技术领域
[0001] 本
发明属于乙酸检测技术领域，具体涉及一种乙酸电极及其制作方法。
背景技术
[0002] 乙酸是一种重要的
调味品和化工原料，在传统乙酸生产工艺中，基本是以
发酵的方式获得。此外，乙酸也是
微生物培养过程中一种常见的发酵产物。在大肠杆菌的培养过程中，往往有大量以乙酸为主的
有机酸类副产物产生，对大肠杆菌的生长具有抑制作用。在工程菌的发酵中，乙酸的积累不但是工程菌高
密度培养中的主要限制因素，也是影响外源基因的表达的一个障碍。乙酸含量是工程菌发酵过程中需要控制的一个重要参数。而在工程菌的代谢工程研究中，乙酸分析更是不可缺少的一项研究内容，因此有必要对乙酸进行检测。
[0003] 目前常见的乙酸检测方法有高效液相色谱法、酶比色法。其中，高效液相色谱法是以甲醇与0.01mol/L的PBS(pH＝2.0)的混合溶液为流动相，流速为0.5mL/min，紫外检测
波长为210nm，柱温为35℃。用7个不同浓度的乙酸标准液各进样10μL，测定峰面积，绘制峰面积对乙酸浓度的工作曲线。进样品后的峰面积与工作曲线比较得到样品乙酸浓度。
[0004] 酶比色法是使用
醛脱氢酶在还原性辅酶(340nm下有吸收峰)的存在下将乙酸酶解为乙醛，并将还原性辅助酶
氧化为辅酶(340nm下无吸收峰)。通过测定还原性辅酶在340nm波长处吸光度的下降速度来测定乙酸的浓度。
[0005] 上述两种方法中，高效液相色谱法具有检测度高、
稳定性好的有点，但是，仪器设备昂贵，并且需要专业的人士操作、分析，测试过程耗时较长。酶比色法具有检测速度快、特异性高、不受外源物质干扰等特性，但是，
试剂盒中的还原性辅酶和醛脱氢酶价格昂贵，检测成本过高，更重要的是存储过程中易被氧化分解，影响检测稳定性和准确度。因此有必要寻求一种新的乙酸检测方法。
发明内容
[0006] 针对目前高效液相色谱法乙酸检测过程中存在的检测成本高、测试时间成以及酶比色法存在的存储稳定性差、检测稳定性和准确度不高等问题，本发明提供一种乙酸电极及其制作方法。
[0007] 为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
[0008] 一种乙酸电极，包括绝缘盖，以及自所述绝缘盖一表面向
外延伸形成绝缘腔、玻璃管腔及内参比电极，所述绝缘腔、玻璃管腔与内参比电极共轴；所述玻璃管腔外壁周向方向上叠设有外参比电极；所述内参比电极与所述玻璃管腔形成第一腔室，所述第一腔室内填充有缓冲液；所述绝缘腔和所述玻璃管腔形成第二腔室，所述第二腔室内填充有乙酸电极内充液；在所述玻璃管腔远离所述绝缘盖的端部上形成pH敏感玻璃膜；在所述绝缘腔远离所述绝缘盖的端部上套接有乙酸气敏膜；连接所述内参比电极的
导线延伸至所述绝缘盖另一表面外。
[0009] 相应地，一种乙酸电极的制作方法，至少包括以下步骤：
[0010] 步骤S01.向一端开口而另一端形成pH敏感玻璃膜且外壁周围方向上附着有外参比电极的玻璃管腔充入缓冲液，使所述缓冲液充满于所述玻璃管腔内；
[0011] 步骤S02.用插接有内参比电极的绝缘盖封盖所述玻璃管腔的开口端，并使所述内参比电极置于所述玻璃管腔内；
[0012] 步骤S03.向一端开口另一端套接有乙酸气敏膜的绝缘腔中充满乙酸内充液；
[0013] 步骤S04.用步骤S02得到的绝缘盖封盖所述绝缘腔的开口端，使所述玻璃管腔置于所述绝缘腔内，获得乙酸电极。
[0014] 本发明的技术效果为：相对于
