[发明专利]一种电化学检测用石墨烯印刷纸电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种电化学检测用石墨烯印刷纸电极及其制备方法，石墨烯试纸电极包括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，所述工作电极表面沉积有一层铋膜；本发明采用石墨烯印刷纸电极及配套电化工作站测试湖水样品中重金属离子的含量，10次重复测试回收率为92%，RSD小于5%，测试时间<15分钟；检测限<1µmol/L；与原子吸收法比对相对偏差<5%，因此本发明中的石墨烯纸电极及电化学分析仪具有较高的准确性和实用性。

技术领域

本发明涉及检测仪器技术领域，尤其涉及一种电化学检测用石墨烯印刷纸电极及其制备方法。

背景技术

由于传统的方法在环境检测领域应用时，设备、成本、测量周期、灵敏度等方面先天性不足，因此传统的方法在该领域受到极大的限制。因此，人们要寻找各种各样的方法去替代和发展传统的化学、物理学测量手段，电化学传感器由于其在高灵敏度、短测量周期、高可靠性等方面的传统优势而得到人们的极大的关注，几十年以来，成为在环境检测领域内的研究热点并获得了广泛的应用。目前常用的重金属离子检测方法有原子发射光谱法（AES）、原子吸收光谱法（AAS）、电感藕合等离子体-质谱联用法（ICP-MS）等。但是这些方法由于操作复杂、仪器昂贵、携带不方便等原因，很难实现现场监测。电分析化学作为分析手段，将化学变化和电的现象紧密结合起来，应用电化学的基本原理和实验技术研究物质的组成，分析测试物质的成分含量方法多样，应用广泛，在技术上日新月异，在理论上不断深入、提高和前进。在科学研究和实际应用中，电化学方法不仅是一个分析方法，而且也是一种研究的必要工具，所使用电化学传感器仪器简单，便于与计算机联机自动化，是一种公认的快速、灵敏、准确的微量和痕量分析方法，通常只要几分钟就可测完一个样品，数据自动保存，能在复杂环境下现场在线检测，测定金属离子的浓度可以低至10-12 mol/L。现有的重金属电化学检测仪器通常是通过电化学工作站连接三电极，电极一般是采用柱电极，无论是检测的灵敏性以及便携性上均存在缺陷，因此研制开发一套基于电化学测试原理的新式电极，实现复杂水体中多种重金属离子包括铅（Pd2+）、镉（Cd2+）、铜（Cu2+）快速、灵敏、准确的现场在线检测，势在必行。

发明内容

本发明的目的提供一种电化学检测用石墨烯印刷纸电极及其制备方法，其与电化学工作站配合能够实现对多种重金属离子包括铅（Pd2+）、镉（Cd2+）、铜（Cu2+）快速、灵敏、准确的检测，且更方便操作以及携带。

本发明之一是提供一种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。

进一步的优选的，所述步骤（1）中氧化石墨烯分散液浓度为80mg/ml。

进一步的优选的，所述步骤（1）中氧化石墨烯、多巴胺、1-丁基3-甲基咪唑四氟硼酸盐的质量比为2:1:5。

进一步的优选的，所述步骤（1）中水热反应为90℃恒温反应6小时。

进一步的，所述步骤（1）中的氧化石墨烯通过以下步骤制备得到：