基于原位電化學(xué)-表面增強(qiáng)拉曼光譜芯片的電化學(xué)池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型專利涉及拉曼光譜檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種原位電化學(xué)-表面增強(qiáng)拉曼光譜(Electrochemical-Surface enhanced raman scattering, EC-SERS)微型電化學(xué)池。
【背景技術(shù)】
[0002]原位EC-SERS是將激光拉曼光譜儀與電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)合建立起的聯(lián)用分析測(cè)試方法。電化學(xué)工作站可提供分子在電極界面上的電氧化還原的電子轉(zhuǎn)移信息以及溶液擴(kuò)散迀移等信息，而激光拉曼光譜能夠提供分子的基團(tuán)振動(dòng)信息，故將兩者結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用和研宄，如獲得分子在電化學(xué)固液界面上的氧化還原信息，從而探宄電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理；可以對(duì)帶電物質(zhì)進(jìn)行電場(chǎng)作用下的預(yù)富集，從而實(shí)現(xiàn)痕量分子的檢測(cè)等。目前，已有小型化拉曼光譜儀和獨(dú)立功能的電化學(xué)檢測(cè)器，相應(yīng)的EC-SERS聯(lián)用儀器也正朝著小型化發(fā)展。開發(fā)與之相適應(yīng)的小型或微型原位EC-SERS檢測(cè)池或附件，在現(xiàn)場(chǎng)快速原位分析測(cè)定中有著十分廣闊地應(yīng)用前景。
[0003]傳統(tǒng)的EC-SERS —般通過(guò)循環(huán)伏安法對(duì)桿狀平面金、銀等電極的表面進(jìn)行粗糙化處理，即通過(guò)對(duì)金、銀等材料表面進(jìn)行連續(xù)氧化還原，使其在表面形成納米顆粒，從而實(shí)現(xiàn)待測(cè)分子在電極表面的SERS效應(yīng)。因此，相應(yīng)的光譜電化學(xué)池的結(jié)構(gòu)和形狀一般根據(jù)桿狀平面電極設(shè)計(jì)，如圖1所示，這種常用拉曼光譜電化學(xué)池適用于目前實(shí)驗(yàn)室普遍使用的共焦顯微拉曼光譜儀。
[0004]然而，常用的拉曼光譜電化學(xué)池的設(shè)計(jì)由于桿狀平面金屬電極的放置位置而具有一定的局限性。如(I)由于激光自上而下照射到電極表面，因此需要工作電極倒置并保證水平。而待測(cè)樣品為液體，因此需要對(duì)電化學(xué)池底部與電極桿交界處做密封設(shè)計(jì)。如果不改變市售通用的桿狀電極結(jié)構(gòu)形狀，光滑的電極桿表面與液體池接觸處會(huì)存在密封不嚴(yán)等問(wèn)題，容易發(fā)生漏液現(xiàn)象，而拉曼信號(hào)采集通常為多次積分疊加模式需一定的時(shí)間，一旦漏液便會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，造成結(jié)果重現(xiàn)性等不理想。(2)參比電極放置在電化學(xué)池的一端，由于其本身具有一定的重量，液體池難以整體保持水平，影響散射光的收集效率。(3)由于電化學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)組件太多，當(dāng)更換不同的待測(cè)溶液時(shí)，需要不停的拆卸電極和密封圈以完成清洗，操作相對(duì)較為繁瑣。(4)現(xiàn)用的電化學(xué)液體池一般體積較大，所需溶液較多，不利于珍貴液體和生物樣液的測(cè)試。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)一種體積小、集成度高、性能好、操作簡(jiǎn)單、成本低的原位電化學(xué)-表面增強(qiáng)拉曼光譜電化學(xué)池。
[0006]本實(shí)用新型包括原位電化學(xué)-表面增強(qiáng)拉曼光譜芯片和樣品池，原位電化學(xué)-表面增強(qiáng)拉曼光譜芯片基底上集成有工作電極、對(duì)電極、參比電極形成芯片的工作區(qū)域，其中工作電極表面經(jīng)電沉積反應(yīng)具有納米結(jié)構(gòu)，樣品池設(shè)置于芯片上方，樣品池池體與芯片工作區(qū)域相接觸，樣品池池體底部面積等于或略大于芯片工作區(qū)域的面積，厚度可根據(jù)具體檢測(cè)要求選擇相應(yīng)厚度的材料，使得樣品池內(nèi)的待測(cè)樣品液體與工作區(qū)域的三電極完全接觸。芯片上設(shè)有絕緣層，絕緣層將工作區(qū)域與導(dǎo)線區(qū)域分開。原位電化學(xué)-表面增強(qiáng)拉曼光譜芯片基底可采用耐高溫高分子材料或陶瓷片，可采用真空蒸鍍、濺射等工藝或者兩者結(jié)合絲網(wǎng)印刷工藝在一定厚度的基底上。樣品池可采用聚四氟乙烯或聚對(duì)苯二甲酸乙二酯或聚氯乙烯或有機(jī)玻璃。聚四氟乙烯由于耐酸耐堿且耐大部分有機(jī)溶劑，可以用于大部分待測(cè)液體樣品，對(duì)于弱酸弱堿樣品可采用聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚氯乙烯、有機(jī)玻璃等其他材質(zhì)。
