TWI314211B - Method and electrochemical sensing strip with screen-printed three electrodes for determining concentration of dissolved oxygen in a solution - Google Patents

Description

1314211 九、發明說明： 發明所屬之技術領域 • 本發明係關於一種電化學感測器其適於測量一溶液中 •的溶氧濃度。進一步地，本發明亦關於一種虹吸式印刷三 電極電化學定量檢測試片，除了一般環境的檢測外，更適 於測量一小量溶液中的溶氧濃度。 先前技術 • y “ 電化學感測器的量測中，三電極系統主要是以工作 電極、參考電極、對偶電極所組成，搭配一般三電極式電 • 2學疋電位儀進行分析檢測工作。在一般商品化檢測系統 • •卫作電極材質可為金、白金、玻璃碳、录、石墨等材 貝斤構成，#考電極則以飽和甘采電極、銀/氯化銀電極兩 種為主；對偶電極則多以白金電極為主。 夾在電位轭加上，工作電極上所施加的電位，為相對於 • i考電極電位所使用的工作電位；對偶電極則主要為配合 ^ 的靶加電位所設計；參考電極本身則提供一恆定 &電位’不會隨著反應電流增減而造成電位變化。有別於 兩電極的電化學系統，三電極系統因參考電極的加入，不 =能夠有效補償了内電阻所產生的電位降，更使得施加的 作電位不會偏移、飄動，使偵測的準確性大大提升。 目則市售的商品化溶氧度計，主要是以 配人Α Ό *工八 疋位女培法進行量測，而感測器的設計部分，則以 Μ性電極吉垃^ | # 按置測軋氣的還原訊號，並配合在電極前端所 1314211 覆蓋尚專一性的氧氣通透薄膜，只讓溶於液體中的氧氣進 出薄膜表面，因此能有效阻隔其他干擾物種的進入。然而， • 這樣的裝置，必須置於流動或攪拌的系統當中，才能夠正 , 確量得溶氧的數值，另外，氧氣選擇薄膜、電極表面、内 部電解質溶液都必須定期保養及更換，增加了許多操作上 的不便，而耗材的花費也會增加使用者的額外負擔。 由於以傳統電化學方式偵測氧氣須在電極外層包覆一 • 層對氧氣具選擇性的透氣薄膜，造成響應時間較長，因此 為了改善此缺點，一些對氧氣有催化性的材料便開始被研 究。最近隨著修飾電極技術不斷的蓬勃發展，許多修飾方 -式逐漸被發表，其中 B.W. Ng、R. Lenigk、Y.L.W〇ng、X.Wu、 N.T.Yu 及 R. Renneberg {B.W. Ng，R. Lenigk，Y.L. Wong, Χ· Wu, N.T. Yu, R. Renneberg, J. Electrochem. Soc., 2000, 147, 2350_}利用凝膠法（s〇i_gei)在白金電極面上修飾含鈷的紫 質（porphyrin)大環化合物，以製備氧氣的催化電極；接著， • F.D· S_a、Y.-Y. Hsieh、H_ Wickman 及 W. Kutner {F.D. s〇uza, Y.-Y. Hsieh, H. Wickman, W. Kutner, Electroanalysis, 97’ P，1093.}則利用環糊精（CyCi〇dextrin)衍生物混和含 鈷紫質大環化合物以製備催化薄膜於金電極上，用以直接 谓；則各液中氧氣含量，只需一分鐘的響應時間即可完成整 個溶氧的偵測。 而在電化學感測器的發展上，商品化溶氧偵測電極的 體積較不易於微小化’並且利用商品化的電極進行檢測時 所耗費的成本較高，不易達到拋棄式檢測的目標，為符合 •1314211 醫療檢測上的拋棄式習慣，以及避免環境檢測的相互污 染’發展試片形式的拋棄式電極較能符合實際應用的需 . 求’並配合半導體業界成熟的印刷技術來進行電極之製 • 備，以降低生產成本，並能夠有效提高單位時間製備拋棄 式電極的產量’相較於一般商品化之電化學三電極系統， 更具有實質使用上之經濟效益，並符合未來的檢測趨勢， 值得推廣與應用。 _ 本案部份發明人於我國專利發明第98077號及平行美 國專利第6042714號中揭示一種適於測量液體中過氧化氫 濃度的電化學感測器，其包含一可傳導電流之傳感器 • (transducer)及附著在該傳感器表面上之具下列化學式 •的混價化合物（mixed-valence comp〇und): M/+[Fe(II)(CN)6] 式中 Μ為 Co、Ni、Cr、Sc、V、Cu、Mn、Ag、Eu、Cd、&、