现有技术，本发明提供的乙酸电极以对乙酸具有选择透过性的乙酸气敏膜作为乙酸检测的膜层，并且乙酸电极内填充有乙酸电极内充液，进入乙酸电极内部的乙酸在乙酸电极内充液中释放氢离子，改变内充液的pH，为电极所感应并检测，从而实现对乙酸的快速检测。本乙酸电极具有检测灵敏度高、准确性好且可以重复使用、成本低、检测方便的特点。
[0015] 本发明上述制作方法，制作工艺简单可行，并且获得的乙酸电极具有灵敏度高、稳定性好，寿命长的特点。
附图说明
[0016] 为了更清楚地说明本发明
实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017] 图1为本发明实施例中乙酸电极立体意图；
[0018] 图2为本发明实施例中乙酸电极正视示意图；
[0019] 图3为图2乙酸电极沿着腔体
中轴线方向的剖视示意图；
[0020] 其中，1-绝缘盖；2-绝缘腔；3-玻璃管腔；4-内参比电极；5-外参比电极；6-缓冲液；7-乙酸电极内充液；8-pH敏感玻璃膜；9-乙酸气敏膜；10-
紧固件；11-导线。
具体实施方式
[0021] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0022] 请参阅图1、图2、图3的示意图，本发明提供一种乙酸电极，包括绝缘盖1，以及自绝缘盖1一表面向外延伸形成绝缘腔2、玻璃管腔3及内参比电极4。
[0023] 其中，绝缘腔2、玻璃管腔3与内参比电极4共轴；且玻璃管腔3外壁周向方向上叠设有外参比电极5；内参比电极4与玻璃管腔3形成第一腔室，所述第一腔室内填充有缓冲液6；绝缘腔2和玻璃管腔3形成第二腔室，所述第二腔室内填充有乙酸电极内充液7；在玻璃管腔
3远离绝缘盖1的端部上形成pH敏感玻璃膜8；在绝缘腔2远离绝缘盖1的端部上套接有乙酸气敏膜9；连接内参比电极4的导线11延伸至绝缘盖1另一表面外。
[0024] 优选地，绝缘盖1的材料为聚乙烯、交联聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚烯
烃、氟塑料等。
[0025] 绝缘腔2为两端开口的腔体，在一端上套接有乙酸气敏膜9。
[0026] 优选地，绝缘腔2的材料为聚乙烯、交联聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚烯烃、氟塑料等。绝缘腔2主要起到防止外界干扰乙酸测量的目的。
[0027] 优选地，乙酸气敏膜9为聚四氟乙烯膜、
醋酸纤维素膜、聚氯乙烯膜、聚偏氟乙烯膜、聚丙烯膜、
硅胶膜中的任一种，这几种膜具有疏
水透气性好、绝缘性高、耐酸耐
碱且
抗拉强度大的特性。由于其具有良好的疏水透气性，只允许不带电荷的分子、如乙酸、氧气、氮气+通过，而带有电荷的分子如H则不能通过，从而可以显著的提高测试的准确性。
[0028] 进一步优选地，乙酸气敏膜9的膜孔径为0.01～0.8μm，膜厚度为10～100μm。
[0029] 当乙酸气敏膜9为聚四氟乙烯膜时，其孔径为0.1μm、厚度为25μm，该孔径尺寸和厚度可以使得乙酸分子在膜两侧快速的建立扩散平衡，从而加快检测速度。此外，由于聚四氟乙烯具有很好的耐酸耐碱性能和较强的抗拉伸性能，可以使得电极膜具有超长的使用寿命，可以实现反复测量，从而降低了测试成本。
[0030] 为了使得乙酸气敏膜9更好的贴附于绝缘腔2外壁，避免绝缘腔2内的填充液外漏或者外界其他物质通过缝隙进入绝缘腔2内而造成测量误差，采用紧固件10将乙酸气敏膜9紧固于绝缘腔2的外壁面上。
[0032] 玻璃管腔3为两端开口的腔体，将其一端与pH敏感玻璃膜8熔合形成一体，使得玻璃管腔3的一端封闭。
[0033] 优选地，pH敏感玻璃膜的材料成分，按照
