專利名稱：一種恒電位固體pH檢測儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及溶液PH值測量領域，具體地來說為一種采用恒電位進行檢測的固體PH測量儀。
背景技術：
pH值是水中氫離子活度的負對數值，是水溶液中不可缺少的重要參數。pH值測量與現代工業、農業、醫學、生物工程、環境及科學研究等領域息息相關。目前已經有多種pH計用于PH測量，包括玻璃電極、金屬-金屬氧化物固體電極、離子選擇性電極、光導纖維pH傳感器、化學修飾pH傳感器、離子敏感場效應管pH計、pH酶傳感器等。其中玻璃電極最為常用，但是這種電極極易破碎，并且還具有體積大、成本高、膜阻抗高而難以微型化的缺點。目前開發的金屬或金屬氧化物型的固體電極，響應速度快，耐用性強，可適用于惡劣環境中，因而受到較多的關注。但是已報導的此類電極，都是基于電極電位與溶液PH值之間的線性關系(專利ZL 200510048911. 2, ZL 99105703.1)，或者是循環伏安峰電流與pH值成正比。電位型pH傳感器的信噪比不高，線性范圍窄，也容易受到其他離子的干擾。采用循環伏安法的PH傳感器，需采用電化學工作站一類的復雜電化學設備，成本高，且難以小型化。申請號為200910018955的中國專利公開了一種液體pH值檢測裝置，在兩個不同的金屬電極之間連接電流值-PH值轉換儀表，以金屬電極在不同pH值的酸性溶液中的電位差為驅動電壓，產生電流，電流大小對應一定的pH值。依據上述原理,這類傳感器中的金屬電極在測量過程中會不斷消耗，引起電極表面狀態不斷變化，導致測量誤差大，且電極壽命有限。根據上述原理制造的PH傳感器僅適用于非常粗略的pH值測量。而粗略測量pH值采用PH試紙更為簡便快捷，費用低。所以基于上述原理的同類pH檢測裝置難以實用化、商品化。
發明內容
針對現有技術中存在的上述不足之處，本發明要解決的問題在于提供一種測量誤差小，精度高，壽命長的恒電位固體PH檢測儀。本發明采用如下的技術方案一種恒電位固體pH檢測儀，其特征在于，該檢測儀包括依次串聯連接的電流值-PH值轉換儀表、恒電位源以及探頭，其中探頭由工作電極和對電極組成，探頭與被測溶液接觸，使電流值-pH值轉換儀表、恒電位源、工作電極和對電極之間形成串聯閉合回路，所述電流值-PH值轉換儀表用于檢測所述串聯閉合回路的電流值，然后將檢測到的電流值轉換為相應的PH值并顯示。所述恒電位源的電壓為_3 3伏之間可調。進一步地，進一步地，所述工作電極材料選自金屬、金屬氧化物、金屬氫氧化物或上述材料的復合物，或金屬、金屬氧化物、金屬氫氧化物與一種或多種聚合物材料的復合物，所述聚合物材料選自聚偏二氟乙烯、磺化聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、或全氟磺酸樹脂；所述金屬優選自鎳、銅、鋁、鈀、鎢、鉬、銥、鉛、或不銹鋼；所述金屬氧化物優選自氧化銅、氧化亞銅、氧化鎳、氧化鈀、氧化鎢、氧化銥、氧化鐵、氧化鉛、或氧化亞鉛，所述金屬氫氧化物選自氫氧化銅、氫氧化鎳、氫氧化鐵、氫氧化鉛、或氫氧化亞鉛；所述對電極為惰性導電材料電極，所述惰性導電材料電極選自鉬、金、玻碳、不銹鋼、銀-氯化銀、或石墨。進一步地，所述對電極的面積與工作電極相對應的面積比為IO8:1到1_2:1之間。進一步地，所述對電極的面積與工作電極的面積比為100 1到1:1之間。