电化学传感器及其检测金属离子的方法与流程

本申请涉及水质检测，尤其涉及一种电化学传感器及其检测金属离子的方法。

背景技术：

1、水体中的钙、镁等金属离子是水质检测中的重要指标，这些离子的浓度直接影响水的硬度，对食品加工、家庭生活、农业灌溉等诸多行业都有重要影响。传统的钙镁离子检测方法主要依赖于化学滴定法、原子吸收光谱法和电感耦合等离子体质谱法等。这些方法通常需要复杂的前处理步骤、昂贵的仪器设备以及专业的操作人员，不仅成本高，而且难以实现现场快速检测。

2、近年来，电化学传感器由于其高灵敏度、低成本、易操作和便携性等优势，成为水体钙镁离子检测及血气分析等领域中的热门技术选择。但现有的电化学传感器的稳定性和重现性较差、易受到环境因素的干扰等。此外，由于水体成分复杂，传感器在面对浓度不变的检测环境下，在长时间使用后的输出结果会随时间产生变化，使其输出无法保持不变，从而发生漂移的现象，导致检测结果不准确。特别是钙、镁等金属二价阳离子较其他一价的钠钾离子更易产生干扰。因此，如何提高电化学传感器的精度、稳定性和抗干扰能力成为亟待解决的关键问题。

技术实现思路

1、基于此，本申请提供了一种电化学传感器及其检测金属离子的方法，能够提高离子检测的精度、稳定性和抗干扰能力。

2、本申请提供的电化学传感器，包括：

3、传感器本体；

4、传感电极，设置于传感器本体表面，传感电极包括：

5、检测电极，用于检测溶液中金属离子的浓度；

6、参比电极，用于向检测电极提供参照；

7、氢离子指示电极，用于测定溶液中的ph值；

8、离子选择性透过膜，覆盖于检测电极和氢离子指示电极中至少之一的表面。

9、可选地，检测电极、参比电极和氢离子指示电极均包括：

10、传输线路部，设置于传感器本体的表面；

11、电极部，设置于传输线路部的一端，用于采集数据；

12、触点部，设置于传输线路部的另一端，用于连接测量设备。

13、可选地，离子选择性透过膜包括；

14、膜骨架；

15、离子载体，其占离子选择性透过膜的质量分数范围为0.5％至8％；

16、表面活性剂，其占离子选择性透过膜的质量分数范围在0至4％；

17、增塑剂，其占离子选择性透过膜的质量分数范围在1％至10％。

18、可选地，覆盖于氢离子指示电极的离子选择性透过膜还包括：

19、金属螯合剂，其占离子选择性透过膜的质量分数范围在0.1％至5％，金属螯合剂包括乙二胺四乙酸、二乙烯三胺五乙酸和1，10-邻菲罗啉中的至少一种。

20、可选地，电化学传感器还包括：

21、凝胶保护膜，设置于传感电极的表面。

22、可选地，电化学传感器还包括：

23、绝缘层，设置于传输线路部的表面，用于减少传输线路部受到的外界电干扰。

24、可选地，传感电极为丝网印刷电极。

25、可选地，参比电极作为电势参考点，通过氢离子指示电极测定溶液中的ph值，并对金属离子中的被测离子的浓度进行校准，降低溶液酸碱度易对测量造成的干扰。

26、可选地，检测电极用于检测金属离子的浓度，当溶液中存在至少两种金属离子时，分别设置对应数量的检测电极，并通过至少两种检测电极所测得的各金属离子中的干扰离子及被测离子的浓度及电势差，对被测离子的浓度进行校准，减轻干扰离子对被测离子造成的干扰。

27、可选地，传感器是一种四通道设计的电化学传感器，参比电极为氯化银参比电极，检测电极包括钙离子电极和镁离子电极，钙离子电极和镁离子电极上均覆盖有离子选择性透过膜。

28、一种利用上述电化学传感器检测金属离子的方法，包括：

29、将电化学传感器置于溶液中，并测定检测电极与参比电极之间，以及氢离子指示电极与参比电极之间的电位差并得到与溶液中存在的金属离子相应的测量曲线及氢离子的测量曲线；

30、分别将得到的金属离子及氢离子的测量曲线与标准曲线进行比对，以电化学传感器测量得到的各个实际测量信号值与标准曲线上的数值相对应，通过等比例代入换算得到对应的离子浓度，以确定溶液中所要检测的金属离子浓度及氢离子浓度；

