CN111208131B - 一种基于喷墨打印技术的阵列型高精度pH试纸 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用喷墨打印方法制作的高精度pH试纸，该高精度pH试纸制备方法为：将不同pH覆盖范围的pH指示剂溶解于相应的墨水溶剂中，注入到喷墨打印机的墨盒中，通过电脑控制将不同指示剂以阵列的方式打印在滤纸材料上，将打印完成的试纸经干燥处理后即可实现对含水溶液pH值的检测。将上述指示剂墨水通过喷墨打印的方式均匀的分布于多孔纤维素类基质材料上的预定区域内，得到高精度pH试纸。本发明高精度pH试纸制作过程简单易行，适合大批量生产，产品质量稳定，准确度和灵敏度较市售精密pH试纸更高、更准确，测量范围且更广，精密度达0.20级别，应用范围更广，可广泛用于科研、工业、医药、环保和食品领域。

Description

一种基于喷墨打印技术的阵列型高精度pH试纸

技术领域

本发明涉及一种精密试纸，特别涉及一种用喷墨打印方式制得的高精度试纸。

背景技术

pH试纸在我们日常生活中已经有了广泛的应用，同时在科学研究、医疗卫生、环境检测以及工农业生产中发挥着重要的作用。pH试纸的检测原理主要是根据指示剂分子在不同酸碱环境下分子结构发生改变从而呈现出不同的颜色来达到检测的目的。

普通的pH试纸检测范围为1～14，检测范围较为全面但存在试纸离开测试液后颜色变化，对最终读数和判断造成较大误差。未解决这个问题，人们又发明了精密pH试纸，来满足人们对某一特定范围pH值检测的需要，这类精密pH试纸测量结果较普通pH试纸更为准确，但存在检测范围较窄，仅能对弱酸、中性和弱碱性的样品进行检测。同时，在使用这类精密pH试纸前需要用普通pH试纸对检测对象的pH值进行初步的检测已确定使用的精密pH试纸类型，对检测造成不便。

传统普通pH试纸、精密pH试纸的制作工艺均较为复杂，耗费人力、物力资源较多。用这类试纸进行检测时，需要用到大量液体，对于微升级液体的检测非常的不方便，同时试纸检测的灵敏度和精确度还有待于进一步的提高。

发明内容

本发明的任务是针对现有精密试纸的上述不足，提供一种灵敏度和精密度都非常高且pH测量范围为1.00-13.60的高精度pH试纸的制作方法和技术。

为解决上述精密试纸的不足，本发明的技术方案是：

一种基于喷墨打印技术的阵列型高精度pH试纸，包括滤纸、pH指示剂阵列组合和指示剂墨水溶剂，其特征在于所述指示剂阵列组合可以覆盖pH1-14的全范围；将不同pH覆盖范围的pH指示剂溶解于相应的墨水溶剂中，注入到喷墨打印机的墨盒中，通过电脑控制将不同指示剂以阵列的方式打印在纸质材料上，将打印完成的试纸经干燥处理后即可实现对含水溶液pH值的检测。

所述喷墨打印墨水的指示剂包括甲酚红、孔雀石绿、百里酚蓝、甲基橙、碱性品红、刚果红、溴酚红、溴甲酚绿、溴百里酚蓝、甲基红、玫红酸、茜素红、邻甲酚酞、姜黄素、酸性品红中；指示剂阵列组合包括指示剂中的两种或多种；

所述的指示剂墨水溶剂，由乙醇、去离子水以及聚乙二醇组成，其中乙醇：去离子水：聚乙二醇的体积比为4～5:5～6:0.02～0.3；

所述聚乙二醇为聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇800或聚乙二醇1000中的一种或几种；

