[发明专利]一种用于检测苯胺的电化学传感器电极材料的制备方法

说明书

本发明的一种用于检测苯胺的电化学传感器电极材料的制备方法属于电化学传感器的技术领域，具体步骤为：以P型掺杂单晶硅片为衬底，通过手动研磨法或超声震荡法，利用微米金刚石粉对硅片表面进行处理，并利用酒精清洗，然后利用微波等离子体化学气相沉积方法沉积硼、氮共掺杂金刚石薄膜，得到用于检测苯胺的电化学传感器电极材料。本申请制备的电极材料具有良好的电化学性能，以其为工作电极对苯胺进行电化学检测，实现了极高的检测灵敏度，同时检测范围大，重复性好。

技术领域

本发明属于电化学传感器的技术领域，涉及一种可以检测苯胺的硼、氮共掺杂导电金刚石传感器电极及其制备方法。

背景技术

苯胺是一种重要工业原料，广泛应用于印染、染料、橡胶、制药、炸药及农药等工业，它可经皮肤、呼吸道及消化道吸收进入肌体对动物中枢神经系统造成损害，属高毒，大鼠吸入4小时的最小致死浓度为250ppm。在《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中规定了苯胺标准限值为100μg/L。目前检测水中苯胺的方法主要有分光光度法、液相色谱法/质谱联用、气相色谱法/质谱联用等。分光光度法灵敏度不高，不能广泛应用。采用液相色谱仪和气相色谱仪检测苯胺操作繁琐，样品用量大，回收率偏低。在食品医药、环境等领域内广泛应用超高效液相质谱联用法进行分析检测，但使用该方法检测苯胺，运行成本较高，且仪器实验室普及率较低，不能大规模应用。目前主要采用气相色谱法进行测定，但方法单一，检出限较高。因此，寻找一种检测方便且灵敏的测试方法或传感器，应用于检测苯胺的残留含量，是一项重要的工作。

近年来，电化学检测技术逐渐进入人们视野，该技术具有成本低、操作方便、灵敏度高、响应性高等优势。对于电化学检测苯胺，选择合适的传感器电极材料尤为重要。在检测过程中,常规电极材料如玻璃碳和Pt贵金属电极表面会发生聚合反应，反应形成物在表面发生不可逆的吸附，使检测效率和敏感度降低。硼掺杂金刚石具有电化学稳定性良好、电化学窗口宽、背景电流低等优异性能，同时还具有良好的表面自清洁能力，是一种有前景的电化学传感器材料。2007年，Tanta Spataru等人以硼掺杂金刚石为电极制备了电化学传感器，利用阴极溶出法实现了对苯胺在1-140微摩范围的线性检测。硼氮共掺杂金刚石也具有良好的导电性，其中两种掺杂原子耦合和协同效应复杂，对金刚石膜电化学性能的影响仍处于研究阶段。目前，尚未有研究人员将硼氮共掺杂金刚石膜应用于电化学检测苯胺。本专利利用微波等离子化学气相沉积方法，通过优化硼、氮共掺杂工艺，生长了硼、氮共掺杂金刚石膜，制备了金刚石膜电极，并应用于电化学检测苯胺，获得了更优异的传感器性能，具有极高的应用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，通过功能材料的选择和设计，提供一种硼、氮共掺杂导电金刚石传感器电极及其制备方法，用于获得一种灵敏度高、检测范围宽、成本低的新型苯胺传感器。

本发明以硼、氮共掺杂技术制备金刚石薄膜，并用于制作电化学传感器的工作电极，相比于硼掺杂金刚石膜及其他电极材料，该电极表现出更优异的电化学性能。以硼氮共掺杂金刚石膜为工作电极的传感器，具有更强的传输能力及更高的测试灵敏度，表现出更优秀的检测能力。

本发明中硼氮共掺杂金刚石膜传感器工作电极制备的具体技术方案如下。

一种用于检测苯胺的电化学传感器电极材料的制备方法，有以下步骤：

1)衬底处理：以P型掺杂单晶硅片为衬底，通过手动研磨法或超声震荡法，利用微米金刚石粉对硅片表面进行处理，以增强金刚石在衬底表面的成核密度，处理后，将硅片利用酒精冲洗干净，去除表面残留粉末；所述的手动研磨法的步骤是将金刚石微米粉置于硅片表面，利用硬质合金块压住粉末，并手动进行研磨，直至硅片表面出现均匀细密划痕；所述的超声震荡法的步骤是将金刚石微米粉分散在丙酮溶剂中，再将硅片置于所得到的丙酮分散液中超声震荡30～120分钟。

本发明中处理硅片衬底所使用金刚石粉粒径优选0.5～1微米。