一种用于电化学分析的电解池及其应用的制作方法

1.本发明涉及电化学领域，具体涉及一种用于电化学分析的电解池及其应用。


背景技术：

2.重金属离子(例如镉、铅和镉)、农药及瘦肉精等是有害的食物污染物，可通过食物链在生物体内富集从而进一步危害人体健康，过度摄入这些有害物质可导致人发生中毒。重金属离子的常规检测方法有原子荧光法，原子吸收光谱法和电感耦合等离子体质谱法等；然而，这些方法存在操作复杂，仪器昂贵及检测耗时较长等缺点。
3.电化学分析是实验室常用分析方法之一，具有灵敏度高、检测成本低和分析迅速等优点。电解池设计是电化学测试中非常重要实验设备之一。目前，常用的电解池通常采用进气口直接与电解池杯体相连接的设计，通气不易控制，而且还会给实验操作带来很多不便。大多数电解池的对电极和参比电极通常是直接与电解池杯体中的电解液直接接触，这会给测试带来很大的麻烦。此外，大多数电解池还存在电极安装拆卸及清洗困难等问题。有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种用于电化学分析的电解池来解决上述背景技术提出的问题。
5.为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
6.一种用于电化学分析的电解池，其特征在于，包括电解池杯体，工作电极，对比电极，对比电极槽，第一电解液管，参比电极，参比电极槽，第二电解液管，上进气管，下进气管，总进气管，三通活塞，出气管和液封；其中，所述第一电解液管，所述第二电解液管，所述出气管，所述上进气管和所述下进气管分别与所述杯体连接为一体成型；所述下进气管，所述上进气管和所述总进气管分别与三通活塞连接为一体成型；所述工作电极为石墨烯电极；所述对比电极为铂电极；所述参比电极为饱和甘镉电极；所述对比电极通过磨口与对比电极槽进行可拆卸连接；所述对比电极槽与第一电解液管相连接，所述第一电解液管中设置有砂芯；所述参比电极通过磨口与参比电极槽进行可拆卸连接；所述参比电极槽与第二电解液管相连接，所述第二电解液管中设置有双通活塞；所述第二电解液管与所述电解池杯体连接处设置有伸入到所述杯体内部的第二电解液管缩口；所述下进气管与所述电解池杯体连接处设置有伸入到所述杯体内部的下进气管缩口；所述工作电极通过磨口与所述杯体进行可拆卸连接；所述出气管通过磨口与液封进行可拆卸连接。
7.优选地，所述参比电极槽，所述对比电极槽，所述第一电解液管，所述第二电解液管，所述出气管，所述上进气管，所述下进气管，所述总进气管，所述液封和所述杯体均采用玻璃材料制成。
8.优选地，所述三通活塞和双通活塞均由聚四氟乙烯材料制成。
9.优选地，所述杯体由底部密封的圆柱状杯身和圆柱状杯口组成；其中，所述圆柱状
杯身的直径为50mm，高为80mm；所述圆柱状杯口的直径为30mm，高为30mm；所述圆柱状杯口的上部设置有内磨口。
10.优选地，所述第一电解液管的长度为30mm，管径为10mm；所述第二电解液管的长度为30mm，管径为15mm。
11.优选地，所述对比电极槽为圆柱状，长度为50mm，管径为15mm；所述对比电极槽的上部设置有内磨口；所述参比电极槽为圆柱状，长度为50mm，管径为15mm；所述参比电极槽的上部设置有外螺纹口。
12.优选地，所述上进气管的长度为60mm，管径为10mm；所述下进气管长度为100mm，管径为10mm。
13.优选地，所述出气管的长度为25mm，管径为10mm，所述出气管的上部设置有内磨口。
14.优选地，所述总进气管的长度为25mm，管径为10mm。
15.所述用于电化学分析的电解池在废水中的镉离子检测中的应用。
16.所述用于电化学分析的电解池在中药中的砷离子检测中的应用。
17.所述用于电化学分析的电解池在猪肉中沙丁胺醇含量检测中的应用。
