專(zhuān)利名稱(chēng)：一種氧化還原電位微電極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微電極及其制備，特別是一種氧化還原電位微電極及其制備方法。
背景技術(shù)：
水環(huán)境污染是全世界都要面對(duì)的重大問(wèn)題，作為水處理和微生物系統(tǒng)的一個(gè)新興 的指示指標(biāo)，溶液的氧化還原電位(ORP)值不僅可以作為指示生物膜及活性污泥絮體中某 些微生物存在的指標(biāo)，還可以指示某些化學(xué)反應(yīng)在生物膜中發(fā)生的具體位置。國(guó)外已有研 究表明，ORP值可作為污水處理廠污染物去除、廢水中硝化/反硝化/除磷等過(guò)程的指示指 標(biāo)。本研究自制氧化還原電位微電極克服了宏觀監(jiān)測(cè)對(duì)活性污泥絮體、生物膜內(nèi)部微環(huán)境 內(nèi)氧化還原電位值的變化無(wú)能為力的困難，對(duì)于進(jìn)一步探討污水生物處理機(jī)理具有重要意 義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種簡(jiǎn)便的氧化還原電位微電極及其制備方法，使其能 夠應(yīng)用于污水處理中。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案一種氧化還原電位微電極， 其特征在于包括一管狀錐形體玻璃套管、及被該玻璃套管下端緊密包裹且貫穿于其中的 鉬絲構(gòu)成的氧化還原電位微電極，所述玻璃套管的錐形體端頭延伸有鉬絲段，玻璃套管的 上端為封閉有環(huán)氧樹(shù)脂的端面，鉬絲伸出該端面與微電壓計(jì)相接。所述延伸出該玻璃套管錐形體端頭的鉬絲段為經(jīng)腐蝕過(guò)的鉬絲，該經(jīng)腐蝕過(guò)的鉬 絲直徑由Imm被腐蝕至直徑為5 10 μ m ；所述經(jīng)腐蝕過(guò)的鉬絲長(zhǎng)度為20 25 μ m ；鉬絲的 純度為99. 99%。所述的環(huán)氧樹(shù)脂的厚度為5 6mm。本發(fā)明還給出了一種氧化還原電位微電極的制備方法，該方法包括下述步驟1)腐蝕鉬絲按照體積比為濃HNO3 濃HCl 水=1 3 4配制王水，先將直徑為Imm且純 度為99. 99%的鉬絲剪切為小段，并將其端部3 4cm置于王水中，加熱使其沸騰，并保持 30 40min，至鉬絲被腐蝕至直徑為5 10 μ m后取出；2)拉制玻璃套管 將購(gòu)置的玻璃套管置于加熱線圈中，調(diào)節(jié)加熱線圈的溫度使玻璃套管被加熱段融 化，并在重力作用下自由落下，形成上部管徑被拉細(xì)且下部呈椎體狀空心玻璃套管；3)鉬絲包裹將經(jīng)步驟1)腐蝕后的鉬絲插入經(jīng)步驟2)制備后椎體狀的空心玻璃套管中，并將 加熱線圈置于該空心玻璃套管上端椎體外側(cè)，調(diào)節(jié)加熱線圈的溫度使空心玻璃套管上端椎 體段融化，并在重力作用下自由落下，形成上部椎體端與被腐蝕段的鉬絲緊密包裹的玻璃套管；4)修整電極尖端去除緊密包裹的鉬絲端頭多余的玻璃套管，且至顯微鏡下觀測(cè)被腐蝕鉬絲伸出空 心玻璃套管上部椎體20 25 μ m即可；5)環(huán)氧樹(shù)脂密封倒置步驟4)制備好的玻璃套管，并在該玻璃套管伸出有鉬絲的上端口涂覆一層 5 6mm的環(huán)氧樹(shù)脂，待其固化后即得氧化還原電位微電極。本發(fā)明制備的氧化還原電位微電極體積小、響應(yīng)時(shí)間短、靈敏度高，適用范圍廣， 制備方法簡(jiǎn)單，成本低廉。在環(huán)境微生物學(xué)和污水生物處理等領(lǐng)域的微觀研究有著廣泛的 應(yīng)用前景。


