CN112285188A - 一种管状吸嘴式电化学传感装置的使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管状吸嘴式电化学传感装置的使用方法，所述传感装置包括移液器、恒电位仪、信号处理设备以及吸管，所述吸管包括连接器、电极管以及吸嘴，所述电极管内壁设有多个电极槽，所述电极槽内分别设置有电极，所述电极通过连接器与恒电位仪相连，所述使用方法包括以下步骤：制备待测溶液；将移液器、恒电位仪、信号处理设备以及吸管组装成完整的传感装置；吸取待测溶液进行检测，记录相关数据；更换吸管进行重复测量，记录相关数据；将传感装置拆分保存，分析相关数据。
Description
技术领域
本发明涉及电化学领域，具体涉及一种管状吸嘴式电化学传感装置的使用方法。
背景技术
电化学传感方法一直是化学与生物传感器领域的前沿技术，在分析化学领域起着重要作用。作为电化学传感器的关键部件，电极在决定所制造传感器的性能方面具有重要意义。
根据其电化学界面的物理形式，电极可分为三类：第一类是传统的圆盘电极，包括玻璃碳电极(GCE)，贵金属电极(如Au，Pt)等。由于良好的稳定性和可重复性，它们已被广泛使用。第二类是丝网印刷电极(SPE)，通常以集成的三电极形式出现。SPE具有易用性，简单性和低成本的特点，特别适合日常使用，例如即时检验(POCT)。第三类是一些开发为自支撑工作电极(WEs)的自制材料，包括2D/3D碳/金属基材料(例如，石墨烯泡沫，金/银棒等)。它们固有的纳米功能表面可提供较大的传感表面和良好的催化活性。
尽管上述电极在构造各种传感器中发挥了作用，但是在制造过程中的局限性和固有缺陷阻碍了它们的应用。通常，圆盘电极的先天缺陷主要是由于无法单独工作而引起的，因此经常需要独立的对电极和参比电极(CE和RE)的参与。这不可避免地导致笨重的传感设备并增加了样品消耗。此外，三电极系统的复杂性增加了操作和系统错误的风险，对测试结果的准确性和准确性产生了负面影响。为了获得具有高灵敏度和宽响应范围的传感器，大多数的盘状电极需要用功能材料装饰，这牺牲了简单性和可重复性。相比之下，SPE的集成式三电极设计简化了传感器设置，并使测量尺寸小型化。但是，类似于圆盘电极，SPE 的有限感测区域仍需要进一步修改。而对于自行制备的WE，由于不可避免的个体差异，可重复性差以及大规模制备中的技术困难，在实验室通常使用得较少，综上，提供一种结构简单、操作便捷、感测区域较广且容易大规模生产的电化学传感装置的使用方法十分必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、操作便捷、感测区域较广且容易大规模生产的电化学传感装置的使用方法。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种管状吸嘴式电化学传感装置的使用方法，所述传感装置包括移液器、恒电位仪、信号处理设备以及吸管，所述吸管包括连接器、电极管以及吸嘴，所述电极管内壁设有多个电极槽，所述电极槽内分别设置有电极，所述电极通过连接器与恒电位仪相连，所述使用方法包括以下步骤：
步骤一：制备待测溶液；
步骤二：将移液器、恒电位仪、信号处理设备以及吸管组装成完整的传感装置；
步骤三：吸取待测溶液进行检测，记录相关数据；
步骤四：更换吸管进行重复测量，记录相关数据；
步骤五：将传感装置拆分保存，分析相关数据。
通过将恒电位仪可拆卸连接于移液器中部，信号处理设备与恒电位仪相连，吸管可拆卸连接于移液器下端，吸管包括连接器、电极管以及吸嘴，吸嘴顶部可拆卸连接有电极管，电极管上方可拆卸连接有连接器，电极管内壁设有多个电极槽，电极槽内分别设置有电极，电极通过连接器与恒电位仪相连，使得传感装置结构简单、便于操作且容易大规模生产，此外，集成在吸管中的电极一方面具有较高的液体利用率，另一方面可以通过改变样品量来调节电催化界面面积，从而扩大装置的感测区域。