Ru或Rh，z為]V[之價數；以及y = 4/z。該發明亦揭示一種適 _於測篁液體中一過氧化氫先驅物濃度之電化學感測器，該 過氧化氫先驅物能在適當反應條件下於該液體中被反應而 產生過氧化氫，該過氧化氫先驅物電化學感測器包含一可 =導電流之傳感器，及一附薯在該傳感器的一表面上的組 :物，該組合物包含上述之混價化合物及一催化劑，其中 該催化劑能催化該反應。此發明使用之混價化合物作為工 作電極，相對於3M KC1 Ag/ AgCl參考電極施加〇丨V至_〇 2V 電位，催化過氧化氫的還原，以進行過氧化氫濃度的 里於是可避免溶液中易氧化物質[例如：維生素c酸 1314211 (ascorbic acid) ’ 尿酸（uric acid)，多巴胺（dopamine)，半胱 胺酸（cystein)和乙醯基盼（acetaminophen)]的干擾.，以及溶 液中氧氣的干擾。此前案之内容藉由參考方式被併入本案。 本案部份發明人於我國專利發明第245894號揭示一 種電化學感測器，包含一可傳導電流之傳感器，以及附著 在該傳感器表面上具有下列化學式的混價金屬氧化物： 其中Μ為過渡金屬’且同時具兩種或兩種以上的不同價 態；X為該Μ金屬之莫耳數；y為氧之莫耳數，且2y = (χιΚζι) + (Χ2)(Ζ2)…，+ (Χη)(Ζη)，其中Ζι，Ζ2,…％代表該]^金屬之所 有4貝態，χΐ5 χ2，…χη分別代表具Ζι，ζ2，· ％之價 的莫耳數，其中η為正整數，且Χι + Χ2+...+χ Ζ2，…ζη之價態的Μ金屬 X。此發 明同時揭示測量溶液中過氧化氫及過氧化氫先驅物的濃度 的方法。此前案之内容藉由參考方式被併入本案。 發明内容 本發明主要是以含鈷之金屬氧化物或金屬錯合物發展 量測溶氧濃度的電化學感測器， 療檢一 使用於一般環境檢測及醫

金屬 於溶 器， 電位 上可 1314211 問題’藉由印刷電極技術將檢測平台微小化 式電化學福喷丨μ 並、、、〇 &虹吸 电化学H式片’將利於可攜式檢測 速、穩定、彻々丄 #求’提供快 心 低成本、低干擾及高靈敏度之檢、、ΡιΙ $ μ 於溶液中各式生醫之檢測糸統’應用 資 衣兄之〉今氧檢測工作。 由於混價金屬氧化物或金屬錯合物本 所構成，化學性質較A穩—计目士 疋由配位鍵結 質較為穩疋，並具有利於電子傳導之 故適於製備電化學感測器，料它們不 ’ ’ 溫度等因辛影響，^t μ甘似府 兄屋度及 '易於取得，使得本發明 的-乳感測器更適合被商品化，甚至進—步結合酵 以製備生化感測器。 ’、 實施方式 本發明建立在-種傳感器上進行液體中溶氧量測，例 如電化學電極即為本系統最適用於傳導電流之傳感器 (transducer) ’在其表面上修飾含鈷金屬氧化物或金屬錯合 物，可作為電化學安培法使用之工作電極，並且對於氧氣 具有輔助催化還原之能力，可應用於發展量測溶氧濃度之 電化學感測器。 本發明中附著在傳感器表面上具催化氧氣還原特性的 含鈷金屬氧化物或金屬錯合物，主要是由鈷金屬核和氧原 子或配位基所組成的化合物，由於銘金屬核在配位後具有 内部價電核轉移的特性，可供作為適當的電子傳 遞路徑， 使該化合物能夠在適時的控制電位環境狀態中，依需要傳 遞及推動電子’以達成電核轉移並催化氧氣還原的目的。 1314211 本發明鈷金屬氧化物其化學式可表示為c〇x〇y，式中 的’’X”代表鈷原子之個數，”y，，代表氧原子個數，具代表性 、 之例子為C〇3〇4 ’或表示為四氧化三結。 ‘ 本發明的鈷金屬錯合物其化學式可表示為CoaLb，式中 的”a”代表鈷原子之個數，，’b”代表配位基（L)的個數，具代 表性之例子為鈷酞花青素（cobah(II) phthal〇cyanine，簡寫 為Co(PC))’及氰鈷胺素（cyan〇c〇ba][amin)(或稱為維他命

