具有搅拌功能的集成式丝网印刷电极检测手柄

摘要

本发明公开了一种具有搅拌功能的集成式丝网印刷电极检测手柄，所述检测手柄集成了丝网印刷电极、外置铂对电极，外置Ag/AgCl参比电极、设置在三者之间的搅拌部件以及测试腔，搅拌部件包括微型直流电机、固定轴承、搅拌棒和连接硅胶管等，测试腔与手柄底盖螺纹连接。本发明与便携式重金属检测仪或电化学工作站等相连组成检测系统，可用于水环境重金属的快速检测，具有结构紧凑，布局合理，安装方便，便于更换丝网印刷电极，加液便捷，有效提高检测灵敏度等特点，满足了水环境重金属检测的便携式需求，具有很大的应用前景。

权利要求

1.一种具有搅拌功能的集成式丝网印刷电极检测手柄，其特征在于，包括手柄后壳(1)、搅拌棒(5)、丝网印刷电极(8)、外置铂对电极(9)和外置Ag/AgCl参比电极(10)，所述手柄后壳(1)为钟形结构，内部中空；在手柄后壳(1)的顶端开有后壳线孔(2)；手柄后壳(1)的底端具有可拆卸的手柄底盖(6)；所述手柄底盖(6)的下表面具有空心的第一圆柱凸台(13)，所述第一圆柱凸台(13)的外侧面通过螺纹连接有机玻璃测试腔(4)；所述手柄底盖(6)的上表面具有空心的第二圆柱凸台(16)，所述第一圆柱凸台(13)的内侧半径大于第二圆柱凸台(16)的外侧半径；在第二圆柱凸台(16)的内侧对应的手柄底盖(6)上开有与手柄底盖(6)同心的圆形搅拌孔(15)，在第一圆柱凸台(13)的内侧与第二圆柱凸台(16)的外侧之间的区域对应的手柄底盖(6)上开有三个电极孔(14)；第二圆柱凸台(16)内嵌有固定轴承；所述第二圆柱凸台(16)的上表面固定连接PCB接线板(12)；所述PCB接线板(12)上通过两个铜柱(11)固定微型直流电机(7)；在手柄后壳(1)与手柄底盖(6)相接处环切三角形加液口(3)；所述三角形加液口(3)在手柄底盖(6)上的顶点位于第一圆柱凸台(13)内；所述搅拌棒(5)依次穿过搅拌孔(15)、固定轴承和PCB接线板(12)，通过硅胶管与微型直流电机(7)的出轴柔性连接；所述丝网印刷电极(8)、外置铂对电极(9)和外置Ag/AgCl参比电极(10)分别穿过电极孔(14)与PCB接线板(12)固定连接；所述丝网印刷电极(8)、外置铂对电极(9)和外置Ag/AgCl参比电极(10)的工作区域齐平，且均通过信号屏蔽线从手柄后壳(1)上的线孔(2)引出；所述微型直流电机(7)的控制引线从手柄后壳(1)上的线孔(2)引出；所述丝网印刷电极(8)通过2.54mm总线插槽固定在PCB接线板(12)上；所述丝网印刷电极(8)表面覆有片上对电极、片上参比电极以及工作电极，三个电极通过焊盘引出，且焊盘间距为2.54mm。

说明书

具有搅拌功能的集成式丝网印刷电极检测手柄

技术领域

[0001] 本发明涉及电化学传感器领域，尤其涉及一种可用于水环境重金属快速检测的具有搅拌功能的集成式丝网印刷电极检测手柄。

背景技术

[0002] 当前人类活动范围日益扩大，各种工业、农业与生活废弃物被排入河流、湖泊及海洋；不可避免地造成水环境重金属污染，并已经开始威胁人类生存环境。重金属元素具有高毒性、不易代谢、易被生物富集并具有生物放大效应等特点，严重危害生态环境与人类健康，迫切需要水环境重金属的现场快速检测。

[0003] 目前常用的分光光度法、光谱法、质谱法虽然是实验室检测重金属含量的重要标准方法，但其设备昂贵，样品前处理复杂，需要萃取、浓缩富集或抑制干扰因素，同时设备体积较大，便携性差，实验环境要求苛刻，无法在现场对自然水样重金属含量进行检测。与之相比，电化学方法具有仪器设备简单，成本低，易于实现自动化检测，便于携带，同时灵敏度高、选择性好，适用于现场检测，现已经成为水环境重金属现场检测的最重要方法之一。

