選擇性微電極及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微電極及其制備，特別是一種應(yīng)用于非損傷微測系統(tǒng)的Pb2+選擇性微電極及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]深入了解重金屬離子的植物根際微界面過程不僅有助于揭示超積累植物吸收重金屬的微觀過程和機(jī)制，對控制重金屬經(jīng)土壤-作物系統(tǒng)向食物鏈傳遞延伸同樣具有重要的現(xiàn)實意義。受技術(shù)手段和條件限制，主要是從離子的靜態(tài)累積角度對這一過程進(jìn)行描述和闡述。相關(guān)研宄通常是以整個根部器官或組織作為研宄對象并通過化學(xué)分析方法(如原子吸收、原子發(fā)射及其衍生方法)測定植物或外部溶液重金屬靜態(tài)濃度變化來間接認(rèn)知。這些技術(shù)操作相對簡單、易行，但同時也存在其局限性，主要表現(xiàn)在兩方面:其一，破壞性取樣，即先將植物組織研磨處理后再通過化學(xué)分析的方法檢測離子濃度，不能反映活體植物吸收重金屬的特性；其二，時空分辨率低，其測定的是一定時間內(nèi)整個根系對離子的吸收情況，不能精確地測定短時間內(nèi)植物根系微區(qū)離子被吸收的情況。盡管后來人們相繼開發(fā)出一些用于活體檢測的方法:同位素示蹤技術(shù)、膜片鉗技術(shù)和熒光顯微成像技術(shù)等，并獲得了一些有關(guān)離子分布和運動的信息，但這些方法普遍具有時間分辨率差的問題。基于上述方法獲取的研宄結(jié)果，一定程度上反應(yīng)了植物吸收重金屬離子的規(guī)律，卻無法真實反映活體條件下的動態(tài)作用過程機(jī)制。受檢測技術(shù)手段、研宄方法和技術(shù)條件限制，缺乏對根系界面過程活體、實時、動態(tài)信息的了解，因此難以對植物吸收、釋放及轉(zhuǎn)運重金屬離子的微觀過程機(jī)制形成更深入理解和統(tǒng)一認(rèn)識。
[0003]利用微電極進(jìn)行測量的非損傷微測技術(shù)(Non-1nvasive Micro-TestTechnology, NMT) [1]，是在計算機(jī)的控制下，利用離子/分子選擇電極以不接觸被測材料的非損傷方式測量進(jìn)出被測樣品的離子/分子濃度(μ M級)、流速(10_12mOle ^nT2)及其三維運動方向的信息，從而克服了由于對樣品的破壞性而造成的測試結(jié)果無法合理解釋甚至造成研宄假象的問題。同時，以其獨特的時間(0.5s)和空間(2-5μπι)分辨率，正好適合于細(xì)胞內(nèi)外離子/分子活性變化的測定，在時間和空間尺度上都具有無法替代的優(yōu)勢。
[0004]非損傷微測系統(tǒng)微電極的種類有玻璃電極、金屬電極、碳絲電極等，可以測量的離子和分子有 H+、Ca2+、K+、Na+、Mg2+、Cl' NH4+、Ν03_及 O 2、H2O2' CO2、NO 等[2<1]，被測樣品可以是單細(xì)胞、多細(xì)胞、組織器官等生命材料，也可以是金屬材料、顆粒材料、膜材料等非生命材料。隨著離子/分子選擇電極種類的不斷增多以及電子線路系統(tǒng)和計算機(jī)硬件軟件的逐步完善，非損傷微測技術(shù)逐漸被廣泛應(yīng)用到生命科學(xué)、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、藥學(xué)以及金屬腐蝕研宄等諸多領(lǐng)域。有學(xué)者開始將其應(yīng)用于重金屬離子，然而目前開發(fā)的能成熟應(yīng)用于非損傷微測系統(tǒng)的重金屬離子選擇性微電極僅有Cd2+的一種，限制了該技術(shù)在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于非損傷微測系統(tǒng)的Pb2+選擇性微電極及其制備方法。
[0006]為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案:
[0007]一種應(yīng)用于非損傷微測系統(tǒng)的Pb2+選擇性微電極，包括錐形玻璃微電極管1，錐形玻璃微電極管I腔內(nèi)填充有膜后灌充液2，錐形玻璃微電極管I尖端部注有Pb2+液態(tài)離子交換劑LIX 5，錐形玻璃微電極管I內(nèi)安裝有Ag/AgCl絲導(dǎo)線3，錐形玻璃微電極管I的管口用環(huán)氧樹脂密封并固定Ag/AgCl絲3。
[0008]所述錐形玻璃微電極管I尖端直徑為4?5 μ m。
[0009]所述膜后灌充液由1.0mM PbCljP L OmM Na 2EDTA組成，pH調(diào)到7。
[0010]所述的Pb2+液態(tài)離子交換劑LIX按質(zhì)量百分比計5-15%二硫化四丁基秋蘭姆、2-10%四苯硼酸鈉、3-5%四(4-氯苯基)硼酸四(十二烷基)銨和70-80% 2-硝基苯基辛基醚。