下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是氧化還原電位微電極的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是氧化還原電位微電極與計(jì)算機(jī)聯(lián)用示意圖。圖中1、玻璃套管(8532玻璃)；2、鉬絲；3、環(huán)氧樹(shù)脂；4、PC機(jī)；5. PHM210微電壓 計(jì)；6、ADC-216USB轉(zhuǎn)換器；7、MC_232微型控制器；8、匪33微型操作器；9、步進(jìn)電機(jī)0MS)； 10、氧化還原電位微電極；ll、Ag/AgCl參比電極；12、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的支撐物；13、人工基質(zhì)。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1所示，該氧化還原電位微電極，包括一管狀錐形體玻璃套管1、及被該玻 璃套管1下端緊密包裹且貫穿于其中的鉬絲2構(gòu)成的氧化還原電位微電極，所述玻璃套管 1的錐形體端頭延伸有鉬絲2段，玻璃套管1的上端為封閉有環(huán)氧樹(shù)脂3的端面，鉬絲2伸 出該端面與微電壓計(jì)相接。延伸出該玻璃套管1錐形體端頭的鉬絲2段為經(jīng)腐蝕過(guò)的鉬 絲，該經(jīng)腐蝕過(guò)的鉬絲直徑由Imm被腐蝕至直徑為5 10 μ m;所述經(jīng)腐蝕過(guò)的鉬絲長(zhǎng)度為 20 25 μ m。選取的鉬絲2的純度為99. 99% ；環(huán)氧樹(shù)脂3的厚度為5 6mm。上述氧化還原電位微電極按以下方式進(jìn)行制作1)腐蝕鉬絲在磨砂錐形瓶中配置1+1王水(濃HNO3/濃HCl/水(V/V/V) = 1/3/4)，將其置于 電爐上；然后將直徑為Imm且純度為99. 99%的鉬絲剪切為IOcm的小段，并將其尖端3 4cm置于已配置好的王水之中，將生料帶固定在錐形瓶上，打開(kāi)電源，于80 110°C加熱至 王水沸騰，使鉬絲尖端在保持沸騰王水中30min后，用鑷子將鉬絲拿出，在顯微鏡下觀察其 尖端直徑達(dá)到5 IOym后關(guān)掉電源；若沒(méi)有，則再次將其進(jìn)行腐蝕，直至尖端直徑達(dá)到要 求為止。因王水有強(qiáng)烈的刺激性，此步驟在通風(fēng)櫥下進(jìn)行；本實(shí)施例中將鉬絲尖端腐蝕至 10 μ m艮阿。2、拉制玻璃外管拉制玻璃套管1采用的是合肥奇晶電子機(jī)械有限公司制作的8532型玻璃管。將兩個(gè)自耦調(diào)壓器串連起來(lái)，并將一級(jí)調(diào)壓器調(diào)整到225V左右，二級(jí)調(diào)整為15V ； 分別在兩個(gè)調(diào)壓器連接的微型操作器上固定好加熱線圈(鎳鉻金屬絲)，再用微型操作器將一根8532玻璃管固定在加熱線圈的中間位置，打開(kāi)電源，調(diào)節(jié)加熱線圈的溫度使玻璃套 管1被加熱段融化，使玻璃管依靠其重力自由落下，形成上部管徑被拉細(xì)且下部呈椎體狀 的空心玻璃套管。3、鉬絲包裹找一根細(xì)銅絲將其與經(jīng)步驟1)已腐蝕成功的鉬絲連接起來(lái)，輕輕將其撫平并插 入經(jīng)步驟2)制備后椎體狀的空心玻璃管中，然后在顯微鏡下確認(rèn)鉬絲尖端沒(méi)有彎折時(shí)再 將玻璃套管的尖端朝上，并將加熱線圈固定在連接有調(diào)壓器的微型操作器的夾子上，熱線 圈置于該空心玻璃套管1上端椎體外側(cè)，調(diào)節(jié)加熱線圈的溫度使空心玻璃套管1上端椎 體段融化，并在重力作用下自由落下，當(dāng)玻璃管快掉下時(shí)，迅速增大一級(jí)調(diào)壓器的電壓至 250V，使得玻璃管尖端直徑迅速減小形成上部椎體端與被腐蝕段的鉬絲2緊密包裹的玻璃 套管。