CN202916234U - 一种柔性多离子浓度检测传感器 - Google Patents

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任天令
陶璐琪
杨轶
束逸
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Tsinghua University
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Abstract

本实用新型公开了一种柔性多离子浓度检测传感器，属于电化学传感器技术领域。在柔性基底的凹孔和沟道内填充电极层，在电极层上再覆盖一层导电聚合物层，然后在导电聚合物层上分别覆盖在各种不同离子对应的离子选择性薄膜，最后用绝缘涂料将沟道内的电极层覆盖起来，并通过离子切换开关可以分别切换不同的离子选择性电极进行工作，从而可以实现待测物质中，多种离子的同时检测，并且可以将参比电极集中于一体，摆脱两电极同时使用的限制。本传感器制作简单，成本低廉，稳定性强，适合于大规模生产制造，柔性衬底具有易于弯曲折叠的特点，大大节省了体积，便于携带与保存，并且带有离子切换功能，可以实现多种离子的检测。

Description

一种柔性多离子浓度检测传感器
技术领域
本实用新型涉及一种柔性多离子浓度检测传感器，属于电化学传感器技术领域。
背景技术
当今社会，离子浓度的检测应用范围广泛，主要体现在医学、环保、食品、化工、制药等方面的应用。例如，土壤中的重金属离子（Zn2+、Pb2+、Cu2+、Hg2+）超标后，生活在该土质环境下的人民，身体健康会受到很大影响；此外，食品中的一些营养元素如钙离子、镁离子等，是人体不可缺少的离子，这些离子含量的检测与人们的生活息息相关。
目前常用的离子检测方法主要有分光法、质谱法、电解质分析法等。
前两种方法设备庞大，价格昂贵，并且需要复杂的预处理，故缺少时效性。
电解质分析法通常采用离子选择性电极与参比电极配合使用，形成电化学电池，通过离子浓度与电位之间的能斯特关系，可以得到离子浓度。但现商用的离子选择性电极与参比电极内充电解质溶液，故保存、运输方面收到了极大的限制；另外测量不同离子浓度时需要更换电极，非常繁琐；并且其稳定性差，无法很好的提供更高的精准度；此外，现阶段的各种离子选择性电极都是刚性结构，无法弯曲，且占用面积大，无法满足便携性的要求。
发明内容
本实用新型的目的是提出一种柔性多离子浓度检测传感器，基于一个柔性衬底制作，以使传感器可以同时测量多种离子浓度，并使传感器微型化和可折叠，便于携带。
本实用新型提出的柔性多离子浓度检测传感器，包括柔性基底、多个离子选择性膜、一个参比膜和一个多选一开关；所述的柔性基底上挖有多个凹孔和多个凹槽，所述的凹孔内由底部至表面依次分别为电极层、导电聚合物层以及离子选择性膜或参比膜；所述的凹槽内底部为电极层，电极层上覆盖有绝缘层，凹孔底部的电极层与凹槽底部的电极层相连接，多个离子选择性膜下的电极层分别通过绝缘层下的电极层与多选一开关相连，参比膜下的电极层通过绝缘层下的电极层与外接引线相连。
本实用新型提出的柔性全固态多离子浓度检测传感器，在柔性基底的凹孔和沟道内填充电极层，在电极层上再覆盖一层导电聚合物层，然后在导电聚合物层上分别覆盖在各种不同离子对应的离子选择性薄膜，最后用绝缘涂料将沟道内的电极层覆盖起来，并通过离子切换开关可以分别切换不同的离子选择性电极进行工作，从而可以实现待测物质中，多种离子的同时检测，并且可以将参比电极集中于一体，摆脱两电极同时使用的限制。本实用新型的传感器，其优点是：1、全固态结构，不需要内充溶液，便于保存、携带与运输；2、柔性结构，质量可靠，不易摔坏，抗恶劣环境能力强；3、具有多离子选择能力，不需要更换电极使用，工作效率大幅度提高；4、需要的待测溶液少，节约样品；5、工作稳定性高，测量数据精准、不易波动；6、制作简单，成本低廉，稳定性强，适合于大规模生产制造，柔性衬底具有易于弯曲折叠的特点，大大节省了体积，便于携带与保存，并且带有离子切换功能，可以实现多重离子的同时检测。
附图说明
图1是本实用新型提出的柔性多离子浓度检测传感器的结构示意图。
图2是图1的A-A剖视图。
图1和图2中，1为柔性基底，2为钾离子选择性膜，3为钙离子选择性膜，4为镁离子选择性膜，5为钠离子选择性膜，6为汞离子选择性膜，7为参比膜，8为外接引线，9为多选一开关，10为绝缘层，11为电极层，12为导电聚合物层，13为凹孔。
具体实施方式
本实用新型提出的柔性多离子浓度检测传感器，其结构如图1所示，包括柔性基底1、多个离子选择性膜、一个参比膜7和一个多选一开关9。柔性基底1上挖有多个凹孔13和多个凹槽。凹孔13内由底部至表面依次分别为电极层11、导电聚合物层12以及离子选择性膜或参比膜7，如图2所示，图2中有5个离子选择性膜，包括钾离子选择性膜2、钙离子选择性膜3，镁离子选择性膜4钠离子选择性膜5和汞离子选择性膜6。凹槽内底部为电极层11，电极层11上覆盖有绝缘层10，凹孔底部的电极层11与凹槽底部的电极层11相连接，多个离子选择性膜下的电极层分别通过绝缘层下的电极层与多选一开关9相连，参比膜7下的电极层通过绝缘层下的电极层与外接引线8相连。
本实用新型提出的传感器中，柔性基底采用多凹孔多沟道结构，并且所有的沟道都通向柔性基底的一端。
传感器中的参比膜可以通过大分子有机物制备，而离子选择性薄膜可以通过在参比膜中加入不同的离子载体来制作，比如钾离子载体、钙离子载体、汞离子载体、铅离子载体、锌离子载体、镁离子载体等其中的一种。其中的多选一开关9，可以通过旋转来选通其中一条沟道，以实现不同种类离子浓度的切换。
在使用时，将传感器直接放入到待测样品中，将外接引线接入自制的高阻抗离子计中，然后通过旋转离子切换开关，将选择到的不同的离子选择电极分别于参比电极进行配对，这样便可以通过旋转离子切换开关来分别检测待测样品中的各种离子的浓度，无需更换电极即可测试，避免了在需要测试多种离子浓度的情况下反复更换离子电极的麻烦。

Claims (1)

1.一种柔性多离子浓度检测传感器，其特征在于该传感器包括柔性基底、多个离子选择性膜、一个参比膜和一个多选一开关；所述的柔性基底上挖有多个凹孔和多个凹槽，所述的凹孔内由底部至表面依次分别为电极层、导电聚合物层以及离子选择性膜或参比膜；所述的凹槽内底部为电极层，电极层上覆盖有绝缘层，凹孔底部的电极层与凹槽底部的电极层相连接，多个离子选择性膜下的电极层分别通过绝缘层下的电极层与多选一开关相连，参比膜下的电极层通过绝缘层下的电极层与外接引线相连。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103487482A (zh) * 2013-09-11 2014-01-01 北京农业智能装备技术研究中心 一种检测动态离子流信号的装置和使用方法
CN103983671A (zh) * 2014-03-12 2014-08-13 友达光电股份有限公司 化学传感器及其制造方法
CN108548783A (zh) * 2018-03-14 2018-09-18 清华大学 一种化学成分检测系统和检测方法

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