Bia (Vitamin BJ);亦或是其他以鈷為中心金屬的大環錯合 物。 虽上述之鈷金屬氧化物或金屬錯合物修飾電極被用來 測夏溶液中的溶氧濃度，並作為電化學安培法量測之工作 電極時’該銘金屬氧化物或金屬錯合物便從還原態，經過 溶液中氧氣氧化後成為氧化態，而形成結構上的電洞型 式’此時電洞結構再經由鈷金屬氧化物或金屬錯合物的内 部價電子轉移之特性，傳遞到與傳感器接觸之介面，在電 • 極施加還原電位之下，將電洞傳遞至傳感器上，以完成電 子傳遞迴路，用以降低直接量測氧氣所需之偵測電壓，並 得到溶氧之響應訊號。 利用此一鈷金屬氧化物或金屬錯合物修飾之傳感器， 在作為電化學安培法的工作電極時，可在還原電位被施加 在0至-〇_3 V的區間（相對於3M Ag/AgCl參考電極），用以 量測溶液中氧氣之濃度，兼具有快速的反應時間、廣泛的 線性痕度分析範圍、高的分析靈敏度、以及較佳的系統穩 疋性。另外，钻金屬氧化物或金屬錯合物修飾電極的彳貞測

10 1314211 電位區間，係在不受環境中重金屬物質及易氧化物質干择 的電位下進行，同時經由合適之電解質及pH等環境之調 控’亦可進一步降低其他環境干擾物的影響。而環境中常 見之重金屬干擾物質包含有Cu2+、Cr3+、Cd2+、Fe2+、Cq2+ 等’有機干擾物包含有樟腦（Camphor)、腐植酸（Humic aCld)、Ρ·硝基酚（P_Nitrophenol)等皆無重大干擾。 本發明所使用之鈷金屬氧化物或金屬錯合物大多為非 水溶性、高化學穩定性之物質，故相當適合於運用在界面 修飾技術及電化學應用分析上。而本發明利用含鈷之金屬 氧化物或錯合物修飾技術來製備電極也相當容易，可以直 接將市售之鈷金屬氧化物或金屬錯合物，例如四氧化三鈷 (C〇3〇4)或鈷酞花青素（c〇(pc))，以固定比例與導電油墨混 合，作為一複合材料，直接將此混合油墨經由塗佈、化學 修飾、濺鍍或雷射蒸鍍法等方式修飾於電極表面上，形2 厚膜電極，待油墨乾燥後即可使用於溶液中進行電化學量 測工作。而水溶性材料部分亦可藉由相同方式進行電= 飾，利用導電油墨中的石墨成份均勻吸附金屬錯合物的特 性’加上高分子材料的包覆作為修飾電極，例如氰姑胺素。 本發明以上述方式，利用固態電極對於溶液中的氧氣 進行電化學量測’由於待測液體的體積相當大，於是該待 測液體必須藉由固定速度的攪拌，而成為均勻相進行量 測，然而，另一方面，本發明的另一可施行的量測模式可 透過網版印刷電極，大量製作溶氧感測試片，將含銘金屬 氧化物或鈷金屬錯合物混合於導電油墨中，依模板設計在 11 1314211 傳感器之工作電極表面上進行電極修飾，即可製成微型化 的電化學感測試片’並在電極上搭配虹吸取樣的設計，此 • 時即使是微篁的待測溶液樣品，皆可迅速取樣偵測，並可 • 以ϋ此裝置有s隔絕後續A氣中之氧氣再溶入樣口口口中所造 成的影響與誤差，以利於電化學溶氧感測器即時偵測樣品 中之溶氧量，當該電化學感測器的工作電極表面積縮小到 其電流訊號不會受到該待測液體所引起之實質電位降時， 鲁 該參考電極亦可省略不用。 本發明的虹吸式印刷三電極電化學定量檢測試片包 含： • 丨·網版印刷基材，可為各式白色之塑膠或塑膠合成紙， 其中’塑膠可為PP、PE、PVC、PET.··等材質，厚度在〇.lmm 〜2mm之間，可配合於各式載具上進行印刷。 2·對偶電極及電極線路導電部分，可為碳、金、銀、白 金材質的導電油墨，在上述之基材上配合網版、鋼板直接 • 印刷，無須在基材上先印製導電物質增進導電度。 3. 參考電極，可為銀或是銀/氯化銀材質之導電油墨， 可在上述電極線路導電部分上印刷，亦可直接在上述基材 上配合網版、鋼板直接印刷，無須在基材上先印製導電物 質增進導電度。 4. 工作電極，主要可為混有鈷金屬氧化物或鈷金屬錯合 物之碳、金、銀、白金材質的導電油墨，可在上述電極線 路導電尾端部分印刷工作區域，並配合以鋼板或網版方式 製備。 12 1314211 5·絕緣層’主要是不具導電性油墨或絕緣之黏著劑，可 配口肩版印刷方式製備，乾燥方式可為熱烘乾及照射交 聯方式，或是以雙面黏貼膠帶取代該位置，皆可用以阻隔 導線部分不要與待測液體接觸並與上蓋構成一反應區。 6.上覆蓋膜部分，主要是高分子材質之上覆蓋膜，其被 貼合在基材上將該絕緣層蓋住，並在該上覆蓋膜上開一適 當孔洞’以提供排氣並限制液體被吸人反應區之高度用， 其中在該基材上沒覆蓋該絕緣層之部分，與上覆蓋膜間存 在有一間隙，用以藉由主ά总 猎由毛細官/虹吸作用將待測液體吸入基 材上電極反應區。 