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1、第23卷第5期分析科学学报2007年10月Vol.23No.5JOURNALOFANALYTICALSCIENCEOct.2007文章编号:1006-6144(2007)05-0567-04全固态复合Ir/IrOx-pH传感器的研制及应用*杜宝中,李向阳,薛力,张东霞(西安理工大学应用化学系,西安710048)摘要:报道了一种用于直接测定固体、半固体及糊状物表面和内部pH的新型全固态复合pH传感器,建立了原位无破损pH测定的新方法。详细地探索了pH传感器的制备工艺、性能、测试条件和干扰物的影响。pH传感器线性范围1.0
2、～13.0,响应斜率56±1.0mV/pH,温度系数-0.782mV/℃,与pH玻璃电极结果对照,△pH≤0.1。该pH传感器的实际应用结果令人满意。关键词:pH传感器;原位无破损测定;铱电极;裸露式Ag-AgCl参比电极中图分类号:O657.15文献标识码:A目前,pH测定中广泛使用的pH玻璃电极虽具有灵敏、准确、快速、选择性高等优点,但易破损、内阻―高、不能测定含F水溶液等的pH。特别是无法对固体表面及内部、半固体、半糊状物、土壤及果蔬等进行无破损原位pH测量。因此,近年来人们努力寻求新的pH活性物,以制得新的pH
3、传感器,如液膜型和[1,2]光导纤维型pH传感器,但它们或因使用寿命过短(仅数月),或因选择性差,均未能商品化;而金属/金属氧化物型固体pH传感器因其良好的耐腐蚀性、机械性能、易于微型化、pH响应范围宽、不易污染、可用[3,4]于高温高压体系测量等特点引起人们广泛关注,其中Ir/IrOx电极具有稳定性好、选择性高、滞后效应+小等优点,被认为是极具应用前景的金属氧化物pH电极。但文献报道多侧重于对H响应机理和制备[5,6]工艺的研究,仍未见具有穿刺功能的Ir/IrOx-pH电极报道。另外,饱和甘汞参比电极使用温度不宜超过
4、65℃,无法进行高温、高压的化工与生化过程中的pH的连续监测。而Ag-AgCl参比电极虽可用于高温、高压,但在此条件下,AgCl镀层易溶解剥落。所以研制具有穿刺功能的全固态复合pH传感器在pH测试技术中具有重要意义。本文报道了具有穿刺功能的全固态复合pH传感器,该pH传感器内阻低、响应快、测量范围宽(pH1.0～13.0)、测量精度高(0.02pH)、重现性好。可直接测定固体、半固体及糊状物内部和表面的pH,建立了原位无破损pH测量的新方法。1实验部分1.1仪器和试剂pxj-1B数字式离子计(江苏电分析仪器厂);磁力搅
5、拌器(江苏电分析仪器厂);pH玻璃电极(上海雷磁仪器厂);801型双液接饱和甘汞电极(江苏电分析仪器厂);全固态复合pH传感器(自制);pH标准缓冲溶液;pW系列缓冲溶液。1.2全固态复合pH传感器的制备将长约1～2cm的金属铱丝(ф=1mm)前端磨尖,用金相砂纸打磨,滤纸抛光后,依次用无水乙醇、去离子水清洗,在5mol/LNaOH中浸泡24h后,于800℃下灼烧30min,取出在去离子水中浸泡24h以上,即在铱丝表面形成一层致密的蓝黑色IrO2膜,与铜丝点焊连接,环氧胶封于锥形玻璃管中,前端为素收稿日期:2006-0
6、9-27修回日期:2007-01-30基金项目:陕西省教育厅自然科学基金(No.03JK082)通讯联系人:杜宝中,男,硕士,教授,研究方向:电化学分析、应用电化学.567第5期杜宝中等:全固态复合Ir/IrOx-pH传感器的研制及应用第23卷瓷液接,最后将裸露式Ag-AgCl电极置于玻璃管中组装为一体。1.3裸露式Ag-AgCl电极的制备将长约4～5cm的的银丝用金相砂纸打磨,滤纸抛光,依次用无水乙醇、去离子水清洗,擦干后,插入被[7]AgCl饱和的饱和KCl的水溶性高分子凝胶中,即制得勿需添加内充液的裸露式Ag-A
7、gCl参比电极。1.4铱pH电极的Nernst响应[7]文献认为铱pH电极的电极反应为:+-+-Ir+2H2O→IrO2+4H+4e或2Ir+3H2O→Ir2O3+6H+6e由Nernst式电极电位可表示为:E0RT+0IrO/Ir=EIrO/Ir+lnaH或EIrO/Ir=EIrO/Ir-0.05916pH(25℃)22F22铱pH电极电位与溶液pH呈线性关系。2结果与讨论2.1裸露式Ag-AgCl电极性能现用Ag-AgCl参比电极均为银丝经阳极氯化而制成,其主要缺点在于AgCl镀层裸露在KCl溶液中。时间稍长因KC
8、l晶体的机械摩擦作用而剥落;另外,它在KCl溶液中易形成可溶性的多聚氯络银离2-3-子AgCl3或AgCl4,使得AgCl镀层逐渐溶解而失去参比电极的功能。为了克服Ag-AgCl参比电极的上述缺点,充分发挥其温度滞后效应小和无毒等优点,裸露式Ag-AgCl参比电极与饱和甘汞电极测量不同介质中的电位测试结果见表1。Table1Beh
