[发明专利]使用局部环境pH控制的参比电极

说明书

一种用于电化学或离子选择性传感器的参比系统，其中，参比电极与氧化还原活性物质偶联，所述氧化还原活性物质用于设定接近参比电极的低缓冲液/低缓冲容量分析物介质的局部环境的pH。最接近参比电极的低缓冲液/低缓冲容量的pH值控制在比pH7高至少一个pH单位的pH值或低至少一个pH单位的pH值。氧化还原活性物质的伏安响应用作电化学或离子选择性传感器的参比和/或参比信号。

技术领域

本发明的实施例提供了用于离子选择性传感器(例如电化学传感器，玻璃电极，电位传感器等)的参比系统。该参比系统包括与氧化还原活性物质偶联的参比电极，其中参比电极在使用中用于接触低缓冲液/低缓冲容量介质，使得氧化还原活性物质控制电极表面局部介质的酸碱度(pH)。根据本发明，术语低缓冲液用于描述低缓冲液或低缓冲容量介质，其中常见的低缓冲介质包括水，常见的低缓冲容量介质包括海水、盐水、氯化钾(KCl)等，其中介质不是低缓冲介质和/或可能具有高离子强度，但介质具有低缓冲能力。另外，根据本发明，术语“表面局部”是指参比电极表面的近侧/局部的介质环境。因为氧化还原活性物质将在参比电极局部的低缓冲介质中设定pH，所以参比电极将察觉到恒定的pH并对该pH产生恒定的氧化还原反应。在本发明的实施例中，该恒定反应用作离子选择性/电化学传感器的参比。

背景技术

在化学中，pH是用于指定水溶液的酸度或碱度(basicity或alkalinity)的数值标度，近似为氢离子的摩尔浓度的以10为底的对数的负值，以每升摩尔数为单位进行测量。更准确地说，pH为氢离子的活性的以10为底的对数的负值。pH小于7的溶液是酸性的，pH大于7的溶液是碱性的。纯净水是中性的，既不是酸也不是碱。

pH测量在农学、医学、生物学、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、水处理和水净化以及其他许多应用中都很重要。

近一个世纪以来，最常使用玻璃电极进行pH测量。玻璃电极是将玻璃和参比电极组合成一体的组合电极。组合电极由以下部分组成：电极的感应部分，由特定玻璃制成的球泡；内电极，通常是氯化银(AgCl)电极或甘汞电极；内溶液，通常是0.1mol/L KCl或1x10^-7mol/L盐酸(HCl)的pH＝7的缓冲溶液；参比电极，通常与内溶液的类型相同，通常为0.1mol/L KC1；与被研究溶液的接界，通常由陶瓷或微管与石英纤维制成；以及电极本体，由非导电玻璃或塑料制成。

许多行业都不能使用玻璃电极，因为玻璃电极易碎，在使用前需要校准，需要在适当条件下储存。此外，本领域公知，玻璃电极的参比电极——通常是银/氯化银系统——会发生漂移，使得采用玻璃电极的测量结果不准确。包括银/氯化银参比电极在内的参比电极系统的漂移问题是公知的，并且在离子选择性/电化学传感器工业中对于不漂移/不需要重新校准的参比系统的需求还未得到满足。

从化学实验室实践中已知许多化学分析工具，包括例如各种类型的色谱、电化学和光谱分析。特别是，电位滴定法已广泛用于实验室和地下水质量控制领域的水成分测量中。公开号为5223117的美国专利申请公开了一种双端伏安微传感器，其具有内参比，该内参比使用分子自组装以形成参比电极和指示电极都在传感器电极上的系统。参比分子被描述为对pH不敏感(没有质子转移)的氧化还原系统，而指示分子对pH敏感并且由氢醌基(或对苯二酚)氧化还原系统形成，氢醌基氧化还原系统具有随pH变化的电位(pH敏感分子在此称为氧化还原活性物质)。通过在金(Au)微电极上自组装来制备参比分子和指示分子层。在已知的微传感器中，pH读数来自伏安图的峰值读数。