18.相对于常规电解池，本发明的增益效果如下：电解池杯体与主要部件之间采用一体成型的设计，结构简单，设计合理且容积小；采用三通活塞分上下两路进气方式便于气体的控制，通入惰性气体可以消除在测试过程中氧波的影响；在第一电解液管中设置双通活塞可随时关闭便于控制电解液的扩散；在第二电解液管设置砂芯可隔离电解液；这样可以排除在重金属离子测试过程中电解液所带来的额外干扰，从而提高检测精确度。此外，本发明还具有操作简单及实用方便等优点。
附图说明
19.图1为本发明的用于电化学分析的电解池结构示意图；
20.附图中：1.电解池杯体，2.工作电极，3.对比电极，4.参比电极，5.对比电极槽，6.第一电解液管，7.第二电解液管，8.参比电极槽，9.上进气管，10.下进气管，11.总进气管，12.双通活塞，13.砂芯，14.三通活塞，15.出气管，16.液封，17.第二电解液管缩口，18.下进气管缩口。
具体实施方式
21.下面结合附图和实施例来对本发明进行进一步的说明，以助于理解本发明的内容。
22.实施例1
23.如图1所述为本发明提供的用于电化学分析的电解池的结构示意图，包括电解池杯体，工作电极，对比电极，对比电极槽，第一电解液管，参比电极，参比电极槽，第二电解液管，上进气管，下进气管，总进气管，三通活塞，出气管和液封；其中，所述第一电解液管，所述第二电解液管，所述出气管，所述上进气管和所述下进气管分别与所述杯体连接为一体成型；所述下进气管，所述上进气管和所述总进气管分别与三通活塞连接为一体成型；所述工作电极为石墨烯电极；所述对比电极为铂电极；所述参比电极为饱和甘镉电极；所述对比
电极通过磨口与对比电极槽进行可拆卸连接；所述对比电极槽与第一电解液管相连接，所述第一电解液管中设置有砂芯；所述参比电极通过磨口与参比电极槽进行可拆卸连接；所述参比电极槽与第二电解液管相连接，所述第二电解液管中设置有双通活塞；所述第二电解液管与所述电解池杯体连接处设置有伸入到所述杯体内部的第二电解液管缩口；所述下进气管与所述电解池杯体连接处设置有伸入到所述杯体内部的下进气管缩口；所述工作电极通过磨口与所述杯体进行可拆卸连接；所述出气管通过磨口与液封进行可拆卸连接。
24.所述参比电极槽，所述对比电极槽，所述第一电解液管，所述第二电解液管，所述出气管，所述上进气管，所述下进气管，所述总进气管，所述液封和所述杯体均采用玻璃材料制成。
25.所述三通活塞和双通活塞均由聚四氟乙烯材料制成。
26.所述杯体由底部密封的圆柱状杯身和圆柱状杯口组成；其中，所述圆柱状杯身的直径为50mm，高为80mm；所述圆柱状杯口的直径为30mm，高为20mm；所述圆柱状杯口的上部设置有内磨口。
27.所述第一电解液管的长度为30mm，管径为10mm；所述第二电解液管的长度为30mm，管径为15mm。
28.所述对比电极槽为圆柱状，长度为50mm，管径为15mm；所述对比电极槽的上部设置有内磨口；所述参比电极槽为圆柱状，长度为50mm，管径为15mm；所述参比电极槽的上部设置有外螺纹口。
29.所述上进气管的长度为60mm，管径为10mm；所述下进气管长度为100mm，管径为10mm。
30.所述出气管的长度为25mm，管径为10mm，所述出气管的上部设置有内磨口。
31.所述总进气管的长度为25mm，管径为10mm。
32.实施例2
33.纳米银
‑
氧化石墨烯修饰玻碳电极的制备步骤如下：
34.(1)玻碳电极(gce)预处理：将玻碳电极依次用1、0.3、0.05μm的氧化铝粉末抛光至镜面，而后依次用乙醇和去离子水分别超声清洗3min，每次发超声后用去离子水冲洗1min，得到预处理的玻碳电极；
35.(2)纳米银
‑
氧化石墨烯复合材料(agnps
‑