[0004] 丝网印刷电极可以批量生产，降低检测成本，且有较好的一致性和稳定性，但使用寿命有限，需要经常更换。同时，由于加工工艺等限制，目前丝网印刷电极的片上参比电极和对电极性能有时不能满足检测要求，此时需要使用外置参比电极或对电极。基于以上原因，原有重金属检测系统中，丝网印刷电极只能用于实验室。

[0005] 原有系统中的三电极系统为分离结构，与仪器连接采取夹持方式，结构松散，接触阻抗不稳定，且电极之间位置相对不固定，容易造成电极间阻抗性质的变化，导致检测误差。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于针对现有电极系统结构的不足，提供了一种便于现场使用，快速可拆卸，结构紧凑，丝网印刷电极可更换的集成式检测手柄。本发明可用于现场水环境的重金属快速检测仪器系统中，同时兼容电化学工作站等实验室检测系统的使用条件。

[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种具有搅拌功能的集成式丝网印刷电极检测手柄，包括手柄后壳、搅拌棒、丝网印刷电极、外置铂对电极和外置Ag/AgCl参比电极，所述手柄后壳为钟形结构，内部中空；在手柄后壳的顶端开有后壳线孔；手柄后壳的底端具有可拆卸的手柄底盖；所述手柄底盖的下表面具有空心的第一圆柱凸台，所述第一圆柱凸台的外侧面通过螺纹连接有机玻璃测试腔；所述手柄底盖的上表面具有空心的第二圆柱凸台，所述第一圆柱凸台的内侧半径大于第二圆柱凸台的外侧半径；在第二圆柱凸台的内侧对应的手柄底盖上开有与手柄底盖同心的圆形搅拌孔，在第一圆柱凸台的内侧与第二圆柱凸台的外侧之间的区域对应的手柄底盖上开有三个电极孔；第二圆柱凸台内嵌有固定轴承；所述第二圆柱凸台的上表面固定连接PCB接线板；所述PCB接线板上通过两个铜柱固定微型直流电机；在手柄后壳与手柄底盖相接处环切三角形加液口；所述三角形加液口在手柄底盖上的顶点位于第一圆柱凸台内；所述搅拌棒依次穿过搅拌孔、固定轴承和PCB接线板，通过硅胶管与微型直流电机的出轴柔性连接；所述丝网印刷电极、外置铂对电极和外置Ag/AgCl参比电极分别穿过电极孔与PCB接线板固定连接；所述丝网印刷电极、外置铂对电极和外置Ag/AgCl参比电极的工作区域齐平，且均通过信号屏蔽线从手柄后壳上的线孔引出；所述微型直流电机的控制引线从手柄后壳上的线孔引出。

[0008] 进一步地，所述丝网印刷电极通过2.54mm总线插槽固定在PCB接线板上。

[0009] 进一步地，所述丝网印刷电极表面覆有片上对电极、片上参比电极以及工作电极，三个电极通过焊盘引出，且焊盘间距为2.54mm。

[0010] 本发明的有益效果是：本发明采用带有插槽式接口的集成式检测手柄，结合丝网印刷电极，通过信号通路选择以及信号屏蔽，提高了丝网印刷电极在水环境重金属现场快速检测中的可用性。集成手柄采用带有固定轴承的搅拌部件，实现检测系统较高的传质速率。本发明电极信号通路与电机控制通路隔离，提高电极信号质量，同时通过选取不同电极组合连接，实现电极信号通路的可选择性。本发明与便携式重金属检测仪相连，可实现水环境重金属的现场快速检测。

附图说明

[0011] 图1 是本发明集成式检测手柄的组装图；

[0012] 图2 是本发明的底部结构图；

[0013] 图3 是本发明的关键零部件图示；

[0014] 图4 是本发明手柄后盖的下表面；

[0015] 图5 是本发明手柄后盖的上表面；

[0016] 图中，手柄后壳1，后壳线孔2，加液口3，有机玻璃测试腔4，搅拌棒5，手柄底盖6，微型直流电机7，丝网印刷电极8，外置铂对电极9，外置Ag/AgCl参比电极10，铜柱11，PCB接线板12，第一圆柱凸台13，电极孔14，搅拌孔15，第二圆柱凸台16。

