小型化钙、碳酸根离子选择性电极检测体系的构建及其在海水分析中的应用

发布时间：2020-11-22 03:09

　　 海洋是一个复杂的体系,其化学组成随时空不断改变,而海水组成的变化会对海洋生物的生存和生长发育产生直接影响。钙离子作为海水中主要成份之一,在海洋生物循环及矿物形成过程中发挥着重要作用。因此,海水中钙离子浓度的快速检测对监测海洋生态系统平衡和了解海洋中生物生长发育状况具有重要意义。此外,海水中溶解无机碳(DIC,dissolved inorganic carbon)是海洋CO_2系统的重要参数,碳酸根离子作为溶解无机碳的成份之一,其准确检测对于了解海洋CO_2循环系统以及全球气候变化具有重要意义。传统的离子选择性电极(ion-selective electrodes,ISEs)通常包含内充液,因而不方便存放和携带。固态离子选择性电极省去了内充液,但电极制作所用的基底材料如玻碳、金和铂等价格较昂贵,不适合工厂批量化生产;此外,现有的指示电极和参比电极通常是分开的,因而不利于装置的小型化。为了满足现代医学床边检测(point of care testing)以及环境和工业现场快速分析需求,基于一次性使用、可批量化生产、价格低廉的新型基底材料离子选择性电极应运而生。本论文基于丝网印刷及纸芯片技术,设计了制备简单、价格低廉、能够将离子选择性指示电极与参比电极耦合的小型化离子选择性电极系统,并应用于海水中Ca~(2+)和CO_3~(2-)的分析检测,这些工作的开展将为海洋分析监测提供新的分析方法。研究内容包括以下三个部分:1.构建丝网印刷离子选择性电极体系检测海水中钙离子采用丝网印刷技术,构建了丝网印刷钙离子选择性电极检测体系。其中,工作电极的生产材料为碳墨;参比电极的生产材料为Ag/AgCl浆。为了提高丝网印刷碳电极表面导电性和电子转移速率,我们分别考察了物理及电化学电极预处理法。通过实验条件优化,构建了丝网印刷钙离子选择性电极检测体系。在0.5 M NaCl背景条件下,该系统在1.0×10~(-5)~1.0×10~-11 M浓度范围内呈良好的能斯特响应,响应斜率为26.7±1.3 mV/dec。将该电极体系应用于不同深度海水样品中钙离子浓度的检测,其结果与电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)检测数据吻合。2.构建纸基离子选择性电极体系检测海水中钙离子作为近年来发展起来的一种新的电极基底材料,纸具有成本低廉、易于微型化、后处理简单等特点。我们采用石蜡喷墨打印滤纸作为电极基底材料,分别制备了聚合物膜钙离子选择性固态指示电极以及聚合物膜固态参比电极,构建了纸基离子选择性电极检测体系用于海水中钙离子的检测。实验中,我们对离子载体含量和离子选择性敏感膜厚度进行了优化,并考察了参比电极的稳定性和钙离子敏感膜的选择性。结果表明,在0.5 M NaCl背景下,该电极体系在1.0×10~(-4)~3×10~(-2)M浓度范围内呈能斯特响应,响应斜率为24.3±1.9 mV/dec。将电极体系用于海水样品测定,其检测结果与ICP-OES检测数据一致。3.构建纸基离子选择性电极体系检测海水中碳酸根离子在纸基钙离子选择性电极检测体系的研究基础上,我们以碳酸根为检测对象,进一步改进电极制备过程。我们采用绝缘胶带对电极基体进行二次绝缘疏水处理,发展了纸基碳酸根离子选择性电极体系用于海水中碳酸根离子的检测。我们考察了在0.1 M Tris-HCl(pH 8)人工海水背景条件下电极的电位响应性能,电极在4.4×10~(-5)~1.2×10~-33 M浓度范围内呈能斯特响应,响应斜率为24.3±1.8mV/dec。将该电极检测体系用于海水样品检测,检测结果与pH电极电位滴定法一致。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院烟台海岸带研究所)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O657.1;P734.4
【部分图文】：

海水中碳的存在形式

图 1.2 海洋碳体系转化示意图Figure 1.2 Schematic of the marine carbonate system解无机碳的检测方法盐体系通常采用溶解无机碳（DIC）、总碱度（TA）、[CO32- 这六个参数来进行描述。我们只需知道其中两个参数以及S），就可以求出其它 4 个未知参数（肖钲霖 等，201探究海水中 DIC 的检测方法。海水中 DIC 的检测主要可过调节海水样品 pH，使 DIC 以 CO2的形式释放出，然后接或间接检测，通过一系列计算得出 CO2分压或海水中水中碳酸根离子进行直接检测，然后通过海水碳酸盐体系出 CO2分压或海水中 DIC 的量。

择性电极在 0.1 M Tris-H2SO4（pH 8）子具有良好的选择性和较好的能斯特响果与气敏电极以及电位滴定结果具有良感器的检测方法及传感器制备等做了微型传感器用于研究海洋无机碳系统。子选择性电极，并采用计时电位法进性范围窄、电极本身成本较贵。因此本廉的小型化碳酸根离子选择性电极检测介的构造
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本文编号：2894011