進一步地，本發明還提供了一種恒電位固體pH檢測儀，該檢測儀包括電流值-PH值轉換儀表、恒電位源以及探頭，所述探頭由工作電極、參比電極和對電極組成，對電極、電流值-PH值轉換儀表、恒電位源、參比電極依次連接，探頭與被測溶液接觸，使得對電極、電流值-PH值轉換儀表、恒電位源、參比電極之間形成串聯閉合回路，所述電流值-pH值轉換儀表用于檢測所述串聯閉合回路的電流值，然后將檢測到的電流值轉換為相應的PH值并顯示；工作電極連接在電流值-PH值轉換儀表與恒電位源之間。本發明中，恒電位源提供一個恒定的工作電壓，從而使得工作電極和對電極之間產生工作電流。pH值不同，溶液導電能力不同，則造成工作電流大小不同，電流值的大小與氫離子活度成正比，或者與PH值成正比。用標準pH值的溶液校正電流值與pH值的對應關系后，在電流值-PH值轉換儀表上標出對應的電流和pH值，根據所測電流的大小，即可以測定出溶液的PH值。采用第二種方案中，工作電極和參比電極之間加上電壓后，工作電極和對電極之間通過被測溶液形成回路，根據工作電極材料的不同，選擇合適的工作電壓，回路中就可以產生電流，電流大小正比于PH值。由于參比電極電阻很大，不能有效導電，迫使電流主要通過對電極，使對電極與工作電極之間形成有效回路，因此三電極系統中，組成兩個回路即恒電位源、工作電極、參比電極和被測溶液構成回路一，其作用是精確控制工作電極上的電壓值；工作電極、電流值-PH值轉換儀表、對電極和溶液構成回路二，即電流回路。采用參比電極，電壓可以精確控制。不采用參比電極，所加電壓是工作電極、對電極之間的電勢差和溶液中的電壓降之和。在測量過程中溶液中的電壓降無法控制，每次測量都會變化，如果不采用參比電極，由于回路中電流比較大，溶液中的電壓降波動也比較大，造成工作電極上的實際電壓波動較大，引起的測量誤差也較大，測量精度會有所降低。采用參比電極，電壓直接加在工作電極上，與溶液中的電壓降沒有關系，工作電極電壓波動小，測量誤差小，測量精度更高。本發明具有如下的優點和有益效果1.采用電壓為_3 3伏之間的恒電位源作為驅動電壓，金屬或金屬氧化物、氫氧化物或其復合物電極在測量過程中不會消耗(區別于200910018955)，電極表面狀態能維持不變化，測量誤差小，精度高，電極壽命長；2.本發明結構簡單，工作電極可以任意成型或成膜，易于小型化，容易制造和攜帶;3.本發明在恒定的電壓下測量流經回路的電流值，電流值的大小與氫離子活度成正比，或者與pH值成正比。用標準pH值的溶液校正電流值與pH值的對應關系后，根據所測電流的大小，即可以測定出溶液的PH值，具有較高的靈敏度，設備簡單，壽命長，適宜微型化(可采用紐扣電池供電)。
4.本發明所述工作電極與對電極的之間的相對應的面積比范圍經過創造性勞動所的得到的，在此范圍內，PH值的檢測靈敏度高，反應速度快，電極表面狀態變化小；5.本發明給出了所選電極材料與恒電位源電壓之間的選擇關系，在這種對應關系中，所測的PH值精度高，不易出現波動。
圖1為本發明實施例1的結構示意圖；圖2為本發明實施例2的結構示意圖；圖中序號為，I探頭；2對電極；3工作電極；4恒電位源；5電流值-pH值轉換儀表；6參比電極。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細地說明實施例1如圖1所示，本發明提供的恒電位固體pH檢測儀包括依次串聯連接的電流值-pH值轉換儀表5、恒電位源4以及探頭I，其中探頭I由工作電極3和對電極2組成，探頭I與被測溶液接觸，使電流值-PH值轉換儀表5、恒電位源4、工作電極3和對電極5之間形成串聯閉合回路。