间为0.2s。
上述检测方法，使用的微型pH传感器尖端直径尺寸为10微米。
上述检测方法，微型pH传感器具有良好的时空分辨率，可逆性，专一性，重现性和稳定性。
上述检测方法，微型pH传感器可以用于鼠脑内原位植入并监测鼠脑的pH变化。
上述检测方法，该微型pH传感器具有高的时空分辨率，专一性，稳定性，可重复性和可逆性，用以鼠脑内pH的检测。
下面将结合具体实施例对本发明进行进一步的解释说明。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例
1、所用的玻璃纳米管的制备
硼硅酸盐玻璃管(外径1.50mm，内径1.10mm，长度10cm)，利用CO2激光拉制仪，采用如下程序，可得到平均尺寸为300纳米的玻璃纳米管：
(Cycle 1)heat＝320,filament＝5,velocity＝20,delay＝128,pull＝50；
(Cycle 2)heat＝350,filament＝4,velocity＝15,delay＝130,pull＝175。
将拉制好的玻璃管在抛制仪下抛光到10微米的直径。
然后，将含量为5％的2-溴-2-甲基-N-[3-(三乙氧基硅烷基)丙基]丙酰胺的乙腈溶液加入至电极尖端，放置过夜。接下来用乙腈，乙醇，水，依次将此电极清洗干净，获得表面带有引发剂的玻璃微米管电极。下一步将1mL的N-乙烯基咪唑加入10mL离子水置入三口瓶中除氧30min。将溴化亚铜，N，N，N′，N″，N″-五甲基二乙烯三胺(PMEDTA)以及带有引发剂的玻璃电极放入三口瓶中氮气保护，油浴70℃条件下反应24h。N-乙烯基咪唑/溴化亚铜/PMEDTA加入的摩尔比例为100:5:15。反应结束后，将实验冷却至室温后取出电极用去离子水清洗干净，得到微型pH传感器备用。图1中的C为制作完成的微型pH传感器的扫描电镜图，图中所示电极直径为10微米。
2、微型pH传感器的循环伏安法测试
工作电极放在微型pH传感器的管内，电极内部填充pH＝7的磷酸缓冲溶液。使用电化学工作站842d，设置检测方法为循环伏安扫描法，外加电势的扫速为0.05V/s，扫描范围-1V～1V，圈数设置为10圈(图2为实验的装置图)，结果得到了非线性的离子电流整流曲线(图3为传感器稳定后的线性伏安图，带有圆点线的曲线为微型pH传感器的线性伏安图，黑色直线为基底玻璃微米管的线性伏安图)。
由图3可以发现，修饰后的电极在线性伏安下的离子电流呈现明显的曲线，而未修饰的电极仍然为一条直线。
3、微型pH传感器的电势阶跃法测试
如图4，微型pH传感器的相关参数有①阶跃电压Vstep；②阶跃时间tstep；③周期时间Tsingle(+Vstep和-Vstep分别指代施加正压和施加负压的阶跃电势，tstep为每个阶跃电势的持续时间，Tsingle为每个阶跃电势的循环时间)。
微型pH传感器的检测方法设置为阶梯电压法，阶跃电压分为两步：+Vstep＝1V，-Vstep＝-0.4V，tstep＝0.2s，循环圈数依据实验长度自设，取点间隔0.2s(详细外加电势图形如图4所示)。
4、电势阶跃法线性范围测试
实验每0.2秒时记录在1V时产生的电流信号，如图5所示，微型pH传感器的测定溶液中加入碱(KOH)溶液后，溶液的pH增加，此时电流会有阶梯样的下降。且从pH5.8至8.0都具有良好的线性响应。
5、电势阶跃法参数的调节
经过对阶跃电势(Vstep)和阶跃时间(tstep)的调控，结果显示在溶液中加入NaOH后，使得溶液pH达到8.0。如图6所示，设置tstep＝0.2s，随着阶跃电势的增长，该微型pH传感器的灵敏度增大(A)；设置Vstep＝-0.4V,1V，随着阶跃时间的增长，微型pH传感器的灵敏度也增大(B)。且随着负压电压的降低，电极的灵敏度得到提升，如图6中C所示。
如图7所示，黑线为Vstep＝-1V，1V，tstep＝0.2s；带有圆点的线为Vstep＝-0.4V,1V，tstep＝0.2s，明显得到-0.4V下的灵敏度更高。原因如图6中的C所示，随着负向电压的降低，提升了电极的灵敏度(C)。
6、微型pH传感器的可重复性
如图8所示，设置参数为Vstep＝-0.4V,1V，tstep＝0.2s。在相同的实验环境下，对微型pH传感器进行三次重复的测定，得到的三次测定的结果，几乎相同，可以得出该电极具有较好的可重复性。
7、微型pH传感器的可逆性
如图9所示，设置参数为Vstep＝-0.4V,1V，tstep＝0.2s。改变待测溶液pH，观察到微型pH传感器的具有良好的可逆性。
8、微型pH传感器的稳定性
如图10所示，设置参数为Vstep＝-0.4V,1V，tstep＝0.2s。溶液pH＝7.4下，电极持续200min，电流未发生明显的漂移，证明该微型pH传感器具备良好的稳定性。
9、微型pH传感器的专一性
在350s加入1mmol MgCl2，500s加入1mmol CaCl2，650s加入1mmol KCl，800s加入1mmol NaCl，960s加入50μmol 3.4一二羟苯乙酸，1060s加入10μmol多巴胺，1160s加入50μmol尿酸，1260s加入10μmol去甲肾上腺素，1360s加入200μmol抗坏血酸钠，1460s加入30μmol高香草酸，1560s加入1mmol乳酸钠，1660s加入30μmol五羟色胺，1760s加入10mmol葡萄糖，1860s加入10μmol肾上腺素，2000s调节pH升高0.4个单位，2100s调节pH至7.4。2500s加入1mmol KCl，2600s加入1mmol NaCl，2700s加入1mmol CaCl2，2900s加入1mmol MgCl2，3100s加入10μmol肾上腺素，3200s加入30μmol五羟色胺，3300s加入10mmol葡萄糖，3400s加入30μmol高香草酸，3500s加入1mmol乳酸钠，3600s加入200μmol抗坏血酸钠，3700s加入10μmol去甲肾上腺素，3800s加入50μmol尿酸，3900s加入10μmol多巴胺，4000s加入50μmol 3,4一二羟苯乙酸，4100s调节pH增加0.4个单位。全程除去改变溶液的pH，其它物质均对电流信号无影响(如图11所示)，所以证明该微型pH传感器具有良好的专一性。