质量百分比为，25％Li2O:7％Cs2O:2％La2O3:66％SiO2。
[0034] 优选地，内参比电极4和/或外参比电极5为Ag/AgCl参比电极，以Ag/AgCl参比电极作为内参比电极和/或外参比电极，具有电势稳定，重现性很好且在
温度变化时仍然表现出良好的稳定性。当然，内参比电极4和/或外参比电极5不局限于Ag/AgCl参比电极，也可以采用Au、Pt、
石墨等。
[0035] 缓冲液6为
柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液、
磷酸氢二钠-磷酸二氢
钾缓冲液、MES(2-(N-吗啡啉)乙磺酸)缓冲液中的任一种。缓冲液6的pH值为5.2～5.6。在这个pH条件下，既可以使乙酸有足够的蒸气压穿透乙酸气敏膜9进入乙酸电极内充液7。又可以抑制样品中可能存在的其他干扰物质如
氢氟酸、
甲酸、二氧化
碳，二氧化硫等
酸性气体透过乙酸气敏膜9对测试结果产生干扰，从而大大提高了乙酸电极的抗干扰能
力。
[0036] 乙酸电极内充液7为CH3COONa浓度为90～105mmol/L、NaCl浓度为135～150mmol/L、丙三醇质量含量为6％的双蒸水溶液。其中，丙三醇的质量含量可以扩展为0.5～23％，丙三醇在该质量含量下均可以防止气泡进入电极，从而提高了电极的稳定性。
[0037] 本发明的工作原理为：
[0038] 首先使用缓冲液6处理样品，使样品中的乙酸盐按一定比例转化为乙酸分子，而乙酸分子具有可穿透乙酸气敏膜9的能力。乙酸透过乙酸气敏膜9后，进入乙酸电极内充液7，直至达到平衡，平衡反应如下式(1)所示：
[0039]
[0040] 式(1)中，H+的释放改变了乙酸电极内充液7中H+的浓度从而使溶液的pH值发生了变化，pH敏感玻璃膜8的一侧对这种改变非常敏感，pH敏感玻璃8的另一侧H+的浓度梯度引起穿过pH敏感玻璃膜7的
电压差，这种变化在电压穿过pH敏感玻璃膜7时被电压计测得。
[0041] pH值与样品中的乙酸浓度的关系由以下公式(a)表示：
[0042]
[0043] 式中：Kα为CH3COOH的电离常数。
[0044] 由于CH3COOH的电离常数是一个定值，可以确定为K，而乙酸电极内充液7中的c(CH3COO-)足够大，也可以认为是一个常数。因此公式(a)可以被简化为公式(b)：
[0045] pH＝K-logc(CH3COOH)……(b)。
[0046] 于是样品中的CH3COOH浓度就可以根据上面的公式(b)计算出来。
[0047] 本发明所提供的乙酸电极，一方面，采用pH＝5.4左右的样品预处理缓冲溶液，在这个pH条件下，既可以使乙酸有足够的蒸气压穿透乙酸气敏膜进入乙酸电极内充液，又可以抑制样品中可能存在的其他干扰物质透过乙酸气敏膜对测试结果产生干扰，从而大大提高了乙酸电极的抗干扰能力。
[0048] 第二方面，本发明采用疏水透气性好，绝缘性高，耐酸碱且抗拉伸强度大的乙酸气敏膜。由于其良好的疏水透气性，因此只允许不带电荷的分子通过，而带有电荷的分子如H+则不能通过，从而显著增强了测试准确度。
[0049] 第三方面，在乙酸电极内充液中加入6％左右的丙三醇，可以防止气泡进入电极，从而提高了电极的稳定性。
[0050] 相应地，在上述乙酸电极的前提下，本发明还进一步提供乙酸电极的制作方法。
[0051] 在一实施例中，所述乙酸电极的制作方法至少包括以下步骤：
[0052] 步骤S01.向一端开口而另一端形成pH敏感玻璃膜8且外壁周向方向上附着有外参比电极5的玻璃管腔3充入缓冲液6，使所述缓冲液6充满于所述玻璃管腔3内；