[0011]一種應(yīng)用于非損傷微測系統(tǒng)的Pb2+選擇性微電極的制備方法，由硼硅酸鹽玻璃毛細(xì)管拉制成尖端直徑為4?5 μ m的錐形玻璃微電極管，錐形玻璃微電極管內(nèi)壁進(jìn)行硅烷化使其變?yōu)槭杷?，疏水處理后從玻璃微電極管后端注入膜后灌充液，尖端灌充Pb2+液態(tài)離子交換劑LIX(liquid 1n exchanger)，Ag/AgCl導(dǎo)線安裝于微電極管內(nèi)，在管尾部用環(huán)氧樹脂固定Ag/AgCl絲和密封玻璃管，即制得Pb2+選擇性微電極。
[0012]所述膜后灌充液的灌充高度為錐形玻璃微電極管長度的1/4?1/2 ;所述LIX的灌充高度為80?120 μ m。
[0013]所述將Ag/AgCl絲導(dǎo)線插入膜后灌充液中使其一端直至接近錐形玻璃微電極管的尖端，然后用環(huán)氧樹脂在錐形玻璃微電極管的管口固定Ag/AgCl絲和密封錐形玻璃微電極管，并使Ag/AgCl導(dǎo)線另一端一端露出錐形玻璃微電極管尾部，即制得Pb2+選擇性微電極。
[0014]Ag/AgCl導(dǎo)線3的制備步驟如下:
[0015]取一根適當(dāng)長的銀絲，用砂紙打磨以除去其表面的氧化層；
[0016]取一根貴金屬絲或碳棒接到電源的陰極上，將打磨過的銀絲接到電源的陽極上，在1.5V的直流電壓下，在飽和氯化鉀溶液中電鍍2s即可制成Ag/AgCl絲。
[0017]—種應(yīng)用于非損傷微測系統(tǒng)的Pb2+選擇性微電極的應(yīng)用，所述Pb2+選擇性微電極適用于實時、動態(tài)、無損測定樣品表面微觀區(qū)域內(nèi)Pb2+的濃度、流速及運動方向的信息。
[0018]具體是，在待測樣品的固液界面上采用所述選擇性微電極測定其表面微觀區(qū)域內(nèi)Pb2的濃度、流速及運動方向的信息。
[0019]一種應(yīng)用于非損傷微測系統(tǒng)的Pb2選擇性微電極的檢測方法，其特征在于:采用所述選擇性微電極在待測樣品的固液界面上微觀區(qū)域內(nèi)，通過微電極尖端灌充的離子交換劑實現(xiàn)對Pb2+的選擇性識別，測定微觀區(qū)域內(nèi)設(shè)定距離的兩點之間的電位差，而后通過Fick第一擴(kuò)散定律獲得離子的移動速率，繼而實現(xiàn)測定待測樣品內(nèi)Pb2+的濃度、流速及運動方向的信息。
[0020]本發(fā)明所具有的優(yōu)點:
[0021]本發(fā)明的Pb2+選擇性微電極，可以實現(xiàn)對樣品表面微觀區(qū)域Pb2+濃度、流速及其運動方向等信息的實時、動態(tài)、無損檢測，為生物和非生物材料表面Pb2+的微觀過程和機(jī)制研宄提供了一種新方法。其微電極尖端直徑在4?5 μπι之間，可以滿足細(xì)胞、組織的離子流檢測要求；尖端Lix灌充長度為80?120 μ m ;該微電極在1(Γ6Μ?KT1M Pb2+濃度檢測范圍內(nèi)具有很好的線性關(guān)系R2= 0.9996，能斯特斜率為26.08mV/dec ;微電極的響應(yīng)時間t95%小于Is。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實施例提供的Pb2+選擇性微電極的結(jié)構(gòu)示意圖，其中的標(biāo)號分別為:
1.微電極管;2.灌充液；3.Ag/AgCl導(dǎo)線;4.環(huán)氧樹脂；5.Pb2+液態(tài)離子交換劑LIX。
[0023]圖2為本發(fā)明實施例提供的Pb2+選擇性微電極的測定線性響應(yīng)范圍圖。
[0024]圖3為本發(fā)明實施例提供的香蒲(Typha Iatifolia)根尖微區(qū)不同位置的Pb2+離子流速圖。
【具體實施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0026]實施例1
[0027]Pb2+選擇性微電極由圖1所示，包括錐形玻璃微電極管1，在玻璃微電極管I的腔內(nèi)填充有膜后灌充液2，玻璃微電極管I的尖端部注有Pb2+液態(tài)離子交換劑5，玻璃微電極管⑴內(nèi)安裝有Ag/AgCl絲導(dǎo)線3，在玻璃微電極管I的尾部用環(huán)氧樹脂4固定Ag/AgCl絲3和密封玻璃微電極管I。
[0028]玻璃微電極管I為單層管，膜后灌充液由1.0mM PbCljP 1.0mM Na 2EDTA組成，pH調(diào)到7。
[0029]鉛離子選擇性微電極，其尖端為4?5μπι，線性響應(yīng)范圍為KT1?10_6Μ，斜率為26.08mV/_log[Pb2+]，檢測下限為 10 6M0
[0030]Pb2+選擇性微電極的制備方法，包括下列步驟:
[0031](I)拉制微電極管:按照常規(guī)的拉制方式，將硼硅酸鹽玻璃毛細(xì)管(外徑1.5mm,內(nèi)徑1.05mm,長度5cm)固定在加熱線圈的中間位置，加熱使其自由落下，再將玻璃管的尖端朝上，固定在夾子上，再次加熱使其尖端直徑在4 μπι的范圍內(nèi)。在使用前，微電極管需通過顯微鏡檢查其外形，特別是管口是否平整。管口不規(guī)整以及管口不是圓形的微電極管都不能使用。
[0032](2)硅烷化:在硅烷化過程中，首先在150°C下預(yù)干燥Ih以上，除去微電極管內(nèi)殘存的水分和雜質(zhì)；然后將微電極放置在帶蓋的玻璃器皿中，向玻璃器皿內(nèi)倒入2mL 5%的二甲基二氯硅烷(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，北京)作為硅烷試劑，溶劑使用正己