作为优选，该传感装置的使用方法可用于分析化学小分子、蛋白质或者核酸等物质。
作为优选，所述连接器下方固定连接有多根与电极槽相适配的固定条，所述固定条靠近电极槽的一侧设有导电胶条，所述导电胶条与电极相连。
通过在连接器下方固定连接有多根与电极槽相适配的固定条，固定条靠近电极槽的一侧设有导电胶条，一方面使得连接器和电极管可以通过固定条和电极槽连接在一起，另一方面使得电极通过导电胶条与外部相连。
作为优选，所述连接器顶部设有导线，所述导线连通导电胶条与恒电位仪。
通过在连接器顶部设有导线，导线连通导电胶条与恒电位仪，使得电极与恒电位仪连接在一起。
作为优选，所述连接器顶部可拆卸连接有固定环，所述导线穿过固定环将导电胶条与恒电位仪连通。
通过在连接器顶部可拆卸连接有固定环，导线穿过固定环将导电胶条与恒电位仪连通，使得导线得以收束，从而避免杂乱的导线影响用户操作的情况发生。
作为优选，所述所述吸管与移液器的连接处设有密封件。
通过在吸管与移液器的连接处设有密封件，使得吸管与移液器的连接更加封闭，有利于减少外界环境对吸管内部样品的的影响，从而有利于提升监测数据的准确性。
作为优选，所述密封件为中部开有连接孔的圆台状密封件，所述移液器下端穿过密封件与吸管连通。
通过在密封件为中部开有连接孔，移液器下端穿过密封件与吸管连通，使得吸管与移液器可以方便地结合在一起。
作为优选，所述电极槽的水平截面为扇形，所述电极槽的圆心角为20°～60°。
通过将电极槽设置为水平截面为电极槽，使得固定条与电极槽可以卡接在一起，从而提升连接器和电极管之间连接的稳固度。
作为优选，所述吸嘴为碗状且底部开有通孔。
通过将吸嘴设置为碗状且在底部开有通孔，使得移液器可以方便地通过吸管吸取待测液体。
作为优选，所述信号处理设备为笔记本电脑或智能手机中的一种。
通过使用笔记本电脑或智能手机作为信号处理设备，使得用户可以方便的对数据进行观察处理。
相对于现有技术，本发明取得了有益的技术效果：
1、通过将恒电位仪可拆卸连接于移液器中部，信号处理设备与恒电位仪相连，吸管可拆卸连接于移液器下端，吸管包括连接器、电极管以及吸嘴，吸嘴顶部可拆卸连接有电极管，电极管上方可拆卸连接有连接器，电极管内壁设有多个电极槽，电极槽内分别设置有电极，电极通过连接器与恒电位仪相连，使得传感装置结构简单、便于操作，此外，集成在吸管中的电极一方面具有较高的液体利用率，另一方面可以通过改变样品量来调节电催化界面面积，从而可以灵活地调节样品的灵敏度和浓度；
2、通过在连接器下方固定连接有多根与电极槽相适配的固定条，固定条靠近电极槽的一侧设有导电胶条，一方面使得连接器和电极管可以通过固定条和电极槽连接在一起，另一方面使得电极通过导电胶条与外部相连；
3、通过在连接器顶部设有导线，导线连通导电胶条与恒电位仪，使得电极与恒电位仪连接在一起，同时在连接器顶部可拆卸连接有固定环，导线穿过固定环将导电胶条与恒电位仪连通，使得导线得以收束，从而避免杂乱的导线影响用户操作的情况发生；
4、通过在吸管与移液器的连接处设有密封件，使得吸管与移液器的连接更加封闭，有利于减少外界环境对吸管内部样品的的影响，从而有利于提升监测数据的准确性；
5、通过将电极槽设置为水平截面为电极槽，使得固定条与电极槽可以卡接在一起，从而提升连接器和电极管之间连接的稳固度；
6、通过将恒电位仪可拆卸连接于移液器中部，信号处理设备与恒电位仪相连，吸管架可拆卸连接于移液器下端，吸管均可拆卸连接于吸管架，吸管包括连接器、电极管以及吸嘴，吸嘴顶部可拆卸连接有电极管，电极管上方可拆卸连接有连接器，电极管内壁设有多个电极槽，电极槽内分别设置有电极，电极通过连接器与恒电位仪相连，使得传感装置可以同时对多组样品同时进行检测；
