[发明专利]一种基于石墨烯试纸电极构建的电化学重金属检测仪及其检测方法

权利要求书

1.一种基于石墨烯试纸电极构建的电化学重金属检测仪，包括电化学检测系统以及其输入端连接的三电极电化学传感器，其特征在于：所述三电极电化学传感器为石墨烯印刷纸电极；所述的石墨烯印刷纸电极包括PET基底以及其上通过印刷工艺印制的工作电极、对电极、参比电极、银质导电基线以及绝缘层；所述工作电极为印刷石墨烯，所述对电极为印刷碳，所述参比电极为印刷银/氯化银；所述工作电极位于PET基底中央，所述对电极、参比电极分别间隔位于工作电极的外周且三者互不接触，所述工作电极、对电极以及参比电极分别外接银质导电基线；所述绝缘层包围在对电极、参比电极的外周且使其内部形成工作区域；所述绝缘层同时将所述银质导电基线覆盖，且所述银质导电基线均向外延伸出绝缘层形成接触端；所述工作电极表面沉积有一层铋膜。

2.一种基于石墨烯试纸电极构建的电化学重金属检测仪，包括电化学检测系统以及其输入端连接的三电极电化学传感器，其特征在于：所述三电极电化学传感器为石墨烯印刷纸电极；所述石墨烯印刷纸电极的制备方法包括以下步骤：

（1）三维多孔石墨烯组装体的制备：将氧化石墨烯分散到去离子水中形成浓度为80mg/ml的氧化石墨烯分散液，然后加入多巴胺和亲水型咪唑离子液体1-丁基3-甲基咪唑四氟硼酸盐进行水热反应，所述氧化石墨烯、多巴胺、1-丁基3-甲基咪唑四氟硼酸盐的质量比为1.5-2.5:1:4-6；所述水热反应为85-95℃恒温反应5-7小时；水热反应得到具有三维多孔结构的石墨烯水凝胶，然后冷冻干燥即得石墨烯气凝胶；

（2）将步骤（1）得到的石墨烯气凝胶分散到水溶液中制备石墨烯功能浆料，同时配置导电碳浆和导电银浆，然后通过印刷法制备组装的三电极体系的石墨烯试纸电极，其中石墨烯纸电极为工作电极，印刷碳为对电极，印刷银/氯化银为参比电极；

（3）将步骤（2）得到的工作电极表面沉积一层铋膜。

3.根据权利要求1或2所述的基于石墨烯试纸电极构建的电化学重金属检测仪，所述电化学检测系统为电化学工作站或者包括以下结构：

供电电路，用于给系统中的各个电路供电；

控制电路，用于控制系统中各个电路的运行，接收电化学信号并处理；

I/V转换电路，用于将三电极电化学传感器产生的电流信号转换成电压信号；

滤波电路，用于去除转换后的电压信号中的干扰信号；

放大电路，用于对电压信号进行放大；

AD转换电路，用于将电压信号由模拟信号转换成数字信号；

双极性产生电路，用于产生正、负双极性电压的电路，

恒电位电路，用于保持三电极电化学传感器工作电极的电势保持在恒定值；

串口输出电路，用于通过串口输出打印功能，将采集到数据通过处理绘制成曲线；

显示电路，用于通过液晶屏将采集到的信号进行显示；

所述双极性产生电路、AD转换电路、串口输出电路以及显示电路分别与所述控制电路连接，所述恒电位电路与双极性产生电路连接，所述I/V转换电路、滤波电路、放大电路依次与AD转换电路连接；所述恒电位电路、I/V转换电路均与三电极电化学传感器连接；所述控制电路、I/V转换电路、滤波电路、放大电路、AD转换电路、双极性产生电路、恒电位电路、串口输出电路以及显示线路均与供电电路连接。

4.根据权利要求1所述的基于石墨烯试纸电极构建的电化学重金属检测仪，其特征在于，所述石墨烯印刷纸电极的制备方法包括以下步骤：

（1）三维多孔石墨烯组装体的制备：将氧化石墨烯分散到去离子水中形成浓度为80mg/ml的氧化石墨烯分散液，然后加入多巴胺和亲水型咪唑离子液体1-丁基3-甲基咪唑四氟硼酸盐进行水热反应，所述氧化石墨烯、多巴胺、1-丁基3-甲基咪唑四氟硼酸盐的质量比为1.5-2.5:1:4-6；所述水热反应为85-95℃恒温反应5-7小时；水热反应得到具有三维多孔结构的石墨烯水凝胶，然后冷冻干燥即得石墨烯气凝胶；

（2）将步骤（1）得到的石墨烯气凝胶分散到水溶液中制备石墨烯功能浆料，同时配置导电碳浆和导电银浆，然后通过印刷法制备组装的三电极体系的石墨烯试纸电极，其中石墨烯纸电极为工作电极，印刷碳为对电极，印刷银/氯化银为参比电极；

（3）将步骤（2）得到的工作电极表面沉积一层铋膜。