rgo)的制备：将20mg氧化石墨烯(rgo)与20mg柠檬酸钠加入48.5ml去离子水中，超声分散均匀。加入0.01 mol/l硝酸银溶液1ml，搅拌15 min，随后加入4g/l硼氢化钠溶液2.5 ml，800 r/min速度下搅拌20分钟，可得agnps溶液。将混合液离心去除上清液后，经过冷冻干燥除去水分，即得固agnps
‑
rgo。
36.(3)将步骤(2)中制备的agnps
‑
rgo溶于二甲基甲酰胺dmf中配成25ml0.25mol/l的溶液，超声分散均匀备用；准确移取3ul上述溶液滴涂在步骤(1)中预处理好的gce电极表面，红外灯下烘干，冷却后即可制得纳米银
‑
氧化石墨烯修饰玻碳电极。
37.使用本发明所提供的用于电化学分析的电解池进行废水中的镉离子检测的实验步骤如下：
38.(1)将电解池中的工作电极、参比电极和对电极构成三电极体系，并接入chi750a电化学工作站；工作电极为纳米银
‑
氧化石墨烯修饰玻碳电极，对电极为铂电极，参比电极为甘汞电极；
39.(2)往25ml容量瓶中加入10ml工厂水样,10ml的2mol/l nh4oh
‑
nh4cl缓冲溶液(ph＝8.6)和25mg/l聚乙烯醇溶液0.5ml,定容至刻度制得含重金属离子cd
2
的待测溶液；
40.(3)取15ml步骤(2)中制得的待测溶液加入到电解池中，通上氩气，使用阳极溶出伏安法测量重金属离子cd
2
的含量，调节沉积电位为
‑
1300mv，富集3min,静止40s后进行检测,记录溶出曲线极化电流和电极电位；经过7组平行测试计算出cd
2
的含量分别为：2.835
×
10
‑7mol/l，3.026
×
10
‑7mol/l，2.907
×
10
‑7mol/l，3.137
×
10
‑7mol/l，3.024
×
10
‑7mol/l，2.918
×
10
‑7mol/l，平均值为2.975
×
10
‑7mol/l。在上述6组待测溶液水样中分别加入cd
2
浓度为2.5
×
10
‑7mol/l，5.0
×
10
‑7mol/l，7.5
×
10
‑7mol/l，10.0
×
10
‑7mol/l，12.5
×
10
‑7mol/l，15.0
×
10
‑7mol/l的标准溶液，在相同条件下测定cd
2
的回收率，结果依次如下：5.501
×
10
‑7mol/l,7.892
×
10
‑7mol/l,11.405
×
10
‑7mol/l,12.661
×
10
‑7mol/l,15.241
×
10
‑7mol/l,20.801
×
10
‑7mol/l，对应的回收率依次为：101％，98％，99％，97％，98％，99％；平均回收率为98.7％。
41.由上述结果可看出：使用本发明所提供的电解池装置结合阳极溶出伏安法可用于微量重金属cd
2
的测定,灵敏度高,重现性好,同一支电极可进行多次测定,且所用的电极没有毒性。因此,在日常分析中可代替汞膜电极,并适用于废水中痕量镉的快速同时测定。
42.实施例3
43.纳米银
‑
氧化石墨烯修饰玻碳电极的制备步骤同实施例2。
44.使用本发明所提供的用于电化学分析的电解池进行中药中的砷离子检测的实验步骤如下：
45.(1)将电解池中的工作电极、参比电极和对电极构成三电极体系，并接入chi750a电化学工作站；工作电极为纳米银
‑
氧化石墨烯修饰玻碳电极，对电极为铂电极，参比电极为甘汞电极；
46.(2)中药样品制备步骤如下：将中药样品，这里以冬虫夏草为例，将冬虫夏草在60℃烘箱内烘干48h，取15g干冬虫夏草用小型粉碎机粉碎，过180目筛后制得冬虫夏草粉末样品。称取2g冬虫夏草粉末样品至于烧瓶中，加入10ml质量浓度为30％的硝酸在50℃缓慢加热至所有粉末消解，然后加入15ml双氧水，继续加热至样品消解液至透明，接下来加入20ml去离子水进行加热赶酸，最后加入0.2g硫酸肼，继续加热至溶液冒白烟，冷却后，将烧瓶中的混合溶液转移至50ml的容量瓶中定容至刻度制得冬虫夏草待测溶液。
