[發明專利]測量低堿度溶液pH的方法和設備

有效

• 申請號: 200880014687.7
• 申請日: 2008-04-15
• 公開（公告）號: CN101675331A
• 公開（公告）日: 2010-03-17
• 發明（設計）人: C·肖;B·陳;W·崔;L·張
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: G01N21/27
• 分類號: G01N21/27;G01N21/80
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 李 波;韋欣華

發明背景

技術領域

本發明整體上涉及測量pH的系統，更特別地涉及利用多個pH指示 劑傳感器采用外推分光光度法測量低堿度溶液的pH的改進方法和設 備。

背景技術

多種系統和方法已經被用于測量水系的pH。例如，玻璃電極通常 用于在實驗室和工業環境下的pH測量。可替換的，已知分光光度技術 可用于pH測量。在2006年8月22日提交的美國專利，申請號11/507,689 中描述示例的pH測量的系統和方法，此專利被轉讓給與本申請相同的 受讓人，通過參照將其公開內容并入本文。

盡管現有技術中的設備和系統已經被證實是有用的產品，但還不能 完全滿足以相對簡單和用戶容易使用的方式，快速、簡單和準確測量低 堿度水樣的要求。與測量低堿度溶液pH相關的挑戰之一是：由于在樣 品溶液中加入指示劑而導致的pH值擾動(perturbation)是不可忽略的。 這是由于指示劑本身是弱酸或弱堿。換句話說，由于加入樣品中的指示 劑濃度相對于溶液中的酸或堿的量而言是顯著的，所以弱緩沖(即低堿 度)溶液的pH可能被劇烈擾動(perturbed)。

現有技術試圖通過以下方法來最小化或矯正水相中指示劑引起的 擾動：(1)將指示劑溶液的pH值調節至接近樣品的pH值；(2)降低 所加入指示劑與樣品體積的比例；以及(3)通過逐步加入指示劑觀察 指示劑引起的pH值擾動，然后利用線性外推法獲得樣品的pH值。這些 現有技術的方法可以提供有用的結果，但它們通常非常耗時且使用不方 便。因此，非常需要改進方法和系統，其以相對高性價比、使用方便的 方式提供精確的、準確的、快速的低堿度樣品的pH檢測。

發明內容

與測量低堿度溶液pH值相關的挑戰之一為：由于在樣品溶液中加 入指示劑而導致的pH值擾動是不可忽略的。因此，由于在弱緩沖(即 低堿度)溶液中加入的指示劑濃度，pH測量可被劇烈擾動。為解決該 問題，本發明公開的系統和方法包括具有多個pH指示劑的傳感器陣列， 各指示劑具有不同的指示劑濃度。通過將傳感器陣列應用于具有已知pH 的樣品溶液來校準所述傳感器陣列。來自各pH指示劑的響應被同時記 錄，且產生校準函數(即校準曲線)，其代表對于各指示劑濃度，相對 于各指示劑濃度的pH響應。一旦校準，接著，可以將傳感器陣列應用 于具有未知pH的低堿度樣品溶液。將來自各pH指示劑的pH值結果與 校正曲線進行比較，并產生擬合函數(即擬合方程式)，其代表來自各 指示劑濃度的pH響應。然后產生擬合方程式，并進行外推以確定截距 點(intercept?point)(即當指示劑濃度為零時)，以得到未知樣品原本 的(即實際的)pH值。

本發明的其他方面涉及此類系統和方法的用途，以及設計用于測量 低堿度溶液的示例性方法。本發明的其他方面以及其相對于現有技術的 優點將在在參考附圖閱讀下面的詳細描述以及所附權利要求后變得明 顯。

附圖說明

圖1為顯示加入各種量的百里酚藍(thymal?blue)后pH的變化的 示意圖；

圖2描繪了一系列圖示，其顯示在加入指示劑前后，不同溶液的 pH值；

圖3為表示所測量pH相對于酚紅加入量之間關系的示意圖；

圖4顯示了基于四種不同指示劑濃度產生的校準曲線；

圖5為表示從本發明提供的示例性線性外推法所得到結果的示意 圖。

具體實施方式

本發明描述了包括基于聚合物膜的傳感器陣列的系統和方法，其用 快速、準確地測量低堿度溶液的pH值，例如低堿度水樣。已知，堿度 或緩沖能力是水樣的基本特征之一。堿度是溶液中和酸的能力的量度。 較低的堿度意味著在講酸加入到溶液的時候，對抗pH變化的能力較低。

本發明的觀念基于認識到在低堿度溶液中，樣品中加入指示劑所引 起的對pH的擾動是不可忽略的。這一點是正確的，因為指示劑本身是 弱酸或者弱堿。因此，由于樣品中加入指示劑濃度的量相對于低緩沖(即 低堿度)溶液中存在的酸或堿的量是顯著的，因此溶液pH可能被劇烈 擾動。這種擾動影響在負載pH指示劑的膜上甚至更加顯著。