在具體測量時，根據所選用的工作電極和對電極的材料的不同，而選擇恒定的電壓，本實施例中工作電極為氧化鎳電極，采用片狀，對電極為惰性導電材料，電極采用銀-氯化銀材料，棒狀，恒電位源采用的電壓為O. 7伏。本實施例中對電極的面積與工作電極相對應的面積比為10。采用本實施例的檢測儀對某種水溶液進行檢測，反應靈敏，不受外界干擾，多次檢測后，檢測值穩定，長時間使用后經檢查，電極腐蝕損耗小。實施例2與實施例1的不同之處在于，本實施例中工作電極為氫氧化鎳電極，采用針狀，對電極為惰性導電材料電極采用鉬或表面鍍鉬材料，棒狀，恒電位源采用的電壓為O. 8伏。本實施例中對電極的面積與工作電極相對應的面積比為2。采用本實施例的檢測儀對某種水溶液進行檢測，反應靈敏，不受外界干擾，多次檢測后，檢測值穩定，長時間使用后經檢查，電極腐蝕損耗小。實施例3與實施例1的不同之處在于，如圖2所示，該檢測儀包括電流值-pH值轉換儀表5、恒電位源4以及探頭1，探頭I由工作電極3、參比電極6和對電極2組成，對電極2、電流值-PH值轉換儀表5、工作電極3依次連接，探頭與被測溶液接觸，使得對電極2、電流值-pH值轉換儀表5、工作電極3之間形成串聯閉合回路；工作電極3連接在電流值-pH值轉換儀表5與恒電位源4之間，工作電極3上的電壓由恒電位源4的電壓和參比電極6的電壓值精確控制。本實施例中工作電極為氧化銅，采用棒狀，對電極為惰性導電材料電極，采用棒狀不銹鋼，對電極的面積與工作電極的面積比為60 :1，參比電極選自Ag-AgCl電極，其電壓值在常溫(25攝氏度)下恒定為O. 2229伏,恒電位源的電壓為O. 4伏。采用本實施例的檢測儀對某種水溶液進行檢測，反應靈敏，不受外界干擾，多次檢測后，檢測值穩定，長時間使用后經檢查，電極腐蝕損耗小。并且工作電極電壓波動小，測量誤差小，精度高。參比電極6優選自飽和甘汞電極、或Ag-AgCl電極。實施例4與實施例3的不同之處在于，本實施例中工作電極為金屬鈀，采用棒狀，對電極為惰性導電材料電極，采用片狀玻碳，對電極的面積與工作電極的面積比為20 :1，參比電極選自飽和甘汞電極，其電壓值在常溫(25攝氏度)下恒定為O. 2444伏，恒電位源的電壓為O.1 伏。上述工作電極可以為片狀、棒狀或針狀；對電極為片狀、棒狀或螺旋狀。當工作電極材料采用鎳、氧化鎳或氫氧化鎳，恒電位源電壓選自為O.1V^O. 8V ;工作電極材料采用銅、氧化銅或氫氧化銅，恒電位源電壓為-O. 5V^1. 5V ;工作電極材料采用金屬鈀，恒電位源 電壓為-O. 9疒1. 8V。
權利要求
1.一種恒電位固體PH檢測儀，其特征在于，該檢測儀包括依次串聯連接的電流值-pH值轉換儀表、恒電位源以及探頭，其中探頭由工作電極和對電極組成，探頭與被測溶液接觸，使電流值-PH值轉換儀表、恒電位源、工作電極和對電極之間形成串聯閉合回路，所述電流值-PH值轉換儀表用于檢測所述串聯閉合回路的電流值，然后將檢測到的電流值轉換為相應的pH值并顯示。
2.按照權利要求1所述的恒電位固體pH檢測儀，其特征在于，所述恒電位源的電壓為_3 3伏之間可調。