47.(3)取15ml步骤(2)中制得的冬虫夏草待测溶液加入到电解池中，通上氩气，使用阳极溶出伏安法测量砷离子的含量，调节沉积电位为
‑
400mv，富集3min,静止40s后进行检测,记录溶出曲线极化电流和电极电位；经过4组平行测试计算出冬虫夏草中砷离子的含量分别为：1.05ug/g，0.99ug/g，1.01ug/g1.02ug/g，平均值为1.02ug/g。在上述4组冬虫夏草样中分别加入砷离子浓度为2ug/g，4ug/g，6ug/g，8ug/g的标准溶液，在相同条件下测定砷离子的回收率，测得的总量结果依次如下：2.95ug/g,4.97ug/g,6.99ug/g,8.99ug/g，对应的回收率依次为：96％，100％，99％，98％；平均回收率为98％。
48.由上述结果可看出：使用本发明所提供的电解池装置结合阳极溶出伏安法可用于冬虫夏草中砷离子的测定,灵敏度高,重现性好,同一支电极可进行多次测定,且所用的电极没有毒性。因此,在日常分析中可代替汞膜电极,并适用于中药材中痕量砷的快速同时测定。
49.实施例4
50.纳米银
‑
氧化石墨烯修饰玻碳电极的制备步骤同实施例2。
51.使用本发明所提供的用于电化学分析的电解池进行猪肉中沙丁胺醇含量检测的实验步骤如下：
52.(1)将电解池中的工作电极、参比电极和对电极构成三电极体系，并接入chi750a电化学工作站；工作电极为纳米银
‑
氧化石墨烯修饰玻碳电极，对电极为铂电极，参比电极为甘汞电极；
53.(2)猪肉样品待测液的制备步骤如下：取5g市售新鲜猪肉粉碎后加入到25ml的50mmol/l的hcl溶液中，超声振荡1.5h，制得猪肉均质物；称6g均质物(相当于1g猪肉)加入离心管中在10
‑
15℃条件下4000转/min或更高的转速离心15min，然后转移上清液到另一个离心管中并加入1mol/l的naoh 300μl混合15min，然后加入500mmol/l磷酸二氢钾缓冲液(ph 3.0)4ml，简单混合并在4℃保存至少1.5h或过夜，制得溶液a；将溶液a在10
‑
15℃条件下4000转/min或更高的转速离心15min分离全部上清液，然后升至室温(20
‑
24℃)，用ridac18柱纯化所得上清液，纯化条件为：室温条件下(20
‑
24℃)，先用3ml甲醇洗涤柱子，控制流速为1滴/s，然后用2ml洗涤液(50mmol/l磷酸二氢钾缓冲液ph 3.0)洗涤柱子，控制流速为1滴/4s，紧接着用2ml洗涤液(50mmol/l磷酸二氢钾缓冲液ph 3.0)洗涤柱子，控制流速为1滴/s；用正压除去残留的流体并用空气或氮气吹2min，干燥柱子，用1ml甲醇洗脱样品，控制流速1滴/4s。收集所有洗脱组分在50
‑
60℃并在弱空气或氮气流下完全蒸发甲醇溶剂，用10ml蒸馏水溶解干燥的残留物即可制得猪肉样品待测液。
54.(3)取5ml步骤(2)中制得的猪肉样品待测溶液加入到电解池中，通上氩气，使用循环伏安法测量沙丁胺醇的含量，在－0.2～0.8v电位范围内，100m v/s扫数下测定峰电流，富集时间为20s，最佳富集电位为
‑
1000mv；经过3组平行测试计算出猪肉样品中沙丁胺醇的含量分别为：0.34ug/kg，0.31ug/kg，0.31ug/kg，平均值为0.32ug/kg。在上述4组猪肉样品样中分别加入沙丁胺醇浓度为1ug/kg，2ug/kg，3ug/kg的标准溶液，在相同条件下测定沙丁胺醇的回收率，测得的总量结果依次如下：1.36ug/kg,2.29ug/kg,3.30ug/kg，对应的回收率依次为：105％，97％，99％；平均回收率为100％。
55.由上述结果可看出：使用本发明所提供的电解池装置结合循环伏安法可用于猪肉样品中沙丁胺醇的测定,灵敏度高,重现性好,同一支电极可进行多次测定,且所用的电极没有毒性。因此,在日常分析中可代替气相色谱法,并适用于猪肉样品中沙丁胺醇含量的快速同时测定。