7、通过本发明提供的使用方法，使得用户可以轻松地操作本发明提供的设备进行检测，从而获取相应的实验数据。
附图说明
图1为本发明实施例一的整体结构示意图；
图2为本发明中吸管的结构示意图；
图3为本发明实施例一中连接器的结构示意图；
图4为本发明实施例一中电极管以及吸嘴的结构示意图；
图5为本发明实施例二中连接器的结构示意图；
图6为本发明实施例二中电极管以及吸嘴的结构示意图；
图7为本发明中吸嘴的结构示意图；
图8为本发明中密封件的结构示意图；
图9为本发明实施例三的整体结构示意图；
图10为50μL液体用量下，不同浓度的亚硝酸的方波伏安图谱；
图11为不同液体用量下，亚硝酸根浓度与峰电流的关系拟合曲线；
图12为各通道下，系列浓度尿酸标准溶液的方波伏安图谱；
图13为各通道下，尿酸浓度与峰电流的关系拟合曲线及方程。
其中，各附图标记所指代的技术特征如下：
1、移液器；2、恒电位仪；3、信号处理设备；4、吸管；41、连接器；411、固定条；412、导电胶条；413、导线；414、固定环；42、电极管；421、电极槽；422、电极；43、吸嘴； 431、通孔；44、密封件；441、连接孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，但本发明要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。
实施例一，参照图1至图4以及图7与图8，本发明公开了一种管状吸嘴式电化学传感装置，包括移液器1、恒电位仪2、信号处理设备3以及吸管4。恒电位仪2可拆卸连接于移液器1中部，信号处理设备3与恒电位仪2相连，吸管4可拆卸连接于移液器1下端。
吸管4包括连接器41、电极管42以及吸嘴43，吸嘴43顶部可拆卸连接有电极管42，电极管42上方可拆卸连接有连接器41。吸嘴43为碗状且底部开有通孔431，电极管42内壁设有多个电极槽421，电极槽421的水平截面为扇形，电极槽的圆心角为20°，电极槽 421内分别设置有电极422，在本实施例中，电极槽421共有三个，三个电极槽421内设置的电极422分别为辅助电极、参比电极以及工作电极。
电极422通过连接器41与恒电位仪2相连，连接器41下方固定连接有多根与电极槽421相适配的固定条411，连接器41通过固定条411插接于电极管42的电极槽421内，固定条411靠近电极槽421的一侧设有导电胶条412，连接器41顶部设有导线413，导线413 连通导电胶条412与恒电位仪2，连接器41顶部可拆卸连接有固定环414，导线413穿过固定环414将导电胶条412与恒电位仪2连通，吸管4与移液器1的连接处设有密封件44，密封件44为中部开有连接孔441的圆台状密封件44，移液器1下端穿过密封件44与吸管 4连通，信号处理设备3为笔记本电脑或智能手机中的一种，在本实施例中，信号处理设备 3具体为笔记本电脑。
本实施例所展示的管状吸嘴式传感装置用于亚硝酸的检测，其使用方法及步骤如下：(1) 制备系列浓度的亚硝酸溶液；(2)将移液器、恒电位仪、笔记本电脑及本实施例所展示的的吸管组装成完整的传感装置；(3)将不同体积的亚硝酸溶液吸取到吸管内，并运行方波伏安法对样本进行分析，可以得到如图10所示的各浓度亚硝酸的电压-电流曲线；(4)测量完成后，将装置进行拆分保存；(5)进一步对数据整理分析后，可以得到如图11所示的各液体体积下的浓度-电流线号拟合曲线。从曲线可以看出，随着吸管内液体体积的增加，曲线斜率也在增加，说明传感器的灵敏度也随之增加。