10、微型pH传感器的活体检测测试
将该微型pH传感器植入大鼠鼠脑内，参考图12，连续2次给二氧化碳15s，使得大鼠脑内pH降低，可以看到pH的电流响应，说明该微型pH传感器可以有效的检测活体内pH。
对比例1
对比例1采用与实施例相同的方法制备微型pH传感器，其制备方法与实施例的第一部分基本相同，区别仅在于：N-乙烯基咪唑/溴化亚铜/PMEDTA加入的摩尔比例为100：5：0.1。
实验发现：当采用对比例1所制备的微型pH传感器采用与实施例第5部分相同的电势阶跃法测试方法进行检测时(设置Vstep＝-0.4V,1V，tstep＝0.2s)，发现检测灵敏度显著降低，结果如图13所示。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (16)

1.一种检测待测样本pH的方法，其特征在于，包括：
将传感电极插入所述待测样本中；
将工作电极的至少一部分与缓冲液进行接触，将参比电极的至少一部分与所述待测样本进行接触，所述工作电极和所述参比电极之间设置有外电源，所述工作电极和所述传感电极之间设置有pH检测器，所述缓冲液填充在玻璃毛细管内；
基于所述pH检测器输出的pH数值，确定所述待测样本的pH；
其中：
所述外电源施加在所述工作电极上的电压为阶跃电压；
所述阶跃电压为循环正压和负压；
所述传感电极包括：
玻璃毛细管，所述玻璃毛细管两端开口设置；和
电化学探针，所述电化学探针修饰在所述玻璃毛细管一端开口的内壁；
其中，修饰有电化学探针的所述玻璃毛细管一端开口的直径为8~12微米；
所述电化学探针为聚咪唑。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述循环正压和负压的一个循环周期包括：
施加电压 恒压时间 正压 0~2V 0.001s~20s 负压 -0V~-1V 0.001s~20s
。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述循环正压和负压的一个循环周期包括：
施加电压 恒压时间 正压 1V 0.2s 负压 -0.4V 0.2s
。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阶跃电压的频率为1000~0.05Hz。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待测样本中含有浓度为10-5.8~10- 8mol/L的氢离子。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传感电极的制备方法包括：
提供玻璃毛细管，所述玻璃毛细管两端开口，所述玻璃毛细管一端开口的直径为8~12微米，将所述直径为8~12微米的一端开口置于含有引发剂的溶液中进行浸渍处理，以便获得内壁修饰有引发剂的玻璃毛细管；
将所述内壁修饰引发剂的玻璃毛细管上的引发剂与催化剂和N-乙烯基咪唑水溶液进行聚合反应，以便获得所述电极。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述含有引发剂的溶液为含有2-溴-2-甲基-N-[3-（三乙氧基硅烷基）丙基]丙酰胺的乙腈溶液。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述含有引发剂的溶液中，所述引发剂的质量分数为3~7%。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述N-乙烯基咪唑水溶液中，所述N-乙烯基咪唑的体积与所述水的体积的比为1:8~12。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述催化剂为溴化亚铜和五甲基二乙烯三胺。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述N-乙烯基咪唑、所述溴化亚铜和所述五甲基二乙烯三胺的摩尔比为95~105：3~7：13~17。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述N-乙烯基咪唑、所述溴化亚铜和所述五甲基二乙烯三胺的摩尔比为100:5:15。
13.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述浸渍处理的时间为20~30h。
14.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述聚合反应是在无氧和氮气保护的条件下进行的。
15.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述聚合反应是在温度为65~75℃的条件下进行20~30h。
16.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述浸渍处理后，进一步包括：
将浸渍处理后的所述玻璃毛细管依次用乙腈、乙醇和水进行清洗处理。
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