一適合於實驗室製備本發明的虹吸式印刷三電極電化 學定量檢測試片之方法，如圖⑴所示，包含以下步驟： 1. 裁切適當之合成紙基材10(試片大小長4 5公分，寬i 公分），放於載具上等待印刷。 2. 在基材上印刷三電極之導線3〇,依右而左分別作為參 =電極、工作電極及對偶電極的導線，再以40〜5(TC烘乾40 分鐘，其中最左邊導線的圓弧形底端被作為一對偶電極 20，如圖1所示。 立3·在^基材上印刷參考電極4〇’電極面積不需太大，需有 刀重疊於之刚所印二條導線之最右邊導線的底端部分， 再以40〜5〇°C烘乾40分鐘，如圖2所示。 人4.在基材上印刷工作電極5 〇，此部分之油墨必須均勻混 合催化劑後再行印刷’且印刷部分必須完全重疊於之前所 印三條導線之中間導線的底端圓形部分，再以3〇〜4(rc烘乾 13 •1314211 40分鐘，如圖2所示。 5. 使用機械模具沖出成型的雙面黏貼膠帶（膠厚度為 15μΜ)對準貼在基材上，撕下離型紙得到絕緣層6〇，絕緣層 60蓋在該三條導線的中段，使得該三條導線的兩端為其所 隔開，及該絕緣層進一步封蓋住該圓弧狀對偶電極2〇的底 4，於是形成包含該對偶電極2〇、工作電極5〇及參考電極 4〇的反應區，及形成位於該反應區兩側的通道，如圖3所示。 6. 如圖4所示，將具有一穿孔81 (直徑〇 5 mm)之高分 子上覆蓋膜80做對位校正，貼合於該基材1〇上的雙面膠絕 緣層60，並在該上覆蓋膜8〇與該基材1〇之間形成毛細管/虹 吸作用區。該上覆蓋膜的穿孔81在該工作電極5〇上方作 為排氣並限制待測溶液接觸工作電極的面積，以降低偏測 所產生的變率。 圖1至4所的虹吸式印刷三電極電化學定量檢測試片其 電極面積為：工作電極，丨.78 mm2 ;參考電極，！ 5 mm2 ; ，偶電極，大於6lW;上覆蓋膜與底材間的空隙為虹吸樣 品空間，經純水秤重量測其體積固定為1〇μ[。 本發明之其他特色及優點將於下列實施範例中被進一 步舉例與說明，而該實施範例僅作為輔助說明，而並非用 於限制本發明之範圍。 實施例一：以四氧化三鈷（C〇3〇4)發展氧氣電化學感測器 (1)電極之前處理 首先將石墨旋轉電極以〇.1μιη的氧化鋁粉拋光後，再 14 1314211 =淨的去離子水在超音波下錢三分鐘，接著再重複上 =驟—次’最後再以乾淨的去離子水連續沖洗兩次即 二此處理後的電極以循環伏安法檢驗電極狀況，以確 疋電極面無吸附。 (2) 工作電極的製備 :固定5〇%比例之c〇3〇4與導電油墨均句混合，再以 =馮稀釋至適合進行塗佈修飾之比例（ 其塗佈在前述處理過的空白石墨旋轉電極上， = 燥2。分鐘’即可完成修飾電極的製備。 (3) 偵測條件與方式 及白=備好的工作電極、自製3MKClAg/AgC1參考電極 =白金輔助電極同時放入〇.〇5Μ &pH8^酸鹽緩衝溶液 ^添加G.15MNaC1以增加導電度，藉由定電位安培法 D式，施加-300 mV(vs. Ag/AgC1)作為偵測電壓，並以 水槽保持緩衝溶液之溫度在饥，並以旋轉控制 一口 ：在電極轉速625 ΓΡΠ1下攪拌該緩衝溶液，藉由得 々、穩疋狀態電流，債測該緩衝溶液之溶氧濃度；而缓衝 =的溶氧量控制’則利用分批定量注人飽和溶氧之緩衝 K的方式’使每次添加皆能提升分析樣品的 以利於定電位Μ。 辰又 (4)結果 在的分析特性上’分減量注人飽和溶氧水溶 響待測的緩衝溶液後，觀察濃度對工作電極的實際電流 接著再將所測得的穩定響應電流（μΑ)訊號對添加 15 I3l42li 溶氧濃度作圖，發現從0.015nlM至0.781 mM溶氧濃度範圍 内’分析物濃度對電流訊號明顯呈現一線性關係（相關係數 • 為0.998)，以最小平方法處理後所獲得的直線斜率（靈敏度） - 為 1.002 mA/mM.cm2，如圖 5 所示。 在其他分析特性上，本偵測系統的反應時間（1〇%〜9〇0/。 電流響應區間）約為3.0秒；對於濃度〇_25mM的溶氧水溶 液，以0.05MpH8並添加〇.15MNaC1的磷酸鹽緩衝溶液， 鲁進行再現性評估，在重複量測17次的情況下，所得的相對 軚準偏差為3.5%;此外，若在訊號雜訊比（8/>^為3的前提 下’本系統的偵測極限可達0.34μΜ。 ^ ^最後對於干擾物影響程度進行探討，實驗結果顯示， -當溶氧濃度控制在0.25mM時，接著加入100μΜτ述干擾 物進行探討時，例如Cr + 3、Cd + 2、Cu + 2、c〇 + 2、^ + 2、樟腦、 p-磺基齡及濃度為1G() ppm的腐植酸等，皆不會產生明顯 的量測干擾。 ”