3.按照權利要求1所述的恒電位固體pH檢測儀，其特征在于，所述工作電極材料選自金屬、金屬氧化物、金屬氫氧化物或上述材料的復合物，或金屬、金屬氧化物、金屬氫氧化物與一種或多種聚合物材料的復合物，所述聚合物材料選自聚偏二氟乙烯、磺化聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、或全氟磺酸樹脂；所述金屬優選自鎳、銅、鋁、鈀、鎢、鉬、銥、鉛、或不銹鋼；所述金屬氧化物優選自氧化銅、氧化亞銅、氧化鎳、氧化鈕、氧化鶴、氧化銥、氧化鐵、氧化鉛、或氧化亞鉛，所述金屬氫氧化物選自氫氧化銅、氫氧化鎳、氫氧化鐵、氫氧化鉛、或氫氧化亞鉛；所述對電極為惰性導電材料電極，所述惰性導電材料電極選自鉬、金、玻碳、不銹鋼、銀_氯化銀、或石墨。
4.按照權利要求1所述的恒電位固體pH檢測儀，其特征在于，所述對電極的面積與工作電極相對應的面積比為IO8:1到1_2:1之間。
5.按照權利要求4所述的恒電位固體pH檢測儀，其特征在于，所述對電極的面積與工作電極的面積比為100 1到1:1之間。
6.一種恒電位固體pH檢測儀，其特征在于，該檢測儀包括電流值-pH值轉換儀表、恒電位源以及探頭，所述探頭由工作電極、參比電極和對電極組成，對電極、電流值-pH值轉換儀表、恒電位源、參比電極依次連接，探頭與被測溶液接觸，使得對電極、電流值-PH值轉換儀表、恒電位源、參比電極之間形成串聯閉合回路，所述電流值-PH值轉換儀表用于檢測所述串聯閉合回路的電流值，然后將檢測到的電流值轉換為相應的PH值并顯示；工作電極連接在電流值-PH值轉換儀表與恒電位源之間。
7.按照權利要求6所述的恒電位固體pH檢測儀，其特征在于，所述恒電位源的電壓為_3 3伏之間。
8.按照權利要求6所述的恒電位固體pH檢測儀，其特征在于，所述工作電極材料選自金屬、金屬氧化物、金屬氫氧化物或上述材料的復合物，或金屬、金屬氧化物、金屬氫氧化物與一種或多種聚合物材料的復合物，所述聚合物材料選自聚偏二氟乙烯、磺化聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、或全氟磺酸樹脂；所述金屬優選自鎳、銅、鋁、鈀、鎢、鉬、銥、鉛、或不銹鋼；所述金屬氧化物優選自氧化銅、氧化亞銅、氧化鎳、氧化鈕、氧化鶴、氧化銥、氧化鐵、氧化鉛、或氧化亞鉛，所述金屬氫氧化物選自氫氧化銅、氫氧化鎳、氫氧化鐵、氫氧化鉛、或氫氧化亞鉛；所述對電極為惰性導電材料電極，所述惰性導電材料電極選自鉬、金、玻碳、不銹鋼、銀-氯化銀、或石墨；所述參比電極優選自飽和甘汞電極、或Ag-AgCl電極。
9.按照權利要求6所述的恒電位固體pH檢測儀，其特征在于，所述對電極的面積與工作電極相對應的面積比為IO8:1到1_2:1之間。
10.按照權利要求9所述的恒電位固體pH檢測儀，其特征在于，所述對電極的面積與工作電極的面積比為100 :1到1:1之間。
全文摘要
本發明涉及溶液pH值測量領域，具體地來說為一種采用恒電位進行檢測的固體pH測量儀，包括電流值-pH值轉換儀表、恒電位源以及探頭，探頭包括工作電極和對電極，恒電位源在工作電極和對電極之間提供恒定的電壓，電流值-pH值轉換儀表測量恒定的電壓下流經回路的電流值，電流值的大小與氫離子活度成正比，根據所測電流的大小，即可以測定出溶液的pH值。本發明具有較高的靈敏度，設備簡單，壽命長，適宜微型化，所測的pH值精度高，不易出現波動。
文檔編號G01N27/26GK103018295SQ20121048088
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月23日 優先權日2012年11月23日
發明者楊海朋, 邢巖, 戈早川 申請人:深圳大學