[发明专利]一种自储水自补水pH传感器

说明书

本发明提供一种自储水自补水pH传感器，包括基底、工作电极、参比电极、第一压电式微泵、储水装置和第二压电式微泵；工作电极、参比电极、第一压电式微泵、储水装置和第二压电式微泵设置在基底上；工作电极和参比电极分别通过电极引线与焊盘连接；第二压电式微泵、储水装置和第一压电式微泵依次连通，第一压电式微泵的出口用于将液体流至工作电极。基于本发明pH传感器，可以实现自储水自补水的功能，解决了现有土壤、基质pH原位检测过程中受含水量影响大、含水量低对pH准确原位检测限制，以及微流体技术应用于pH电化学传感器存在水量偏少、易阻塞等问题，提高了土壤、基质pH原位检测准确性。

技术领域

本发明属于土壤、基质pH传感器领域，具体涉及一种自储水自补水pH传感器。

背景技术

栽培土壤、基质pH原位检测是实现栽培自动化智能化基础和关键之一。栽培土壤、基质是由多种矿物质及有机物颗粒、一定量水分和空气混合组成的一种非均相体系，颗粒松散、间隙大，组分、水分变化大，使得土壤、基质表现出不同的物化特性，这给土壤、基质pH原位检测带来极大困难。研究开发新型pH传感器，提高其检测灵敏度和适应性，降低检测误差意义重大。

pH值是指氢离子浓度值。氢离子是由酸在水中电离产生，随水而存在，极易被水分子吸引生成水合氢离子(H₃O⁺)，随水分子运移。在土壤、基质等非均相体系水溶液中，可以形成有效的氢离子，并以水合氢离子H₃O⁺的形式存在。其在插入土壤、基质中金属/金属氧化物工作电极表面与电极进行可逆的电化学反应，形成电化学平衡，产生能斯特响应，检测工作电极相对参考电极电压，可实现对土壤、基质等非均相体系氢离子浓度pH值原位检测。但是当土壤、基质等非均相体系水分不足时，工作电极表面及周围水溶液匮乏，难以在工作电极表面集聚形成有效的氢离子及其水溶液，进而影响pH传感器的原位检测。

目前pH检测方法中，玻璃电极是应用较为普遍的一种，具有高灵敏度、长期稳定性、测量范围广优点，但响应时间长、阻抗高，且由于抗压和抗弯等机械性能差，不适于土壤、基质等非均相体系pH实时原位检测。近年来，对全固态pH传感器的研究越来越多，在机械强度、微型化、耐高温高压等方面具有显著优点。如中国专利ZL200710030222.8基于纳米氧化钨的集成化全固态pH电化学传感器及其制备方法，公开一种集成化的平板式全固态pH电化学传感器，但是其响应时间较长，对含水量较低的半固体测量结果的准确性仍受到限制；又如中国专利ZL201410215729.0全固态一体式pH复合电极装置及其电极的制备方法，公开一种全固态复合电极，具有一定强度和穿刺能力，可用于固体、半固体及溶液pH进行测量，但是其重现性差，受水分含量影响大。

微流体技术是一种在微尺度下对流体实施精密观测、操控与检测的技术，在药品筛选、食品检验、环境监测、化学分析等应用领域有显著优点。目前，借助MEMS相关加工技术，在微型传感器及检测方面应用研究很多。如中国专利ZL200880102829.5微流体传感器复合结构，公开了一种微流体结构的生物传感器，通过在微流体通道中诱导毛细现象，实现血清等生物混合物的自动引入，具有方便携带和大规模生产的优点。又如中国专利201380076240.3微流体感测装置和系统，公开了一种多通道的微流体诊断系统，可以满足细胞培养、细胞移植以及细胞分析等要求。

综上，目前微流体技术具有制作简单、驱动能耗低等优势，其在传感器及检测方面应用是新的发展趋势。但是将其直接应用在土壤、基质pH电化学传感器中，仍然存在储水输水量偏少、微流体通道易阻塞等不足。

发明内容

针对上述现有技术问题，本发明提供了一种自储水自补水pH传感器，解决现有土壤、基质pH原位检测过程中受含水量影响大、含水量低对pH准确原位检测限制，以及微流体技术应用于pH电化学传感器存在水量偏少、易阻塞等问题。基于本发明所述pH传感器，可以实现自储水自补水的功能，在正常含水量下pH传感器能够自动吸水、储水，在低含水量下pH传感器能够自补水，用于实现土壤、基质等非均相体系的pH原位检测，提高土壤、基质pH原位检测准确性。