4)修整電極尖端用顯微鏡觀察裹有鉬絲的玻璃套管，發(fā)現(xiàn)鉬絲與玻璃套管包裹緊密之后，用刀片 把前端多余玻璃管切掉，使得鉬絲尖端暴露出來(lái)。注意此步驟一定要小心，以免破環(huán)鉬絲尖 端。如果在顯微鏡下觀察電極尖端不平整，用細(xì)砂紙輕磨使其平整；且至顯微鏡下觀測(cè)被腐 蝕鉬絲伸出空心玻璃套管1上部椎體20 25 μ m即可。5)環(huán)氧樹(shù)脂密封倒置步驟4)制備好的玻璃套管1，并在該玻璃套管1伸出有鉬絲2的上端口涂覆 一層5 6mm的環(huán)氧樹(shù)脂3，待其固化后即得氧化還原電位微電極。參見(jiàn)圖2所示，采用本發(fā)明制備的氧化還原電位微電極進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，首先將微型 操作器8上安裝氧化還原電位微電極10，并在另一支架上安裝Ag/AgCl參比電極11，并將 Ag/AgCl參比電極11與氧化還原電位微電極10同時(shí)置于盛放有人工基質(zhì)13的待測(cè)溶液 中，網(wǎng)狀支撐物12置于人工配置的基質(zhì)中，之后用膠頭滴管將從污水生物處理系統(tǒng)中取出 的活性污泥緩慢的置于網(wǎng)狀支撐物12上，待待測(cè)污泥沉降均勻后再進(jìn)行測(cè)定。這樣基質(zhì)中 的DO可透過(guò)網(wǎng)孔擴(kuò)散進(jìn)入污泥絮體，使其內(nèi)部環(huán)境與反應(yīng)器的環(huán)境保持一致，同時(shí)可避免 微電極穿透污泥絮體時(shí)尖端損壞。待測(cè)污泥與氧化還原電位微電極10的底部尖端鉬絲2相 接觸，在懸掛氧化還原電位微電極10的支架上設(shè)置有步進(jìn)電機(jī)9，微型操作器8由該微步進(jìn) 電機(jī)9控制并提供動(dòng)力來(lái)源，它可以實(shí)現(xiàn)每步移動(dòng)幾微米。步進(jìn)電機(jī)9與MC-232微型控制 器7及PC機(jī)4相連。另外，氧化還原電位微電極10及Ag/AgCl參比電極11分別與PHM210 微電壓計(jì)5連接，PHM210微電壓計(jì)5與ADC-216USB轉(zhuǎn)換器6連接，ADC-216USB轉(zhuǎn)換器6再 與PC機(jī)4相連。Ag/AgCl參比電極11與氧化還原電位微電極10同時(shí)置于待測(cè)溶液中，氧 化還原電位微電極10作為工作電極，Ag/AgCl參比電極11充當(dāng)氧化還原電位微電極的陽(yáng) 極；響應(yīng)的電信號(hào)通過(guò)電纜在PHM210微電壓計(jì)5處將電壓放大，然后經(jīng)ADC-216USB轉(zhuǎn)換器 6輸入給PC機(jī)4，在PC機(jī)4上顯示出信號(hào)的連續(xù)變化且用特定的軟件將數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄并保 存。本發(fā)明制備的氧化還原電位微電極體積小、響應(yīng)時(shí)間短、靈敏度高，適用范圍廣， 制備方法簡(jiǎn)單，成本低廉。在環(huán)境微生物學(xué)和污水生物處理等領(lǐng)域的微觀研究有著廣泛的 應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
