[发明专利]基于纳米氧化钨的集成化全固态pH电化学传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学传感器的制备领域，更具体地说是涉及基于纳米氧化钨的集成化全固态pH电化学传感器及其制备方法。

背景技术

pH值是水溶液最重要的物理化学参数之一，很多涉及水溶液的自然现象、化学变化以及生产过程都与pH有关，因此，在工业生产、农业、医学、环境监测、科学研究等许多领域都需要测量pH值。目前pH电化学传感器使用最为普遍的pH电极是玻璃电极，由于玻璃pH电极存在一些缺陷，如酸性条件下的酸误差、碱性条件下的钠误差、机械强度低导致容易破碎和难于微型化、不能使用于高温高压条件、不耐F^-的腐蚀等，导致玻璃pH电极的使用范围以及使用性能受到影响。金属氧化物pH电化学传感器核心部分是金属/金属氧化物电极，金属/金属氧化物pH电极具有易于制备、响应快、机械强度高的特点，可用于玻璃pH电极不能适宜的测试环境如高温或强搅拌体系，可用于高温、高压下测试；并易于微型化，可以微型化满足生命科学、医学某些领域的要求；不易破碎，可用在食品工业中；还可以用于含F-溶液体系，是玻璃pH电极的一个重要替代体系。目前主要是昂贵的氧化铱、氧化铑等贵金属氧化物制备pH电极，制备氧化钨电极方法有电化学循环伏安法、化学氧化法、离子溅射沉积法，这些制备方法相对复杂，不容易控制化学成分组成，或者存在使用有毒致癌的铬酸盐等问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术之不足而提供的一种不仅可以代替昂贵的氧化铱、氧化铑等贵金属氧化物pH电极，方法简单，使用方便，而且响应灵敏的基于纳米氧化钨的集成化全固态pH电化学传感器。  本发明的另一目的是提供基于纳米氧化钨的集成化全固态pH电化学传感器的制备方法。

本发明是采用如下技术解决方案来实现上述目的：一种基于纳米氧化钨的集成化全固态pH电化学传感器，包括基板、传感器以及检测装置，其特征在于：所述基板上设置有WO₃工作电极以及Ag/AgCl固态参比电极，该两电极通过连接线外接检测装置。

作为上述方案的进一步说明，所述基板上设置的WO₃工作电极为Ag导线表面覆盖有WO₃与Ag导电胶的H⁺响应敏感膜，Ag/AgCl固态参比电极为Ag/AgCl表面覆盖有固态薄膜材料而不需Cl^-溶液的参比电极。

所述检测装置主要由恒电仪以及电化学测试系统构成，连接线上涂敷有紫外光固化绝缘油墨进行绝缘保护。

本发明的基于纳米氧化钨的集成化全固态pH电化学传感器的制备方法，其特征在于，它包括如下工艺步骤：

a、在基板上通过化学镀与电镀银的方法沉积两条银导线，其中一条导线覆盖WO₃与Ag导电胶作为pH传感器的工作电极，另一条导线上面制备固态Ag/AgCl参比电极；

b、将a过程形成的两条银导线通过焊接与外接导线连接检测装置。

所述银导线的制备方法为：先在基板上画出工作电极与参比电极区域以及导线部位，其余非工作部位涂敷聚乙烯可剥涂料，然后在工作电极与参比电极区域以及导线部位进行化学镀Cu与电镀Ag，最后撕掉非工作部位涂敷聚乙烯可剥涂料。

所述固态Ag/AgCl参比电极的制备方法为：先对基板上银导线进行阳极极化，采用尿素改性聚乙烯醇作为参比电极的固态薄膜材料，过饱和的KCl溶解在改性聚乙烯醇溶液中，然后涂敷在Ag/AgCl表面作为含Cl^-的支持电解质，采用5％～10％Nafion溶液再次进行表面涂敷，120℃～170℃下热处理1～1.5h。

所述纳米氧化钨工作电极的制备方法为：将纳米氧化钨、导电胶以及分散剂剪切分散，涂敷在基板上，干燥10～24h。

所述纳米氧化钨工作电极的配比组成为纳米氧化钨0.05g～0.2g，导电胶0.2～0.5g，分散剂0.01g～0.02g。

所述纳米氧化钨的制备方法采用热分解法，以钨酸铵为原料在400℃～600℃马弗炉中热分解处理1～6h，制备出粒径20～100nm纳米氧化钨。

所述纳米氧化钨的制备方法采用微乳液法，由钨酸铵乳化液得到的黄钨酸粉体分别在400℃～800℃马弗炉中热处理2～8h，得到粒径20～200nm的纳米氧化钨。

本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是：

1、本发明采用纳米氧化钨制备pH工作电极，制备方法简单，工艺环境友好，而且利用纳米效应提高了氧化钨pH工作电极的响应灵敏性。