基于原位電化學-表面增強拉曼光譜芯片的電化學池的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型專利涉及拉曼光譜檢測領域，尤其涉及一種原位電化學-表面增強拉曼光譜(Electrochemical-Surface enhanced raman scattering, EC-SERS)微型電化學池。
【背景技術】
[0002]原位EC-SERS是將激光拉曼光譜儀與電化學測試系統結合建立起的聯用分析測試方法。電化學工作站可提供分子在電極界面上的電氧化還原的電子轉移信息以及溶液擴散迀移等信息，而激光拉曼光譜能夠提供分子的基團振動信息，故將兩者結合可以實現多種應用和研宄，如獲得分子在電化學固液界面上的氧化還原信息，從而探宄電化學反應機理；可以對帶電物質進行電場作用下的預富集，從而實現痕量分子的檢測等。目前，已有小型化拉曼光譜儀和獨立功能的電化學檢測器，相應的EC-SERS聯用儀器也正朝著小型化發展。開發與之相適應的小型或微型原位EC-SERS檢測池或附件，在現場快速原位分析測定中有著十分廣闊地應用前景。
[0003]傳統的EC-SERS —般通過循環伏安法對桿狀平面金、銀等電極的表面進行粗糙化處理，即通過對金、銀等材料表面進行連續氧化還原，使其在表面形成納米顆粒，從而實現待測分子在電極表面的SERS效應。因此，相應的光譜電化學池的結構和形狀一般根據桿狀平面電極設計，如圖1所示，這種常用拉曼光譜電化學池適用于目前實驗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池的設計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。而待測樣品為液體，因此需要對電化學池底部與電極桿交界處做密封設計。如果不改變市售通用的桿狀電極結構形狀，光滑的電極桿表面與液體池接觸處會存在密封不嚴等問題，容易發生漏液現象，而拉曼信號采集通常為多次積分疊加模式需一定的時間，一旦漏液便會影響測量結果，造成結果重現性等不理想。(2)參比電極放置在電化學池的一端，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)由于電化學檢測系統組件太多，當更換不同的待測溶液時，需要不停的拆卸電極和密封圈以完成清洗，操作相對較為繁瑣。(4)現用的電化學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試。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的在于設計一種體積小、集成度高、性能好、操作簡單、成本低的原位電化學-表面增強拉曼光譜電化學池。
[0006]本實用新型包括原位電化學-表面增強拉曼光譜芯片和樣品池，原位電化學-表面增強拉曼光譜芯片基底上集成有工作電極、對電極、參比電極形成芯片的工作區域，其中工作電極表面經電沉積反應具有納米結構，樣品池設置于芯片上方，樣品池池體與芯片工作區域相接觸，樣品池池體底部面積等于或略大于芯片工作區域的面積，厚度可根據具體檢測要求選擇相應厚度的材料，使得樣品池內的待測樣品液體與工作區域的三電極完全接觸。芯片上設有絕緣層，絕緣層將工作區域與導線區域分開。原位電化學-表面增強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合絲網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苯二甲酸乙二酯或聚氯乙烯或有機玻璃。聚四氟乙烯由于耐酸耐堿且耐大部分有機溶劑，可以用于大部分待測液體樣品，對于弱酸弱堿樣品可采用聚對苯二甲酸乙二酯、聚氯乙烯、有機玻璃等其他材質。
[0007]本實用新型從本質上改變了傳統EC-SERS的光譜電化學池的結構。原位EC-SERS檢測芯片的基礎電極采用絲網印刷工藝集成了工作電極、對電極、參比電極三電極系統。其中工作電極經過特殊處理，使得材料表面具有SERS效應。其增強因子可以達到傳統柱狀平面電極經粗糙化后的檢測水平。集成微型化的SERS片式芯片設計，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，同時避免了易漏液的問題，且無需考慮桿狀三電極的外形及擺放位置問題，且由于可一次性使用，避免了繁瑣的清洗過程。本實用新型簡化了光譜電化學池結構、降低了檢測成本。
【附圖說明】
[0008]圖1傳統拉曼電化學池示意圖；
[0009]圖2是本實用新型結構示意圖。
[0010]其中:1、電化學池；2、桿狀平面工作電極；3、常規參比電極；4、常規參比電極；
[0011]5、樣品液池；6、絕緣層；7、參比電極；8、工作電極；9、對電極。
【具體實施方式】
[0012]下面通過實施例，結合圖2，對本實用新型作進一步地描述。
[0013]本實用新型基于原位電化學-表面增強拉曼光譜芯片的電化學池，包括原位電化學-表面增強拉曼光譜芯片和樣品池5，原位電化學-表面增強拉曼光譜芯片基底上集成有工作電極8、對電極9、參比電極7形成芯片的工作區域，其中工作電極8表面經電沉積反應具有納米結構，樣品池5設置于芯片上方，樣品池5池體與芯片工作區域相接觸，樣品池5池體底部面積等于或略大于芯片工作區域的面積，池體高度依所需的加樣量而定，使得樣品池內的待測樣品液體與工作區域的三電極完全接觸。芯片上設有絕緣層6，絕緣層6將工作區域與導線區域分開。本實施例待測液體設定高度為5mm，可以滿足100 μ L待測樣品體積。原位電化學-表面增強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苯二甲酸乙二酯或聚氯乙烯或有機玻璃。聚四氟乙烯具有較好的耐酸耐堿性質，故可適用于大部分待測液體樣品。聚氯乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯材料制作樣品池價格更低廉，以降低樣品池的使用成本。高度集成的光譜電化學池與工作站相連，進行原位電化學-表面增強拉曼光譜檢測。
【主權項】
1.一種基于原位電化學-表面增強拉曼光譜芯片的電化學池，包括原位電化學-表面增強拉曼光譜芯片和樣品池，其特征在于:原位電化學-表面增強拉曼光譜芯片基底上集成有工作電極、對電極、參比電極形成芯片的工作區域，其中工作電極表面經電沉積反應具有納米結構，樣品池設置于芯片上方，樣品池池體與芯片工作區域相接觸，樣品池池體底部面積等于或略大于芯片工作區域的面積，使得樣品池內的待測樣品液體與工作區域的三電極完全接觸。
2.根據權利要求1所述的一種基于原位電化學-表面增強拉曼光譜芯片的電化學池，其特征在于:芯片上設有絕緣層，絕緣層將工作區域與導線區域分開。
【專利摘要】本實用新型所提供的基于原位電化學-表面增強拉曼光譜芯片的電化學池包括原位電化學-表面增強拉曼光譜芯片和樣品池，芯片基底上集成有工作電極、對電極、參比電極形成芯片的工作區域，其中工作電極表面經電沉積反應具有納米結構，樣品池設置于芯片上方，樣品池池體與芯片工作區域相接觸，樣品池池體底部面積等于或略大于芯片工作區域的面積，厚度可根據具體檢測要求選擇相應厚度的材料，使得樣品池內的待測樣品液體與工作區域的三電極完全接觸。芯片上設有絕緣層，絕緣層將工作區域與導線區域分開。本實用新型在保證SERS性能的前提下，避免了易漏液的問題，可一次性使用，避免了繁瑣的清洗過程，簡化了光譜電化學池結構、降低了檢測成本。
【IPC分類】G01N21-65, G01N27-28, G01N27-30
【公開號】CN204536205
【申請號】CN201420535969
【發明人】滕淵潔, 劉文涵
【申請人】浙江工業大學
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2014年9月18日