[0053] 步骤S02.用插接有内参比电极4的绝缘盖1封盖所述玻璃管3腔的开口端，并使所述内参比电极4置于所述玻璃管腔3内；
[0054] 步骤S03.向一端开口另一端套接有乙酸气敏膜9的绝缘腔2中充满乙酸内充液7；
[0055] 步骤S04.用步骤S02得到的绝缘盖1封盖所述绝缘腔2的开口端，使所述玻璃管腔3置于所述绝缘腔2内，获得乙酸电极。
[0056] 下面对本发明的制作方法做进一步的详细解释。
[0057] 步骤S01中，所述缓冲液6为柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液、磷酸氢二钠-磷酸二氢钾缓冲液、MES缓冲液中的任一种。并且应当控制所述缓冲液6的pH值为5.2～5.6。
[0058] 步骤S03中，所述乙酸电极内充液7的制作方法为：将CH3COONa、NaCl和丙三醇溶解于双蒸水中，获得CH3COONa浓度为90～105mmol/L、NaCl浓度为135～150mmol/L、丙三醇质量含量为0.5～23％的乙酸电极内充液。
[0059] 优选地，所述乙酸电极内充液中CH3COONa浓度为100mmol/L、NaCl浓度为140mmol/L、丙三醇质量含量为6％。
[0060] 上述步骤S02和步骤S04的封盖过程，具体可以采用环氧
树脂将绝缘盖1分别与玻璃官腔3和绝缘腔2进行密封。
[0061] 本发明上述提供的乙酸电极的制作方法，制作工艺简单可行，并且获得的乙酸电极具有灵敏度高、稳定性好，寿命长的特点。
[0062] 为更有效的说明本发明的技术方案，下面通过多个具体实施例说明本发明的技术方案。
[0063] 实施例1
[0064] 一种乙酸电极，其结构如图1～3所示，包括PVC绝缘盖1，以及自绝缘盖1一表面向外延伸形成PVC绝缘腔2、玻璃管腔3及Ag/AgCl内参比电极4。
[0065] 其中，绝缘腔2、玻璃管腔3与Ag/AgCl内参比电极4共轴；且玻璃管腔3外壁周向方向上叠设有Ag/AgCl外参比电极5；Ag/AgCl内参比电极4与玻璃管腔3形成第一腔室，所述第一腔室内填充有缓冲液6，该缓冲液6为pH＝5.4的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液；绝缘腔2和玻璃管腔3形成第二腔室，所述第二腔室内填充有乙酸电极内充液7，该乙酸电极填充液7的成分为CH3COONa浓度为100mmol/L、NaCl浓度为140mmol/L、丙三醇质量含量为6％的双蒸水溶液；在玻璃管腔3远离绝缘盖1的端部上形成pH敏感玻璃膜8；在绝缘腔2远离绝缘盖1的端部上套接有聚四氟乙烯膜9，聚四氟乙烯膜9采用O型密封圈进行紧固；连接Ag/AgCl内参比电极4的导线11延伸至PVC绝缘盖1另一表面外。
[0066] 为验证实施例1乙酸电极的性能，将其安装至西尔曼科技乙酸分析仪上，配制浓度分别为2mM、6mM、10mM、21mM、30mM、45mM的乙酸样品溶液，标记为P1、P2、P3、P4、P5、P6；然后进行测试，测试结果如表1所示。
[0067] 表1
[0068]样品 P1 P2 P3 P4 P5 P6
理论浓度(mM) 2.00 6.00 10.00 21.00 30.00 45.00
实测浓度(mM) 1.98 6.02 9.97 21.11 29.91 46.03
[0069] 由表1可以看出，本发明乙酸电极检测准确度高，检测范围宽，完全能够满足乙酸生产及微生物培养过程中对乙酸浓度的测试要求。
[0070] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
