[发明专利]pH指示剂装置和制剂

说明书

发明背景

可靠地测试流体样品的pH的需要是许多行业的要求，特别是其中pH指示潜在的品质、安全性或健康问题的行业。pH测量在例如医药、生物、化学、农业、林业、食品科学、环境科学、海洋学、土木工程、化学工程、营养学、水处理和水净化中是重要的。

定期地测试水的pH。例行监测饮用水的pH以确保其是饮用安全的，而例行测试游泳池中的水以确保其对于在其中游泳是安全的。监测鱼塘或河水的pH变化可以指示环境污染。在农业和园艺中，获知土壤的pH不仅可以指导选择合适的农作物，还可以辨别是否存在局部环境问题，如污染。在食品和酿造行业，保持适当的pH范围在食品和饮料加工过程中发生的许多物理和化学反应中是至关重要的。监测体液的pH可能是有用的诊断方法。例如，已经证明，唾液的pH可以预测对一系列疾病的易感性，包括癌症、心脏疾病和骨质疏松症。

pH测试通常使用pH计来进行，但是对于许多应用而言这些难以实施，因为它们需要使用标准缓冲溶液来定期校准。此外，玻璃电极是脆弱的，并且必须时常保持湿润，通常在酸性溶液中以避免pH传感膜脱水和随之导致的电极功能障碍。一次性pH试纸是可用的，但是由于随测试样品的pH而改变颜色的持久性，试纸不能展示pH的任何经时变化。此外，一次性的特征增加了成本意涵。

存在对于能够实时、可逆且稳定地检测流体中pH的装置的需要。

发明概述

本申请公开了涉及具有用于监测流体pH的pH指示剂的装置的装置与方法。其它优点和改进在阅读本申请时对于本领域技术人员而言将显而易见。

在一个方面，提供用于测定流体样品的pH的装置。该装置优选包括经配置成接触该流体的表面和共价固定在其上的pH指示剂，其中pH指示剂在与该流体接触之前具有第一颜色并随着该流体的pH沿颜色谱（colour spectrum）改变颜色。在实施方案中，pH指示剂响应pH的改变而改变颜色，并且在例如大约0.1单位、大约0.2单位、大约0.3单位、大约0.4单位或大约0.5单位pH间隔的间隔下，这种颜色变化可检测到。所设想的是，检测水平将根据所用的检测工具类型而改变。例如，能够检测光的颜色变化的电子检测器如测色计（colour meter）能够检测到0.1单位的pH变化。与之相比，人眼仅能够目视检测与大约0.5单位的pH变化相关的颜色变化。在实施方案中，在该装置中使用的pH指示剂能够检测到大约pH 0至大约pH 14的pH，并通过沿颜色谱的颜色变化的方式指示pH变化，该谱中各种颜色与特定pH相关。在实施方案中，pH指示剂能够检测大约pH 5.0至大约pH 10.0的pH。在实施方案中，pH指示剂能够检测大约pH 5.5至大约pH 9.5的pH。更特别地，pH指示剂能够检测大约pH 6.5至大约pH 9.5的pH。合适的pH指示剂包括苯基偶氮化合物，如表1中列举的那些，其可获自Fraunhofer EMFT, Germany。

表1：苯基偶氮化合物

编号化学名称GJM-5142-[4(2-羟基乙基磺酰基)-苯基]二氮烯基]-4-甲基苯酚GJM-5461-羟基-4-[4[(羟基乙基磺酰基)-苯基偶氮]-萘-2-磺酸盐/酯GJM-4922-氟-4-[4[(2-羟基乙烷磺酰基)-苯基偶氮]-6-甲氧基苯酚GJM-5344-[4-(2-羟基乙基磺酰基)-苯基偶氮]-2, 6-二甲氧基苯酚

在一些实施方案中，pH指示剂是三芳基甲烷染料。在一些实施方案中，pH指示剂是荧光染料。