10 期
朱
磊等：一种基于钴的丝网印刷磷酸盐传感器研究 1345
子水
.标准溶液为用 0.025mol/L 的邻苯二甲酸氢
钾
(KHP)缓冲溶液配制的不同浓度的 KH
2
PO
4
溶
液
,并加入少量的 KOH 使其 pH 值为 4.0.
作为参比电极的银
/氯化银浆,购于美国杜邦
公司
DuPont,产品号为 5876;银浆,用于导电轨道,
购于
Acheson 公司;碳浆为日本 Jujo 公司的
JELCON CH-1;绝缘层的 JECLON 绝缘油墨,采
购 自 上 海 敏 太 公 司
. 钴 粉 ( 直 径 小 于 150 目 ,
99.98%)购于美国 Sigma-Aldrich,其余化学试剂
购于北京化学试剂公司
.
实验设备
:MT-500M 精密马达印刷机,电化
学测试均使用上海辰华公司生产的电化学工作
站
(CHI 660),饱和银/氯化银参比电极,购于北京
博远祥德科学仪器有限公司
,丝网印刷网版(上
海敏太公司加工制作
).
1.2 电极的制备
采用单底聚酯基片
(PET,购于河北乐凯公司)
做基片
,以丝网印刷工艺在基片上制作对磷酸盐
具有选择性响应的钴工作电极和银
/氯化银浆的
参比电极
;以及在钴工作电极和参比电极上印刷
绝缘油墨层以形成印刷钴传感器
.掺钴的碳浆电
极和参比电极为直径
1.5mm 的圆盘电极,印刷碳
浆作为引线端子
,银导电轨道连接工作电极和引
线碳电极
.电极的制备共需要 6 块丝网印刷网版.
制作丝网印刷电极的基本流程
: PET 薄膜上
印刷掺有
KCl 粉末的绝缘浆料,在 100℃的烘箱
中烘
15min;用 Ag/AgCl 浆料印制参比电极,在
120℃的烘箱中烘 10min;在参比电极表面印刷一
层掺有
KCl 粉末的绝缘浆料,并在 100℃的烘箱
中烘
15min;用掺有钴粉的导电碳浆印制工作电
极
,在 120℃的烘箱中烘 10min;用 Ag 浆印制银导
电轨道
,在 120℃的烘箱中烘 10min;用导电碳浆
印制接线端
,并在 120℃的烘箱中烘 10min;最后,
印刷蓝色油墨作为绝缘层
,在 100℃的烘箱中烘
15min;烘好后,用裁纸刀切割.
1.3 实验方法
本研究以
0.025 mol/L 的 KHP 缓冲溶液为溶
剂
,配制浓度梯度为 1×10
-
6
~0.1mol/L 的 KH
2
PO
4
溶液
,首先考察了 4 种掺钴量(即 Co/C 比为
1:7,1:8,1:9 和 1:19)条件下的电极 Nernst 响应情
况
,其中不同 Co/C 比的电极数各为 20 根,从而确
定最佳
Co/C 比;再考察掺钴丝网印刷电极对
KH
2
PO
4
溶液的动态响应能力
,检测下限,稳定性
以及重现性
.
电极测量前
,溶液先进行电磁搅拌,混合均匀;
测量时
,停止搅拌,以防止电磁搅拌对电极测量电
位的影响
.所有电极电位的测量实验均在 25℃下
进行
.
2
结果与讨论
2.1 掺钴量对电极性能的影响
碳浆中的掺钴量对钴电极的性能有重要影
响
.图 1a 显示了不同 Co/C 比电极测量电压的平
均值和偏差
,图 1b 反映了不同 Co/C 比电极的标
定曲线
.
-6
-5
-4 -3 -2
-1
-560
-540
-520
-500
-480
-460
-440
-420
-400
-380
-360
-340
-320
1:7
1:8
1:9
1:19
电位
(m
V)
log[H
2
PO
4
-
](mol/L)
a. 电位响应特性曲线
-5
-4
-3 -2 -1
-560
-540
-520
-500
-480
-460
-440
-420
-400
-380
-360
-340
1:7 y=-41.69x-589.78 R
2
=0.988
1:8 y=-42.03x-562.19 R
2
=0.972
1:9 y=-41.69x-562.17 R
2
=0.972
1:19 y=-45.14x-584.62 R
2
=0.973
电压
(mV
)
log[H
2
PO
4
-
](mol/L)
b. 电极标定曲线
图
1 不同 Co/C 比制备的磷酸盐电极的电位响应特性
和标定曲线
Fig.1 Potentiometric response and calibration curve of the
phosphate sensors with different ratios of cobalt
power and carbon conductive ink