具体实施方式

[0017] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

[0018] 如图1-5所示，本发明一种具有搅拌功能的集成式丝网印刷电极检测手柄，包括手柄后壳1、搅拌棒5、丝网印刷电极8、外置铂对电极9和外置Ag/AgCl参比电极10，所述手柄后壳1为钟形结构，内部中空；在手柄后壳1的顶端开有后壳线孔2；手柄后壳1的底端具有可拆卸的手柄底盖6；所述手柄底盖6的下表面具有空心的第一圆柱凸台13，所述第一圆柱凸台13的外侧面通过螺纹连接有机玻璃测试腔4；所述手柄底盖6的上表面具有空心的第二圆柱凸台16，所述第一圆柱凸台13的内侧半径大于第二圆柱凸台16的外侧半径；在第二圆柱凸台16的内侧对应的手柄底盖6上开有与手柄底盖6同心的圆形搅拌孔15，在第一圆柱凸台13的内侧与第二圆柱凸台16的外侧之间的区域对应的手柄底盖6上开有三个电极孔14；第二圆柱凸台16内嵌有固定轴承；所述第二圆柱凸台16的上表面固定连接PCB接线板12；所述PCB接线板12上通过两个铜柱11固定微型直流电机7；在手柄后壳1与手柄底盖6相接处环切三角形加液口3；所述三角形加液口3在手柄底盖6上的顶点位于第一圆柱凸台13内；所述搅拌棒5依次穿过搅拌孔15、固定轴承和PCB接线板12，通过硅胶管与微型直流电机7的出轴柔性连接；所述丝网印刷电极8、外置铂对电极9和外置Ag/AgCl参比电极10分别穿过电极孔14与PCB接线板12固定连接；所述丝网印刷电极8、外置铂对电极9和外置Ag/AgCl参比电极10的工作区域齐平，且均通过信号屏蔽线从手柄后壳1上的线孔2引出；所述微型直流电机7的控制引线从手柄后壳1上的线孔2引出。
实施例

[0019] 所述外置Ag/AgCl参比电极10使用饱和KCl溶液做内充液；所述丝网印刷电极8通过2.54mm总线插槽固定在PCB接线板12上；所述丝网印刷电极8表面覆有片上对电极、片上参比电极以及工作电极，三个电极通过焊盘引出，且焊盘间距为2.54mm；所述手柄后壳1和手柄底盖6均使用绝缘导热塑料。

[0020] 本发明的工作过程如下：

[0021] 本发明集成式检测手柄主要集成了丝网印刷电极8、外置Ag/AgCl参比电极10、外置铂对电极9、搅拌部件、有机玻璃测试腔4等部分，丝网印刷电极8、外置Ag/AgCl参比电极10、外置铂对电极9、搅拌部件集成在检测手柄内，有机玻璃测试腔4螺纹连接于手柄底盖6上第一圆柱凸台13，并且手柄留有加液口3。

[0022] 搅拌部件是为了加快电极上的扩散传质速率，从而满足快速检测的需求。搅拌部件由微型直流电机7、固定轴承、搅拌棒5、硅胶软管以及铜柱11等部件组成，其中固定轴承位于手柄底盖的第二圆柱凸台16内，固定搅拌棒5，稳定搅拌效果。微型直流电机7与搅拌棒5之间使用硅胶软管柔性连接，在保证不影响电机工作的情况下方便安装。微型直流电机7控制线单独屏蔽从后壳线孔2引出，减少对电极信号的干扰。

[0023] 所述丝网印刷电极8与手柄头内2.54mm插槽相连。所述检测手柄手柄后壳1和手柄底盖6均使用绝缘导热塑料，以便加快内部微型直流电机7散热，同时手柄留有加液口3，方便加入样品和使用加标法对样品进行测试。测试腔4使用有机玻璃，耐腐蚀，同时方便观察测试腔4内工作情况。

[0024] 使用时，根据应用需要选取检测手柄的丝网印刷电极8工作电极、片上或外置Ag/AgCl参比电极10和片上或外置铂对电极9，并将其相应的引线与电化学工作站或便携式重金属检测仪的三电极接线端一一对应连接。微型直流电机7的控制引线与电化学工作站电解池控制输出接口的搅拌接口或者便携式重金属检测仪的搅拌控制接口相连接。通过加液口3将待测样品加入有机玻璃测试腔4，检测设备通过差分脉冲伏安法等电化学方法检测重金属溶出伏安曲线，并根据需要选取搅拌功能。采用加标法检测重金属时，可在加标前检测过后，通过加液口3进行加标操作，然后通过搅拌功能快速混合溶液，进行加标后检测。丝网印刷电极8在超过使用寿命时需要及时更换，即拔即插更换新的丝网印刷电极8即可。每个样品检测完成需要对有机玻璃测试腔4进行清洗，避免样品污染。