实施例二，参照图5与图6，本发明公开了一种管状吸嘴式电化学传感装置，包括移液器1、多通道恒电位仪、信号处理设备3以及吸管4。吸管4与多通道恒电位仪相连，吸管 4可拆卸连接于移液器1下端，信号处理设备3与多通道恒电位仪相连。
吸管4包括连接器41、电极管42以及吸嘴43，吸嘴43顶部可拆卸连接有电极管42，电极管42上方可拆卸连接有连接器41。吸嘴43为碗状且底部开有通孔431，电极管42内壁设有多个电极槽421，电极槽421的水平截面为扇形，电极槽的圆心角为36°，电极槽 421内分别设置有电极422，在本实施例中，电极槽421共有五个，五个个电极槽421内设置的电极422分别为一个辅助电极、一个参比电极以及三个工作电极。
电极422通过连接器41与多通道恒电位仪相连，连接器41下方固定连接有多根与电极槽421相适配的固定条411，连接器41通过固定条411插接于电极管42的电极槽421内，固定条411靠近电极槽421的一侧设有导电胶条412，连接器41顶部设有导线413，导线 413连通导电胶条412与多通道恒电位仪，连接器41顶部可拆卸连接有固定环414，导线 413穿过固定环414将导电胶条412与多通道恒电位仪连通，吸管4与移液器1的连接处设有密封件44，密封件44为中部开有连接孔441的圆台状密封件44，移液器1下端穿过密封件44与吸管4连通，信号处理设备3为笔记本电脑或智能手机中的一种，在本实施例中，信号处理设备3具体为笔记本电脑。
本实施例所展示的管状吸嘴式传感器可用于包含丙氨酸氨基转移酶和天冬氨酸氨基转移酶等多个能反映肝脏功能指标的酶活性检测。其使用方法及步骤如下：(1)制备系列酶催化底物混合溶液及其他辅助酶溶液，酶底物溶液具体为丙氨酸、天冬氨酸、酮戊二酸、还原性辅酶A；其他辅助酶溶液为：苹果酸脱氢酶、草酰乙酸脱羧酶(2)将移液器、恒电位仪、笔记本电脑及本实施例所展示的的吸管组装成完整的传感装置；(3)酶催化底物混合溶液及其他辅助酶溶液混合后，并加入一定体积的血清样本，将最终混合液按设定的体积吸入到吸管中，运行方波伏安法对样本进行分析；(4)测量完成后，将装置进行拆分保存；(5)进行数据的处理分析。
实施例三，参照图9，本发明公开了一种阵列式管状吸嘴式电化学传感装置，包括多通道移液器1、多通道恒电位仪、信号处理设备3、吸管4架以及多根吸管4，吸管4架可拆卸连接于多通道移液器1下端，吸管4均可拆卸连接于吸管4架，吸管4与多通道恒电位仪相连，信号处理设备3与多通道恒电位仪相连，在本实施例中，多通道恒电位仪具体为八通道恒电位仪。
吸管4包括连接器41、电极管42以及吸嘴43，吸嘴43顶部可拆卸连接有电极管42，电极管42上方可拆卸连接有连接器41。吸嘴43为碗状且底部开有通孔431，电极管42内壁设有多个电极槽421，电极槽421的水平截面为扇形，电极槽的圆心角为60°，电极槽421内分别设置有电极422，在本实施例中，电极槽421共有三个，三个电极槽421内设置的电极422分别为辅助电极、参比电极以及工作电极。
电极422通过连接器41与多通道恒电位仪相连，连接器41下方固定连接有多根与电极槽421相适配的固定条411，连接器41通过固定条411插接于电极管42的电极槽421内，固定条411靠近电极槽421的一侧设有导电胶条412，连接器41顶部设有导线413，导线 413连通导电胶条412与多通道恒电位仪，连接器41顶部可拆卸连接有固定环414，导线 413穿过固定环414将导电胶条412与多通道恒电位仪连通，吸管4与移液器1的连接处设有密封件44，密封件44为中部开有连接孔441的圆台状密封件44，移液器1下端穿过密封件44与吸管4连通，信号处理设备3为笔记本电脑或智能手机中的一种，在本实施例中，信号处理设备3具体为笔记本电脑。
