[发明专利]一种提高固体接触式离子选择性电极斜率灵敏度的方法和应用

说明书

本发明涉及电化学传感器领域，具体地说是一种提高固体接触式离子选择性电极斜率灵敏度的方法和应用。以光热纳米材料作为固体接触式离子选择性电极的固体接触传导层，利用脉冲近红外激光照射固体接触式离子选择性电极，调节温度变化及产生瞬态电流，提升电位响应斜率，实现电极的高灵敏斜率响应。与传统零电流条件下的电位测定相比，本发明通过脉冲近红外激光调控固体接触传导层的方式提升了电极温度，并利用产生的瞬态电流，提高了斜率灵敏度，突破了传统能斯特斜率的限制，更有利于离子浓度的高灵敏和高精度测定。

技术领域

本发明涉及电化学传感器领域，具体地说是一种提高固体接触式离子选择性电极斜率灵敏度的方法和应用。

背景技术

固体接触式离子选择性电极通常由导电基体、固体接触传导层、离子选择性敏感膜三部分组成。其中，固体接触传导层起离子-电子传导作用，用于稳定电极电位响应；离子选择性敏感膜用于识别离子。固体接触式离子选择性电极的检测原理是敏感膜的响应电位与待测离子活度关系符合能斯特方程，响应斜率为±RT/nF，R为摩尔气体常数（8.314 J·mol^-1·K^-1）， T为热力学温度，F为法拉第常数 (96486.7 C·mol^-1), n为待测离子的电荷数。由此可见，固体接触式离子选择性电极的斜率灵敏度与温度密切相关，提高电极的温度有助于提升斜率灵敏度，即更有利于待测离子的高灵敏和高精度检测。

目前报道的提高电极温度有两种方式：一是对待测溶液和电化学体系整体加热升温；二是仅对电极表面或者附近区域进行加热。前者需要设计专用检测池，装置不仅繁琐，而且整个体系升温过程较慢；后者仅对电极或者临近的溶液进行加热，能迅速提高电极温度，而不影响待测溶液整体温度。其中，光束加热法是一种重要的非恒温加热方法。然而，目前报道的激光加热方法基本采用紫外或可见光波长的激光，这些波长的光对离子选择性敏感膜长期照射会使敏感膜组分如离子载体、离子交换剂、增塑剂等发生光解，生成各种副产物，进而影响电极的选择性、线性范围、检出限和寿命等性能。因此，发展温和型的激光照射方法，并有效提升电极温度，对于实现离子选择性电极的高灵敏电位测定非常有必要。

相比较于紫外光（50-80 kcal/mol），近红外激光呈现出低能激发态（大约35kcal/mol），在生物医学成像领域得到广泛应用，但尚未在固体接触式离子选择性电极领域开展研究与应用，尤其是通过近红外激光照射电极提升电极温度，并利用产生的瞬态电流调控离子在离子选择性敏感膜上的响应，改善电位响应斜率灵敏度方面尚未有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高固体接触式离子选择性电极斜率灵敏度的方法和应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种提高固体接触式离子选择性电极斜率灵敏度的方法，以光热纳米材料作为固体接触式离子选择性电极的固体接触传导层，利用脉冲近红外激光照射固体接触式离子选择性电极，调节温度变化及产生瞬态电流，提升电位响应斜率，实现电极的高灵敏斜率响应。

进一步的说，利用脉冲近红外激光穿过离子选择性敏感膜到达固体接触传导层；借助光转热效应，固体接触传导层吸收近红外激光后温度升高，并通过热扩散作用使离子选择性敏感膜表面温度增加，同时利用光照产生的瞬态电流调控待测离子向离子选择性敏感膜内扩散，获得脉冲电位值；根据脉冲电位值与离子活度对数关系，获得响应斜率，实现离子的高灵敏和高精度检测。

所述脉冲近红外激光是由近红外激光器发射的波长808 nm的激光；所述脉冲近红外激光照射在固体接触式离子选择性电极上的光斑直径1-10 mm，照射时间1-60 s。

所述瞬态电流是脉冲近红外激光照射固体接触式离子选择性电极瞬间产生的电流，用于调控待测离子向离子选择性敏感膜内扩散，获得脉冲电位值；其中，瞬态电流密度0.1-10 A/m²。