包例一以氰銘胺素（Cyan〇c〇balamin)(或稱維他命B 發展氧氣電化學感測器 (1)電極之前處理 首先將石墨旋棘雷搞Λ 、 電極^ 0.1 Pm的氧化鋁粉拋光後： 以乾淨的去離子水在超音波一 皮下震盪三分鐘，接著再重| 4 v驟一次，最後再以乾潘从+社 y ^孕的去離子水連續沖洗兩4 了’如此處理後的電極以循 e, _ 卜 循衣伙文法檢驗電極狀況，ΰ 疋電極面無吸附。 16 1314211 (2)工作電極的製備 合，：固2 15%比例之氰鈷胺素與45%導電油墨均勻混 :取：環己，4〇%稀釋至適合進行塗佈修飾之比例，接 上，^L並將其塗佈在前述處理過的空白石墨旋轉電極 溶液=溫We乾燥3〇分，再放入〇·〇5Μ PH 6的填酸緩衝 製備。’以轉速625rpm的情形下穩定電極25分鐘即完成 _ (3)偵測條件與方式 及白==广作電極、自製3MKC1Ag/AgC1參考電極 白金輔助電極同時放入0.05MpH3㈣酸鹽緩衝溶液 ‘ ^加0.lMNaC1増加導電度，以定電位安培法的量 •;方式’施加侧mV(vs. A —)作為偵測電位，並以 溫循環水槽保持緩衝溶液之溫度能維持在说，並以旋 控:馬達固定在電極轉速·啊下攪拌該緩衝溶液， ^由得到—穩定狀態的電流，以偵測該緩衝溶液之溶氧濃 •度；而緩衝溶液的溶氧量控制，則利用分批定量注入飽和 溶氧之緩衝溶液的方式，使每次添加皆能提升溶氧濃度， 以利於安培法量測。 (4)結果 在感測器的分析特性上，分批定量注入飽和溶氧水溶 液到待測的緩衝溶液後，觀察濃度對工作f極的實際電流 響應圖’接著再將所測得的穩定響應電流（μΑ)訊號對添加 溶氧濃度作圖’發現從〇.〇15mM至G 6mM6^溶氧濃度範圍 内’分析物濃度對電流訊號明顯呈現一線性關係（相關係數 17 1314211 為0.999)，以最小平方法處理後所獲得的直線斜率（靈敏度） 為 1.369 mA/mM.cm2，如圖 6 所示。 在其他刀析特性上’本偵測系統的反應時間⑽％〜列％ 電流響應區間）約為8.8秒；對於、曾麻Λ κ Ρ 對於濃度0.25 mM的溶氧水溶 液以0.05M pH 3並添加01M NaC1 &醋酸鹽緩衝溶液， :行再現性評估，在重複量測2〇次的情況下，所得的相對 ‘準偏差為1.37% ’此外，若在訊號雜訊比(S/N)為3的前 提下，本系統的偵測極限可達9.2μΜ。 _最後對於干擾物影響程度進行探討，根據實驗結果顯 不，當浴氡濃度控制在〇.25mM時，接著加入1〇叫Μ下述 干擾物進行探討時，例如Cr+3、Cd+2、Cu+2、C()+2、Fe+2、 樟腦、p-硝基酚及濃度為1〇〇 ppm的腐植酸等皆不會產 生明顯的量測干擾。 . 實施例三：以鈷酞花青素（c〇balt(II) phthal〇Cyanine)發展氧 氣電化學感測器 (1)電極之前處理 首先將石墨旋轉電極以〇·丨μιη的氧化鋁粉拋光後，再 以乾淨的去離子水在超音波下震盪三分鐘，接著再重複上 述步驟一次，最後再以乾淨的去離子水連續沖洗兩次即 可，如此處理後的電極以循環伏安法檢驗電極狀況，以確 定電極面無吸附。 (2)工作電極的製備 將固定20%比例之鈷酞花青素與導電油墨均勻混合， 1314211 再以環己广稀釋至適合進行塗佈修飾之比例（約稀釋工 〇接著將其塗佈在前述處理過的空白石墨旋轉電極上， ， 固疋30 C乾燥30分鐘，即完成修飾電極的製備。 (3 )彳貞測條件與方式 將製備好的工作電極、自製3M KC1 Ag/Agci參考電極 及白金輔助電極同時放入〇.〇5M PH 8的磷酸鹽緩衝溶液 中，並添加〇.15MNaC1以增加導電度，接著以定電位安培 •法的里測方式，施加·300ηιν(ν3· Ag/AgCl)作為偵測電位， 並以怪溫循環水槽保持緩衝溶液之溫度能維持在25t，再 以旋轉控制馬達固定在電極轉速625r㈣下搜摔該緩衝溶 液，藉由得到-穩定狀態的電流，以债測該緩衝溶液之溶 氧/農度，而緩衝溶液的溶氧量控制，則利用分批定量注入 飽和溶氧之緩衝溶液的方式，使每次添加皆能提升溶氧濃 度，以利於安培法量測。 (4)結果 • 在感測器的分析特性上，分批定量注入飽和溶氧水溶 液到待測的緩衝溶液後，觀察濃度對工作電極的實際電流 響應圖，接著再將所測得的穩定響應電流_訊號對添加 冷氧》辰度作圖，發現從〇.〇12mM至〇 925mM的溶氧濃度範 圍内，分析物濃度對電流訊號明顯呈現一線性關係（相關係 數為0.998)，以最小平方法處理後，所獲得的直線斜率（即 靈敏度）為1.235mA/mM.cm2，亦表示於圖7中。 在其他分析特性上，本偵測系統的反應時間（1〇%〜9〇% 電流響應區間）約為2.2秒；對於濃度0.25 mM的溶氧水溶 1314211 液’以0.05MPH 8並添加〇.15MNaC1的磷酸鹽緩衝溶液， 進行再現性評估，在重複量測20次的情況下，所得的相對 ，標準偏差為3.1% ;此外，若在訊號雜訊比（S/N)為3的前提 下’本系統的偵測極限可達0.5μΜ。 最後對於干擾物影響程度進行探討，根據實驗結果顯 示’當溶氧濃度控制在〇.25mM時’接著加入1〇〇μΜ下述 干擾物進行探討時，例如Cr+3、Cd+2、Cu+2、c〇+2、Fe+2 鲁 樟腦、p-硝基酚及濃度為丨〇〇 ppm的腐植酸等，皆不會產 生明顯的量測干擾。 - 基於上述各範例，利用網版印刷電極亦可表示一種量 _測液體中溶氧濃度的電化學方法，適用在上述所有的姑金 屬氧化物或鈷金屬錯合物，其網印電極試片的製備與量測 依照以下步驟： (1) 利用網版印刷技術將三電極系統製備在不透氧的 籲平板絕緣材質上’包含一工作電極（反應區印製有姑金屬氧 化物或鈷金屬錯合物）、一參考電極（主成分為Ag/Agcl油 墨）、一對偶電極（主成分為導電碳糊）； (2) 將上述印製完成的微型化溶氧電化學感測試片進 一步加工及封裝，搭配虹吸取樣的設計，可將取樣體積控 制在10μί的微量範圍，迅速進行取樣偵測，並可藉此虹吸 裝置有效隔絕後續大氣中之氧氣再溶入樣品中所造成的影 響與誤差，以利於電化學溶氧感測器即時偵測樣品中之溶 氧量； 20 1314211 ⑺虹吸裝置為試片兩側開口的設計，位於試片_區 兩方’該區包含有對偶電極、參考電極及本發明所提及的 含銘金屬氧化物或金屬_八％i& 、曰π物修飾工作電極的偵測區域範 圍，使該待測液體能Μ出Α ^ 此错由虹吸現象進入反應偵測區，同時 接觸三電極系統，並迅读 I迅遑充滿上述偵測區域範圍，以 測進行； 1胃 (4)在取樣後，藉由進行定電位時間安培法