[0007]本實(shí)用新型從本質(zhì)上改變了傳統(tǒng)EC-SERS的光譜電化學(xué)池的結(jié)構(gòu)。原位EC-SERS檢測(cè)芯片的基礎(chǔ)電極采用絲網(wǎng)印刷工藝集成了工作電極、對(duì)電極、參比電極三電極系統(tǒng)。其中工作電極經(jīng)過(guò)特殊處理，使得材料表面具有SERS效應(yīng)。其增強(qiáng)因子可以達(dá)到傳統(tǒng)柱狀平面電極經(jīng)粗糙化后的檢測(cè)水平。集成微型化的SERS片式芯片設(shè)計(jì)，在保證SERS性能的前提下，避免了桿狀平面電極的放置位置等多種局限性，同時(shí)避免了易漏液的問(wèn)題，且無(wú)需考慮桿狀三電極的外形及擺放位置問(wèn)題，且由于可一次性使用，避免了繁瑣的清洗過(guò)程。本實(shí)用新型簡(jiǎn)化了光譜電化學(xué)池結(jié)構(gòu)、降低了檢測(cè)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1傳統(tǒng)拉曼電化學(xué)池示意圖；
[0009]圖2是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]其中:1、電化學(xué)池；2、桿狀平面工作電極；3、常規(guī)參比電極；4、常規(guī)參比電極；
[0011]5、樣品液池；6、絕緣層；7、參比電極；8、工作電極；9、對(duì)電極。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面通過(guò)實(shí)施例，結(jié)合圖2，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地描述。
[0013]本實(shí)用新型基于原位電化學(xué)-表面增強(qiáng)拉曼光譜芯片的電化學(xué)池，包括原位電化學(xué)-表面增強(qiáng)拉曼光譜芯片和樣品池5，原位電化學(xué)-表面增強(qiáng)拉曼光譜芯片基底上集成有工作電極8、對(duì)電極9、參比電極7形成芯片的工作區(qū)域，其中工作電極8表面經(jīng)電沉積反應(yīng)具有納米結(jié)構(gòu)，樣品池5設(shè)置于芯片上方，樣品池5池體與芯片工作區(qū)域相接觸，樣品池5池體底部面積等于或略大于芯片工作區(qū)域的面積，池體高度依所需的加樣量而定，使得樣品池內(nèi)的待測(cè)樣品液體與工作區(qū)域的三電極完全接觸。芯片上設(shè)有絕緣層6，絕緣層6將工作區(qū)域與導(dǎo)線區(qū)域分開。本實(shí)施例待測(cè)液體設(shè)定高度為5mm，可以滿足100 μ L待測(cè)樣品體積。原位電化學(xué)-表面增強(qiáng)拉曼光譜芯片基底可采用耐高溫高分子材料或陶瓷片。樣品池5可采用聚四氟乙烯或聚對(duì)苯二甲酸乙二酯或聚氯乙烯或有機(jī)玻璃。聚四氟乙烯具有較好的耐酸耐堿性質(zhì)，故可適用于大部分待測(cè)液體樣品。聚氯乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯材料制作樣品池價(jià)格更低廉，以降低樣品池的使用成本。高度集成的光譜電化學(xué)池與工作站相連，進(jìn)行原位電化學(xué)-表面增強(qiáng)拉曼光譜檢測(cè)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于原位電化學(xué)-表面增強(qiáng)拉曼光譜芯片的電化學(xué)池，包括原位電化學(xué)-表面增強(qiáng)拉曼光譜芯片和樣品池，其特征在于:原位電化學(xué)-表面增強(qiáng)拉曼光譜芯片基底上集成有工作電極、對(duì)電極、參比電極形成芯片的工作區(qū)域，其中工作電極表面經(jīng)電沉積反應(yīng)具有納米結(jié)構(gòu)，樣品池設(shè)置于芯片上方，樣品池池體與芯片工作區(qū)域相接觸，樣品池池體底部面積等于或略大于芯片工作區(qū)域的面積，使得樣品池內(nèi)的待測(cè)樣品液體與工作區(qū)域的三電極完全接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于原位電化學(xué)-表面增強(qiáng)拉曼光譜芯片的電化學(xué)池，其特征在于:芯片上設(shè)有絕緣層，絕緣層將工作區(qū)域與導(dǎo)線區(qū)域分開。
【專利摘要】本實(shí)用新型所提供的基于原位電化學(xué)-表面增強(qiáng)拉曼光譜芯片的電化學(xué)池包括原位電化學(xué)-表面增強(qiáng)拉曼光譜芯片和樣品池，芯片基底上集成有工作電極、對(duì)電極、參比電極形成芯片的工作區(qū)域，其中工作電極表面經(jīng)電沉積反應(yīng)具有納米結(jié)構(gòu)，樣品池設(shè)置于芯片上方，樣品池池體與芯片工作區(qū)域相接觸，樣品池池體底部面積等于或略大于芯片工作區(qū)域的面積，厚度可根據(jù)具體檢測(cè)要求選擇相應(yīng)厚度的材料，使得樣品池內(nèi)的待測(cè)樣品液體與工作區(qū)域的三電極完全接觸。芯片上設(shè)有絕緣層，絕緣層將工作區(qū)域與導(dǎo)線區(qū)域分開。本實(shí)用新型在保證SERS性能的前提下，避免了易漏液的問(wèn)題，可一次性使用，避免了繁瑣的清洗過(guò)程，簡(jiǎn)化了光譜電化學(xué)池結(jié)構(gòu)、降低了檢測(cè)成本。
【IPC分類】G01N21-65, G01N27-28, G01N27-30
【公開號(hào)】CN204536205
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420535969
【發(fā)明人】滕淵潔, 劉文涵
【申請(qǐng)人】浙江工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2014年9月18日