Miniature Ion‐selective Electrodes with Mesoporous Carbon Black as Solid Contact
Miniature Ion‐selective Electrodes with Mesoporous Carbon Black as Solid Contact
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以介孔炭黑作为固体触点的微型离子选择性电极
DOI：
10.1002/elan.202100088
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发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
3
通讯作者：
Papautsky, Ian
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zhang, Zhehao;Papautsky, Ian
在此，我们展示了使用商用介孔炭黑（MCB）作为离子电子转换器的微型固体接触离子选择电极（ISE）。 MCB 因其高表面积、良好的导电性、相对较低的成本和可用性而具有吸引力。随后用 MCB 和离子选择性膜涂覆密封的玻璃毛细管 (1.5mm)，制备钾 (K+) 和硝酸根 (NO3−) 离子的 ISE。与涂层线电极相比，添加 MCB 可提供足够的双层电容并将电阻降低 100 倍以上，从而显着稳定了电极响应。电极表现出近能斯特斜率 59.6（K+离子载体）、57.8（K+离子交换剂）和 -54.8（NO3-离子交换剂），标准溶液范围为 10−5 至 10−1M。尽管长期基线漂移为 2-10mV/天，但在含有干扰离子的混合电解质中也获得了快速响应（~10 s）和可重复的灵敏度。重要的是，电极可以在测量之间简单地储存在空气中并直接使用，无需在溶液中进行调节。这些传感器制造简单且免维护，为批量 ISE 提供了一种低成本且方便的替代方案，尤其是在样品量或空间有限的情况下。
Herein, we demonstrated miniature solid‐contact ion‐selective electrodes (ISEs) using a commercial mesoporous carbon black (MCB) as ion‐to‐electron transducer. MCB is attractive in its high surface area, good conductivity, relative low cost and availability. ISEs for potassium (K+) and nitrate (NO3−) ions were prepared by subsequently coating the sealed glass capillaries (1.5 mm) with MCB and ion‐selective membranes. Addition of MCB substantially stabilized electrode response by providing adequate double‐layer capacitance and lowering resistance by more than 100× compared to the coated‐wire electrodes. The electrodes exhibited near‐Nernstian slopes of 59.6 (K+ionophore), 57.8 (K+ion‐exchanger) and −54.8 (NO3−ion‐exchanger) with standard solutions in the range of 10−5to 10−1M. Fast response (∼10 s) and reproducible sensitivities were also obtained in a mixed electrolyte containing interfering ions, although with a baseline drift of 2–10 mV/day in the long term. Importantly, the electrodes can be simply stored in air between measurements and used directly without conditioning in solutions. With simple fabrication and free maintenance, these sensors offer a low cost and convenient alternative to bulk ISEs, especially when sample volumes or space are limited.
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