(chr〇noamperometry)的量測，而從該化學感測器的傳感器 中獲得一瞬間電流； 〜° 〃（5)將上述步驟量取得到之瞬間電流，進—步與已知溶 乳濃度之液體樣品在相同量測法下所測得之電流值進行比 對，而计算出該待測液體中的溶氧濃度。 热悉上述技術者可以明顯的在不脫離本發明的精神或 範圍内，對本發明做出許多方面的修飾與變化。因此本發 明實涵蓋以下所附申請專利範圍及該等修飾和變化。 圖式簡單說明 圖1顯示製備本發明的虹吸式印刷三電極電化學定量 檢測試片時’將導線印刷在基材上的平面示意圖。 圖2顯示將參考電極及工作電極印刷在圖1的基材上 的平面示意圖。 圖3顯示將絕緣層貼合在圖2的基材上的平面示意圖。 圖4顯示將一上覆蓋膜貼合於圖3的基材上的平面示 21 •1314211 意圖。 圖5顯不了以疋電位文培法測量被分批定量注入溶氧 水溶液之緩衝溶液的王作電極之穩定電流，其中該工作電

極為依本發明之實施例一含# JUL 貝j凡成的C：〇3〇4溶氧電化學感測 器，其中的橫轴為過氧化氫濃度（福），縱轴為電流⑽）。 圖6 ,4 7F 了以疋電位安培法測量被分批定量注入溶氧 水溶液之緩衝溶液的工作電極之穩线流，其中該工作電 極為依本發明之實施例二士、认 „ 、 成的鼠鈷胺素溶氧電化學感測 器’其中的橫軸為過氧化翁、、曾由/ b虱，辰度（mM)，縱軸為電流（μΑ)。 =7顯示了以定電位安培法測量被分批定量^入溶氧 液之緩衝溶液的卫作電極之穩定電流，其中該工作電 Π依:::之實施例三完成的—花青素溶氧電化學感 =:二？為過氧化氫濃度為電流_。 主要70件之圖號說明 ^ / 10.·基材；20 ,對偶電極； 導後· 4η Α 5。..工作電極"。絕❹..導線，4〇.·參考電極； 81..穿孔6°..絕緣層高分子上覆蓋膜； 22

Claims (1)