本实施例所展示的阵列式吸嘴式管状电化学传感装置，可用于血液或尿液中尿酸的阵列检测。具体使用方法及过程如下：步骤一：制备系列浓度的尿酸标准溶液及收集待测样本溶液；
步骤二：将移液器、恒电位仪、信号处理设备以及吸管组装成完整的传感装置；
步骤三：首先将系列浓度的尿酸标准溶液按照设定的体积吸入到吸管中，运行方波伏安法，获得系列浓度尿酸的电位-电流曲线(如图12所示)，并根据电流与尿酸浓度的关系建立各通道下的校准曲线及方程(如图13所示)；
步骤四：吸取设定体积的待测样本溶液到各通道下的吸管中，并按照步骤三所示的电化学方法进行测量，获得各通道下未知浓度样本的峰电流值。将其带入步骤三所获得的各校准方程中，即可获得各待测样本中尿酸的浓度；
步骤五：将传感装置拆分保存，记录汇总数据。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种管状吸嘴式电化学传感装置的使用方法，所述传感装置包括移液器(1)、恒电位仪(2)、信号处理设备(3)以及吸管(4)，其特征在于，所述吸管(4)包括连接器(41)、电极管(42)以及吸嘴(43)，所述电极管(42)内壁设有多个电极槽(421)，所述电极槽(421)内分别设置有电极(422)，所述电极(422)通过连接器(41)与恒电位仪(2)相连，所述使用方法包括以下步骤：
步骤一：制备待测溶液；
步骤二：将移液器(1)、恒电位仪(2)、信号处理设备(3)以及吸管(4)组装成完整的传感装置；
步骤三：吸取待测溶液进行检测，记录相关数据；
步骤四：更换吸管(4)进行重复测量，记录相关数据；
步骤五：将传感装置拆分保存，分析相关数据。
2.根据权利要求1所述的一种管状吸嘴式电化学传感装置的使用方法，其特征在于，该传感装置的使用方法可用于分析化学小分子、蛋白质或者核酸等物质。
3.根据权利要求1所述的一种管状吸嘴式电化学传感装置的使用方法，其特征在于，所述连接器(41)下方固定连接有多根与电极槽(421)相适配的固定条(411)，所述固定条(411)靠近电极槽(421)的一侧设有导电胶条(412)，所述导电胶条(412)与电极(422)相连。
4.根据权利要求3所述的一种管状吸嘴式电化学传感装置的使用方法，其特征在于，所述连接器(41)顶部设有导线(413)，所述导线(413)连通导电胶条(412)与恒电位仪(2)。
5.根据权利要求4所述的一种管状吸嘴式电化学传感装置的使用方法，其特征在于，所述连接器(41)顶部可拆卸连接有固定环(414)，所述导线(413)穿过固定环(414)将导电胶条(412)与恒电位仪(2)连通。
6.根据权利要求1所述的一种管状吸嘴式电化学传感装置的使用方法，其特征在于，所述所述吸管(4)与移液器(1)的连接处设有密封件(44)。
7.根据权利要求6所述的一种管状吸嘴式电化学传感装置的使用方法，其特征在于，所述密封件(44)为中部开有连接孔(441)的圆台状密封件(44)，所述移液器(1)下端穿过密封件(44)与吸管(4)连通。
8.根据权利要求1所述的一种管状吸嘴式电化学传感装置的使用方法，其特征在于，所述电极槽(421)的水平截面为扇形，所述电极槽的圆心角为20°～60°。
9.根据权利要求1所述的一种管状吸嘴式电化学传感装置的使用方法，其特征在于，所述吸嘴(43)为碗状且底部开有通孔(431)。
10.根据权利要求1所述的一种管状吸嘴式电化学传感装置的使用方法，其特征在于，所述信号处理设备(3)为笔记本电脑或智能手机中的一种。
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