所述滤纸材料包括混合纤维素酯(MCE)膜、沃特曼(Whatman)2.5μm、8μm、11μm纤维素多孔滤纸；

所述精密pH试纸的打印方式为压电陶瓷喷头式喷墨打印机；

所述精密pH试纸的干燥条件主要为在温度25～35℃，空气湿度小于50％的条件下干燥1～5分钟；

吸取5～10微升待测水溶液滴加在所述的精密pH试纸上，5秒后用扫描仪检测，读出数据，检测时间小于2分钟，分辨率小于等于0.1。

本发明的优点为：

(1)本发明制备方法制得的高精度pH试纸灵敏度高、准确度高，具有测量pH范围广，显色维持时间长，测量精确度高的优势；

(2)本发明高精度pH试纸的制备方法，操作简便，采用喷墨打印的方法，使指示剂能够更加均匀、牢固地附于混合纤维素酯膜上，并在接近室温的条件下进行快速干燥；

(3)本发明高精度pH试纸，制作过程简便，指示剂材料利用率高，用量少，减少了高精度pH试纸的制作成本并简化了制作工艺。

附图说明

图1高精度pH试纸设计及打印示意图；

图2高精度pH试纸检测pH1.00-2.00范围的指纹图谱；

图3高精度pH试纸检测pH1.00-2.00的聚类分析图；

图4高精度pH试纸检测pH1.00-13.00的聚类分析图。

图5高精度pH试纸检测实际溶液样品0.05M H₂SO₄溶液，0.1M NaCl溶液及0.1MNaOH溶液pH值的聚类分析图；

具体实施方式

下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但不因此而限制本发明。

实施例1

一种基于喷墨打印技术的阵列型高精度pH试纸，该高精度pH试纸由滤纸、pH指示剂阵列组合和指示剂墨水溶剂制备而成，

所述指示剂阵列组合可以覆盖pH1-14的全范围；所述高精度pH试纸制备方法为：

配制指示剂墨水：将甲酚红、百里酚蓝、甲基橙、溴酚红、溴甲酚绿、溴百里酚蓝、玫红酸、茜素红、姜黄素、酸性品红分别溶解于乙醇、去离子水和聚乙二醇的混合墨水溶剂中，上述材料的的质量百分比为：5～15％的指示剂，55～60％的乙醇，35～40％的去离子水，5～20％的聚乙二醇；

喷墨打印：将配制好得指示剂墨水经过0.22μm的滤膜注入到喷墨打印机的墨盒中，装入喷墨打印机中。通过电脑控制，将指示剂打印在混合纤维素酯膜(MCE膜)基础材料表面的固定区域，进行干燥；

干燥：常压下温度28℃，空气湿度小于60％的条件下干燥，时间为3分钟，得到的高精度pH试纸如图1所示；

测试：取一片该试纸放入玻璃表面皿中，用移液枪吸取6微升用梅特勒-托利多数字pH计标定的pH值为1.00,1.20,1.40,1.60,1.80,2.00的标准缓冲溶液滴加在该试纸的阵列区域，待阵列与液滴充分接触显色后放入扫描仪扫描，得到R/G/B数值及其对应的指纹分析图谱如图2所示，通过计算最终得到pH值分别为1.00,1.20,1.40,1.60,1.80,2.00。对R/G/B数值进行分析，得到聚类分析图如图3所示，可以看出该高精度pH试纸的精确度能够达到0.20。

实施例2

一种基于喷墨打印技术的阵列型高精度pH试纸，该高精度pH试纸由滤纸、pH指示剂阵列组合和指示剂墨水溶剂制备而成，

所述指示剂阵列组合可以覆盖pH1-14的全范围；所述高精度pH试纸制备方法为：

配制指示剂墨水：将甲酚红、百里酚蓝、甲基橙、溴酚红、溴甲酚绿、溴百里酚蓝、玫红酸、茜素红、姜黄素、酸性品红分别溶解于乙醇、去离子水和聚乙二醇的混合墨水溶剂中，上述材料的的质量百分比为：5～15％的指示剂，55～60％的乙醇，35～40％的去离子水，5～20％的聚乙二醇；

喷墨打印：将配制好得指示剂墨水经过0.22μm的滤膜注入到喷墨打印机的墨盒中，装入喷墨打印机中。通过电脑控制，将指示剂打印在混合纤维素酯膜(MCE膜)基础材料表面的固定区域，进行干燥；

