[实用新型]一种集成微纳传感器

说明书

提供一种用于检测水中pH值、电导率和温度三参数的集成微纳传感器，包括键合在一起的硅基片(14)与玻璃基片(10)，硅基片(14)上分别设置有温度传感器(1)、pH值传感器(2)和电导率传感器(3)，pH值传感器(2)包括呈内圆环与外圆环布置的铱/氧化铱工作电极(5)与铂对电极(6)，底下设置向下开口腔，与玻璃基片(10)形成氯化钾饱和溶液储液腔(12)，储液腔(12)顶壁设置纳米级锥形微孔(9)阵列通道；玻璃基片(10)设置注液孔(13)，配置密封胶；玻璃基片(10)上表面设置有铂电极引线(11)，其末端设置银/氯化银参比电极层(7)；可以测量水环境同一个位点三个参数。

技术领域

本实用新型涉及一种用于海洋、江河、湖泊、水库等水体pH值、电导率和温度三参数快速在线检测的集成微纳传感器，属于环境保护技术领域，也属于传感器技术领域。

背景技术

pH值、电导率和温度是表征水环境质量的基本参数，在环境水体、家庭饮用水及海洋水体质量控制的必测指标。三个参数之间相互关联，互相影响，因此在测量时必须同时同位点测量以达到准备测定的要求。常规pH采用玻璃电极采用电化学法进行测量，响应时间较长；电导率采用双电极进行测量，温度采用铂电阻进行测量，三个传感器分立测量为主，部分集成包装在一起进行测量。

在常用的电化学测量pH值的三电极体系中，工作电极采用玻璃碳电极，参比电极为Ag/AgCl电极，对电极采用铂金电极。该体系多为三个独立的较大电极，不能与其他电极集成制备在一个传感器芯片上，工作电极与对电极之间间距、相对面积难以控制，测量的准确性受到影响。有文献报道基于微纳制造技术发展了微型Ag/AgCl全固态参比电极，但由于电极所需的氯化钾饱和溶液在电极表面的保存时间很短，所以电极的使用寿命不长，不能满足传感器长时间连续工作的要求。

本案申请人在2017年11月29日递交了一件名为“银/氯化银参比电极及其制作方法”的发明专利申请，2018年04月20日公布，文献号为CN107941876A，提供了一种Ag/AgCl参比电极及其制作方法，其显著特征在于集成了锥形微孔阵列的微结构，既可以起到离子交换的功能，也有效降低离子交换的速度，大幅提高电极的稳定性和使用寿命。本实用新型可以看作是在此技术基础上进一步的研发成果。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于海洋、江河、湖泊、水库等水体同一个位置点与时间点的pH值、电导率和温度三参数快速在线检测的集成微纳传感器，克服现有传感器的缺点，传感器的集成程度高，使用寿命长，稳定性好。

为了解决上述技术问题，本实用新型微纳传感器所采用的技术方案为：

一种用于水体pH值、电导率和温度三参数快速在线检测的集成微纳传感器，包括可与硅片键合的Pyrex7740玻璃基片(10)，玻璃基片(10)上面以与其键合的方式覆盖有表面为(100)晶面、双面抛光并氧化的硅基片(14)，二者键合成一体；其特征在于，硅基片(14)上分别设置有温度传感器(1)、pH值传感器(2)和电导率传感器(3)，温度传感器(1)为设置在硅基片(14)表面的铂丝热敏电阻(15)，电导率传感器(3)为设置在硅基片(14)表面的2对铂电极(16)；pH值传感器(2)包括设置在硅基片(14)表面分别呈内圆环与外圆环布置的铱/氧化铱工作电极(5)与铂对电极(6)，位于内圆环的铱/氧化铱工作电极(5)底下设置向下开口腔，该开口腔与所述玻璃基片(10)形成用于储存氯化钾饱和溶液的储液腔(12)，储液腔(12)顶壁设置采用湿法腐蚀刻蚀出的多个外壁孔径大内壁孔径小的纳米级锥形微孔(9)，形成位于铱/氧化铱工作电极(5)内圆环内的锥形微孔(9)阵列，每个锥形微孔(9)作为与外界待测物相接触进行双方离子交换的纳米通道；所述玻璃基片(10)设置有与所述储液腔(12)相通的注液孔(13)，并配置有用于封装所述注液孔(13)的密封胶，所述储液腔(12)中储存有经注液孔(13)注入的氯化钾饱和溶液；所述玻璃基片(10)上表面设置有铂电极引线(11)通入储液腔(12)，在铂电极引线(11)末端段的上表面设置有银/氯化银参比电极层(7)。