1314211 a 》年}月丨丨日修(更)正本 、申請專利範圍

〇9年炸修正) •Si

!•-種測量溶液中溶氧濃度的方法，包 /⑷將-辅助電極、—參考電極及_卫作電二 待測溶液接觸’其中該工作電極包含-可傳導電'I之傳: 器，以及附著在該傳礒薄矣 電桃之傳感 物面上具有C°為化學式的始氧化 物’其tx代表銘氧化物中的姑原子莫耳數， 的氧原子莫耳數； y代表其中 (b)以電化學安培法量測兮拉、目丨丨，〜、六a 含在兮工你㈣，里㈣待測浴液中的溶氧濃度，包 在以工作電極與參考電極之間維持—固 工作電極得到一電流，其 而從該 時，該固定電位為〇.〇vf 如的 王u.wv的轭圍區間； ⑷將步驟⑻量取所得到的電流與已知溶氧濃… 液以步驟⑷及（b)所測得之電流進行比對 待奋 溶液中的溶氧濃度。 出及待測 2·如申請專利範圍第1項的方法，其中X為3及以4。 一二申！專蝴第1或2項的方法，其中步驟⑷進 匕3以目疋授拌速度攪拌該待測溶液，使其呈現— 均句相；加入-電解質於該待測溶液，及加入-阳緩衝： 液於該待測溶液。 、'衝/合 ㈠4臨如巾請專利範圍帛3項的方法，其中該緩衝溶液為 Μ 1緩衝溶液或醋酸_缓彳H ''' 日夂孤緩衝岭液，及該電解質為鹼金屬 1 23 1314211 (2〇〇9年3月修正) 鹵化物。 5.如申請專利範圍第4項的方法，其中該傳感器表面 上被附著有四氧化三钻’該緩衝溶液為pH=8的鱗酸鹽緩衝 溶液，且該電解質為NaC1或KC1。 6-如申請專利範圍第5項的方法’其中該參考電極為 内含3M KC1的Ag/AgCl，及該固定電位為_3〇〇mv。 7.如申請專利範圍第1項的方法，其中該電流為一穩 定電流。 8_如申請專利範圍第丨項的方法，其中該電流為一瞬 間電流。

9.一種虹吸式印刷三電極電化學定量檢測試片，包含 一基材； 附著在該基材的一表面上的式樣化導線，包含互相間 隔開的三條導線，該三料線的—端適於連接—電化學分 :儀器，而該三條導線的另一端分別被形成一對偶電極， :工作電極及一參考電極，其中該對偶電極具有—圓弧 :圖用以形成分佈均勻的電場；該工作電極位於接近該圓 工=的—點，及該參考電極位於該圓弧的周緣且靠近該 工作電極； 24 1314211 (2009年3月修正} 、·邑緣層’其被附著於該基材的該表面上，其中該絕 緣層的上半部份封蓋在該三條導線的中段，使得該三條導 線的兩端為其所隔開，及該絕緣層的下半部份附著在沿著 該圓孤狀對偶電極的底部周圍，於是形成包含該對偶電 極、工作電極及參考電極的反應區，及形成位於該反應區 兩侧的通道；及

一上覆蓋膜其被附著於該絕緣層上及將該反應區蓋 住’使該覆蓋膜與該基材之間形成-間隙，且該上覆蓋膜 設有H，且該穿孔與該三條導線中具有工作電極:導 線接近工作電極的導線部份相對，於是該穿孔具有限制體 積的作用’使得—接觸該間隙的液體會藉由毛細管作用或 虹吸作用，由該通道被吸人該反應區至充滿的狀況，其卜 該穿孔可以限制待測溶液不接觸導線部份；及 該工作電極包含一附著在马 導線上具有^。為化學式 姑氧化物，宜中将矣 代杨減物巾的㈣子莫耳數，及y 代表其中的氧原子莫耳數；及 該參考電極包含附著在該導線上的銀或是銀/氯化銀。 T睛專利範圍第9項所述 材為不導電、不透氧之高分子基材 U·如申請專利範圍第10項所述 枒為咿7 & 心才双項J 4片，其中該 摻合物。 、聚S旨或其等之共聚物 25 1314211 (2009年3月修正) 1 2 _如申請專利 條導線係使用導電 左邊的導線末端具 麵圍第9項所述之檢剛試片，其中該三 油墨印刷於該基材上及該三條導線中最 有—圓弧狀直接作為該對偶電極。 13·0料利_第12項所述之檢 電油墨含碳、I、銀或白金。 具中。亥導 考電利範圍第9項所述之檢測試片，其中該參 係'使用含銀或是銀/氯化銀材質之導 該基材三條導線中最右邊的㈣Wh 試片，其中該工 ’印刷於該基材 15.如申請專利圍第9項所述之檢測 作電極係使用混有該鈷氧化物之導電油墨 三條導線的中間導線末端圓點上。

16.如申請專利圍第9項所述之檢測試片，其中該絕 緣層係使用絕緣且不導_雷β π、未$ 窀及不透氧之絕緣黏著劑或雙面膠 帶，直接黏著於該基材上。 17·如申請專利範圍第9項所述之檢測試片，其中χ為 3及y為4。 18.如申請專利範圍第9項所述之檢測試片，其中該上 26 1314211 (2009年3月修正) 覆蓋膜為不導電及不透氧之高分子材料。

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