一种基于磁性颗粒的电化学传感器设计

技术领域

本发明涉及电化学检测技术领域，具体是一种基于磁性颗粒的电化学传感器设计。

背景技术

电化学传感器在水中污染物检测上展现了许多优势；与其他检测手段相比，其响应速度更快，能实时或近乎实时地进行监测；且多数电化学传感器设计得小巧、便于携带，特别适合现场检测；此外，这些电化学传感器也可以轻松地与其他电子设备集成，进而使数据的传输、存储和分析更为高效。

在电化学检测中，活性电极主要分为金属电极、碳电极、半导体电极和修饰电极，其中，金属电极如金电极、铂电极等；碳电极如玻璃碳电极、碳纸电极和碳纤维电极等，由于碳材料的化学稳定性和广泛的电位窗口而受到青睐；半导体电极如TiO

然而传统的修饰电极稳定性不高，一些修饰电极材料可能在长时间使用或复杂的环境中变得不稳定，从而导致传感器性能下降；在使用过程中，修饰材料可能会脱落或损坏，影响传感器的检测效果；且制备工艺复杂，一些高性能的修饰电极需要复杂的制备步骤，这可能增加了制造成本和时间；同时再生难度过高，一些修饰电极难以再生，当传感器表面被污染物覆盖后，可能需要复杂的清洗或重新制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于磁性颗粒的电化学传感器设计，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于磁性颗粒的电化学传感器设计，包括下电极壳以及与下电极壳相匹配的上电极壳，所述上电极壳为圆筒状结构，并在上电极壳内部的下端嵌入设置有永磁体，所述上电极壳的内部位于永磁体的上端设置有放置腔，并在放置腔内填充有改性磁性颗粒，所述下电极壳也为圆筒状结构，并在下电极壳的内部设置有金属隔膜，所述金属隔膜用于将下电极壳分隔成上下两个空腔结构。

作为本发明再进一步的方案：所述永磁体为钕铁硼磁铁。

作为本发明再进一步的方案：所述改性磁性颗粒为改性Fe

作为本发明再进一步的方案：所述上电极壳的底端的外侧设置有相连通的外螺纹套，所述下电极壳的内侧壁位于金属隔膜的上端设置有内螺纹套，所述下电极壳和上电极壳通过内螺纹套和外螺纹套相连接，所述内螺纹套和外螺纹套均由导电金属材质制成。

作为本发明再进一步的方案：所述下电极壳和上电极壳采用套筒连接、夹紧连接以及键连接中的一种。

作为本发明再进一步的方案：所述下电极壳和上电极壳均由不导电的材料制备而成。

作为本发明再进一步的方案：所述下电极壳和上电极壳均由聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚偏氟乙烯以及聚醚醚酮中的一种制备而成。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明通过内螺纹套和外螺纹套连接下电极壳和上电极壳，且在下电极壳和上电极壳内分别设置金属隔膜和永磁体，并在上电极壳的放置槽内填充改性磁性颗粒，将改性磁性颗粒均匀而紧凑地铺展永磁体上，改性磁性颗粒可以更换和回收，操作简单，成本低，便于清洗，避免了传统的修饰电极在长时间的使用过程中修饰层脱落，从而导致传感器性能下降的问题。

附图说明

图1为一种基于磁性颗粒的电化学传感器设计的分解结构示意图；

图2为一种基于磁性颗粒的电化学传感器设计的组装示意图。

图中：1、下电极壳；2、上电极壳；3、金属隔膜；4、内螺纹套；5、永磁体；6、改性磁性颗粒；7、外螺纹套。

具体实施方式

请参阅图1～2，本发明实施例中，一种基于磁性颗粒的电化学传感器设计，包括下电极壳1以及与下电极壳1相匹配的上电极壳2，上电极壳2为圆筒状结构，并在上电极壳2内部的下端嵌入设置有永磁体5，上电极壳2的内部位于永磁体5的上端设置有放置腔，并在放置腔内填充有改性磁性颗粒6，下电极壳1也为圆筒状结构，并在下电极壳1的内部设置有金属隔膜3，金属隔膜3用于将下电极壳1分隔成上下两个空腔结构。

优先的，永磁体5为钕铁硼磁铁。

优先的，改性磁性颗粒6为改性Fe

优先的，上电极壳2的底端的外侧设置有相连通的外螺纹套7，下电极壳1的内侧壁位于金属隔膜3的上端设置有内螺纹套4，下电极壳1和上电极壳2通过内螺纹套4和外螺纹套7相连接，内螺纹套4和外螺纹套7均由导电金属材质制成，从而通过内螺纹套4和外螺纹套7传导电流；下电极壳1和上电极壳2也采用套筒连接、夹紧连接、键连接或其它快速连接器连接，并采用相应的部分传导电流，也可以通过导线将起传感作用的金属隔膜3与永磁体5连接起来，实现传导电流。

优先的，下电极壳1和上电极壳2均由不导电的材料制备而成，优先的，下电极壳1和上电极壳2均由聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚偏氟乙烯以及聚醚醚酮中的一种制备而成，从而保证在电极处于工作状态时，只有上电极壳2中填充有改性磁性颗粒6的部分与溶液间有直接的电子转移。

一、改性Fe

S1、将一定量的碳纳米管（如MWCNTs）加入到溶剂中（如水-乙醇混合溶液）中，并添加合适量的表面活性剂（如十二烷基硫酸钠）；再使用超声波分散处理，确保碳纳米管均匀分散在溶剂中，形成碳纳米管溶液；

S2、再将一定量的Fe

S3、将碳纳米管溶液慢慢地加入到Fe

S4、通过永磁设备对混合溶液进行磁分离，得到碳纳米管掺杂的Fe

二、改性Fe

S1、将一定量的金纳米粒子（如AuNPs）加入溶剂（如水-乙醇混合溶液）中，并添加适量的表面活性剂（如十二烷基硫酸钠）；再使用超声波分散处理，，确保金纳米粒子均匀分散在溶剂中，形成金纳米溶液；

S2、再将一定量的Fe

S3、将金纳米溶液慢慢地加入到Fe

S4、通过永磁设备对混合溶液进行磁分离，得到金纳米粒子掺杂的Fe

在上述（一）和（二）中， Fe

本发明的工作原理：在进行水体检测前，首先，通过内螺纹套4和外螺纹套7将下电极壳1和上电极壳2连接起来；

接着，在上电极壳2内部的放置腔内放入适量的改性磁性颗粒6；在磁场的作用下，改性磁性颗粒6会紧密吸附永磁体5的上方，金属隔膜3、内螺纹套4、外螺纹套7和永磁体5形成导电路径；改性磁性颗粒6作为电化学活性物质等效于膜修饰电极表面的膜结构，赋予电极更佳的检测能力；并形成了电极；

然后，将该电极与参比电极和辅助电极一起放入含有待测样品的电解槽内，并添加适量的支撑电解质，如KCl或NaCl溶液，确保有良好的导电性；选择合适的电化学技术如循环伏安法或差分脉冲伏安法进行电化学测量，记录电流-电位曲线；根据曲线上的电流峰，可判断特定重金属离子的存在；

测量结束后，取下电极，并逆时针旋松内螺纹套4和外螺纹套7，使得下电极壳1和上电极壳2分离；再将改性磁性颗粒6与永磁体5分离，并废弃改性磁性颗粒6；再使用去离子水清洁下电极壳1和上电极壳2的上下两端，以便为下次使用做好准备。

以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。