一種氧化還原電位微電極，其特征在于，包括一管狀錐形體玻璃套管(1)、及被該玻璃套管(1)下端緊密包裹且貫穿于其中的鉑絲(2)構(gòu)成的氧化還原電位微電極，所述玻璃套管(1)的錐形體端頭延伸有鉑絲(2)段，玻璃套管(1)的上端為封閉有環(huán)氧樹(shù)脂(3)的端面，鉑絲(2)伸出該端面與微電壓計(jì)相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化還原電位電極，其特征在于，所述延伸出該玻璃套 管(1)錐形體端頭的鉬絲(2)段為經(jīng)腐蝕過(guò)的鉬絲，該經(jīng)腐蝕過(guò)的鉬絲直徑由Imm被腐蝕 至直徑為5 10 μ m ；所述經(jīng)腐蝕過(guò)的鉬絲長(zhǎng)度為20 25 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化還原電位微電極，其特征在于，所述鉬絲(2)的純度 為 99. 99%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化還原電位微電極，其特征在于，所述的環(huán)氧樹(shù)脂(3) 的厚度為5 6mm。
5.一種氧化還原電位微電極的制備方法，其特征在于，該方法包括下述步驟1)腐蝕鉬絲按照體積比為濃HNO3 濃HCl 水=1 3 4配制王水，先將直徑為Imm且純度為 99. 99%的鉬絲(2)剪切為小段，并將其端部3 4cm置于王水中，加熱使其沸騰，并保持 30 40min，至鉬絲(2)被腐蝕至直徑為5 10 μ m后取出；2)拉制玻璃套管將購(gòu)置的玻璃套管(1)置于加熱線圈中，調(diào)節(jié)加熱線圈的溫度使玻璃套管(1)被加熱 段融化，并在重力作用下自由落下，形成上部管徑被拉細(xì)且下部呈椎體狀空心玻璃套管；3)鉬絲包裹將經(jīng)步驟1)腐蝕后的鉬絲(2)插入經(jīng)步驟2)制備后椎體狀的空心玻璃套管(1)中，并 將加熱線圈置于該空心玻璃套管(1)上端椎體外側(cè)，調(diào)節(jié)加熱線圈的溫度使空心玻璃套管 (1)上端椎體段融化，并在重力作用下自由落下，形成上部椎體端與被腐蝕段的鉬絲緊密包 裹的玻璃套管；4)修整電極尖端去除緊密包裹的鉬絲端頭多余的玻璃套管，且至顯微鏡下觀測(cè)被腐蝕鉬絲伸出空心玻 璃套管(1)上部椎體20 25 μ m即可；5)環(huán)氧樹(shù)脂密封倒置步驟4)制備好的玻璃套管(1)，并在該玻璃套管(1)伸出有鉬絲(2)的上端口涂 覆一層5 6mm的環(huán)氧樹(shù)脂(3)，待其固化后即得氧化還原電位微電極。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種氧化還原電位微電極及其制備方法，它包括一管狀錐形體玻璃套管、及被該玻璃套管下端緊密包裹且貫穿于其中的鉑絲構(gòu)成的氧化還原電位微電極，所述玻璃套管的錐形體端頭延伸有鉑絲段，玻璃套管的上端為封閉有環(huán)氧樹(shù)脂的端面，鉑絲伸出該端面與微電壓計(jì)相接。鉑絲在1+1王水中被腐蝕到極細(xì)，再將其用玻璃管緊密包裹。貴金屬鉑感應(yīng)陰極作為工作電極，Ag/AgCl外部參比電極充當(dāng)陽(yáng)極。本發(fā)明的氧化還原電位微電極體積小、分辨率高、準(zhǔn)確性良好、響應(yīng)迅速、靈敏度高、成本低廉且使用壽命長(zhǎng)。它能快速測(cè)定活性污泥絮體或生物膜微環(huán)境內(nèi)的氧化還原電位值，在環(huán)境微生物學(xué)和污水處理等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G01N27/30GK101881748SQ20101021441
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者佐藤久, 葉靜陶, 呂永濤, 楊永哲, 王旭東, 王磊, 白曉榮, 福士憲一 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)