31、对金属离子中的被校准离子的浓度进行校准。

32、可选地，利用上述电化学传感器检测金属离子的方法还包括：

33、将电化学传感器置于一组标定浓度的离子溶液进行测量，得到电化学传感器对不同金属离子的浓度梯度的响应，从而获得标准曲线。

34、可选地，对金属离子中的被校准离子的浓度进行校准包括：

35、依据溶液中确定的金属离子的浓度，以及氢离子浓度对被校准离子的影响系数，通过如下计算公式校准被校准离子的浓度值：

36、c校＝(1-a1×ch+)×c校前

37、其中，c校为校准后的被校准离子的浓度值，ch+为氢离子浓度，a1为氢离子浓度ch+对被校准离子电子测量值的影响系数，c校前为校准前的被校准离子浓度值。

38、可选地，对金属离子中的被校准离子的浓度进行校准还包括：

39、当溶液中存在两种及以上的金属离子时，对金属离子中被校准离子进行进一步的校准；

40、其中，在进行进一步校准时，依据金属离子中干扰离子对被校准离子电极测量值的影响系数通过如下计算公式进一步校准被校准离子的浓度值：

41、c'校＝(1-a干扰)×c校

42、其中，c'校为进一步校准后的被校准离子的浓度值，a干扰为干扰离子对被校准离子电极测量值的影响系数。

43、本申请提供的电化学传感器及其检测金属离子的方法通过传感器本体上的离子选择性透过膜筛选溶液中对应的目标氢离子或金属离子，使其在传感电极中的氢离子指示电极或检测电极表面积聚形成与参比电极间的电势差来确定其离子浓度。参比电极作为电势参考点，通过氢离子指示电极测定溶液中的ph值并通过其对被测离子的浓度进行校准，以降低溶液酸碱度易对测量造成的干扰。通过检测电极检测金属离子的浓度，当溶液中存在两种及以上的金属离子时，分别设置对应数量的检测电极，并通过多个检测电极所测得的各金属离子中的干扰离子的浓度及电势差，对被测离子的浓度进行校准，以减轻干扰离子对被测离子造成的干扰，从而提高测试的准确性和稳定性。

技术特征：

1.一种电化学传感器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电化学传感器，其特征在于，所述检测电极、所述参比电极和所述氢离子指示电极均包括：

3.根据权利要求1所述的电化学传感器，其特征在于，所述离子选择性透过膜包括；

4.根据权利要求1-3中任一项所述的电化学传感器，其特征在于，覆盖于所述氢离子指示电极的所述离子选择性透过膜还包括：

5.根据权利要求1-3中任一项所述的电化学传感器，其特征在于，还包括：

6.根据权利要求2所述的电化学传感器，其特征在于，还包括：

7.根据权利要求1-3中任一项所述的电化学传感器，其特征在于，所述传感电极为丝网印刷电极。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的电化学传感器，其特征在于，所述参比电极作为电势参考点，通过所述氢离子指示电极测定所述溶液中的ph值，并对所述金属离子中的被测离子的浓度进行校准，降低溶液酸碱度易对测量造成的干扰。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的电化学传感器，其特征在于，所述检测电极用于检测所述金属离子的浓度，当溶液中存在至少两种所述金属离子时，分别设置对应数量的所述检测电极，并通过所述至少两种所述检测电极所测得的各所述金属离子中的干扰离子及被测离子的浓度及电势差，对所述被测离子的浓度进行校准，减轻所述干扰离子对所述被测离子造成的干扰。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的电化学传感器，其特征在于，所述传感器是一种四通道设计的电化学传感器，所述参比电极为氯化银参比电极，所述检测电极包括钙离子电极和镁离子电极，所述钙离子电极和所述镁离子电极上均覆盖有所述离子选择性透过膜。

11.一种利用权利要求1-10中任一项所述的电化学传感器检测金属离子的方法，其特征在于，包括：

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，对所述金属离子中的被校准离子的浓度进行校准包括：

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，对所述金属离子中的被校准离子的浓度进行校准还包括：

技术总结本申请提供一种电化学传感器及其检测金属离子的方法，涉及水质检测技术领域。本申请提供的电化学传感器包括传感器本体；传感电极，设置于传感器本体表面，传感电极包括检测电极、参比电极和氢离子指示电极；离子选择性透过膜，覆盖于检测电极和氢离子指示电极中至少之一的表面。本申请通过传感器本体上的选择性透过膜筛选溶液中对应的目标氢离子或金属离子。通过氢离子指示电极测定溶液中的PH值并通过其对被测离子的浓度进行校准，以降低溶液酸碱度易对测量造成的干扰。通过检测电极检测金属离子的浓度，并对被测离子的浓度进行校准，以减轻干扰离子对被测离子造成的干扰，从而提高测试的准确性和稳定性。技术研发人员：赵凯,雷晶,陈大竞,汪程成,刘梦琦受保护的技术使用者：深圳安吉尔饮水产业集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2