干燥：常压下温度26℃，空气湿度小于55％的条件下干燥，时间为3分钟，得到的高精度pH试纸如图1所示；

测试：取一片该试纸放入玻璃表面皿中，用移液枪吸取6微升用梅特勒-托利多数字pH计标定的pH值为1-13.0，pH间隔为1的标准缓冲溶液滴加在该试纸的阵列区域，待阵列与液滴充分接触显色后放入扫描仪扫描，得到R/G/B数值，通过计算最终得到pH值分别为1.002.00,…,13.00。对R/G/B数值进行分析，得到聚类分析图如图4所示，可以看出该高精度pH试纸能够检测、区分1-13.00的pH值。

实施例3

一种基于喷墨打印技术的阵列型高精度pH试纸，该高精度pH试纸由滤纸、pH指示剂阵列组合和指示剂墨水溶剂制备而成，

所述指示剂阵列组合可以覆盖pH1-14的全范围；所述高精度pH试纸制备方法为：

配制指示剂墨水：将甲酚红、百里酚蓝、甲基橙、溴酚红、溴甲酚绿、溴百里酚蓝、玫红酸、茜素红、姜黄素、酸性品红分别溶解于乙醇、去离子水和聚乙二醇的混合墨水溶剂中，上述材料的的质量百分比为：5～15％的指示剂，55～60％的乙醇，35～40％的去离子水，5～20％的聚乙二醇；

喷墨打印：将配制好得指示剂墨水经过0.22μm的滤膜注入到喷墨打印机的墨盒中，装入喷墨打印机中。通过电脑控制，将指示剂打印在混合纤维素酯膜(MCE膜)基础材料表面的固定区域，进行干燥；

干燥：常压下温度25℃，空气湿度小于60％的条件下干燥，时间为3分钟，得到的高精度pH试纸如图1所示；

测试：取一片该试纸放入玻璃表面皿中，用移液枪吸取6微升的未知pH值的0.05MH₂SO₄溶液，0.1M NaCl溶液及0.1M NaOH溶液滴加在该试纸的阵列区域，待阵列与液滴充分接触显色后放入扫描仪扫描，到R/G/B数值，通过计算得到相应的pH值为2.00。

用梅特勒-托利多数字pH计检测0.05M H₂SO₄溶液，得到pH值为1.99，误差范围小于±0.1。对R/G/B数值进行分析，得到聚类分析图如图5所示，可以看出该高精度pH试纸能够检测实际溶液样品的pH值。

实施例4

一种基于喷墨打印技术的阵列型高精度pH试纸，该高精度pH试纸由滤纸、pH指示剂阵列组合和指示剂墨水溶剂制备而成，

所述指示剂阵列组合可以覆盖pH1-14的全范围；所述高精度pH试纸制备方法为：

配制指示剂墨水：将甲酚红、百里酚蓝、甲基橙、溴酚红、溴甲酚绿、溴百里酚蓝、玫红酸、茜素红、姜黄素、酸性品红分别溶解于乙醇、去离子水和聚乙二醇的混合墨水溶剂中，上述材料的的质量百分比为：5～15％的指示剂，55～60％的乙醇，35～40％的去离子水，5～20％的聚乙二醇；

喷墨打印：将配制好得指示剂墨水经过0.22μm的滤膜注入到喷墨打印机的墨盒中，装入喷墨打印机中。通过电脑控制，将指示剂打印在混合纤维素酯膜(MCE膜)基础材料表面的固定区域，进行干燥；

干燥：常压下温度25℃，空气湿度小于60％的条件下干燥，时间为3分钟；

测试：取一片该试纸放入玻璃表面皿中，用移液枪吸取6微升的未知pH值的0.1MNaCl溶液溶液滴加在该试纸的阵列区域，待阵列与液滴充分接触显色后放入扫描仪扫描，通过数据库对比，颜色显示为到R/G/B数值，通过计算得到相应的pH值为6.00。

用梅特勒-托利多数字pH计检测该0.1M NaCl溶液，得到pH值为5.98，误差范围小于±0.1。对R/G/B数值进行分析，得到聚类分析图如图5所示，可以看出该高精度pH试纸能够检测实际溶液样品的pH值。

实施例5

一种基于喷墨打印技术的阵列型高精度pH试纸，该高精度pH试纸由滤纸、pH指示剂阵列组合和指示剂墨水溶剂制备而成，

所述指示剂阵列组合可以覆盖pH1-14的全范围；所述高精度pH试纸制备方法为：

配制指示剂墨水：将甲酚红、百里酚蓝、甲基橙、溴酚红、溴甲酚绿、溴百里酚蓝、玫红酸、茜素红、姜黄素、酸性品红分别溶解于乙醇、去离子水和聚乙二醇的混合墨水溶剂中，上述材料的的质量百分比为：5～15％的指示剂，55～60％的乙醇，35～40％的去离子水，5～20％的聚乙二醇；

喷墨打印：将配制好得指示剂墨水经过0.22μm的滤膜注入到喷墨打印机的墨盒中，装入喷墨打印机中。通过电脑控制，将指示剂打印在混合纤维素酯膜(MCE膜)基础材料表面的固定区域，进行干燥；

干燥：常压下温度25℃，空气湿度小于60％的条件下干燥，时间为3分钟；

测试：取一片该试纸放入玻璃表面皿中，用移液枪吸取6微升的未知pH值的0.1MNaOH溶液滴加在该试纸的阵列区域，待阵列与液滴充分接触显色后放入扫描仪扫描，通过数据库对比，颜色显示为到R/G/B数值，通过计算得到相应的pH值为13.00。

用梅特勒-托利多数字pH计检测该0.1M NaOH溶液，得到pH值为13.05，误差范围小于±0.1。对R/G/B数值进行分析，得到聚类分析图如图5所示，可以看出该高精度pH试纸能够检测实际溶液样品的pH值。

Claims (5)

1.一种基于喷墨打印技术的阵列型高精度pH试纸，其特征在于该高精度pH试纸由滤纸、pH指示剂阵列组合和指示剂墨水溶剂制备而成，其分辨率小于等于0.1；

所述指示剂阵列组合可以覆盖pH1-14的全范围；

所述高精度pH试纸制备方法为：将不同pH覆盖范围的pH指示剂溶解于相应的墨水溶剂中，注入到喷墨打印机的墨盒中，通过电脑控制将不同指示剂以阵列的方式打印在滤纸材料上，将打印完成的试纸经干燥处理后即可实现对含水溶液pH值的检测;

所述的墨水溶剂，由乙醇、去离子水以及聚乙二醇组成，其中乙醇：去离子水：聚乙二醇的体积比为4~5:5~6:0.02~0.3; 所述滤纸材料包括混合纤维素酯（MCE）膜或者沃特曼（Whatman）2.5 μm、8 μm、 11μm纤维素多孔滤纸; 所述高精度pH试纸的打印方式为压电陶瓷喷头式喷墨打印机。

2.根据权利要求1所述的一种基于喷墨打印技术的阵列型高精度pH试纸，其特征在于：所述pH指示剂包括甲酚红、孔雀石绿、百里酚蓝、甲基橙、碱性品红、刚果红、溴酚红、溴甲酚绿、溴百里酚蓝、甲基红、玫红酸、茜素红、邻甲酚酞、姜黄素、酸性品红；指示剂阵列组合包括指示剂中的两种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种基于喷墨打印技术的阵列型高精度pH试纸，其特征在于：所述墨水溶剂中，聚乙二醇为聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇800或聚乙二醇1000中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种基于喷墨打印技术的阵列型高精度pH试纸，其特征在于：所述高精度pH试纸的干燥条件为在温度25~35 ℃，空气湿度小于50 %的条件下干燥1~5 分钟。

5.根据权利要求1所述的一种基于喷墨打印技术的阵列型高精度pH试纸的应用，其特征在于：该试纸的测试方法为：吸取5~10微升待测水溶液滴加在所述的高精度pH试纸上，5秒后用扫描仪检测，读出R/G/B数值，通过计算得到相应的pH值，检测时间小于2 分钟，分辨率小于等于0.1。

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