[發(fā)明專利]確定表示被測介質中目標離子活性的被測變量的測量變換器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210277327.4
• 申請日: 2012-08-06
• 公開（公告）號: CN102914581A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設計）人: 托馬斯·威廉;邁克爾·漢克;斯特凡·維爾克
• 申請（專利權）人: 恩德萊斯和豪瑟爾測量及調節(jié)技術分析儀表兩合公司
• 主分類號: G01N27/333
• 分類號: G01N27/333
• 代理公司: 中原信達知識產(chǎn)權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 張煥生;謝麗娜

技術領域

本發(fā)明涉及用于確定表示被測介質中目標離子活性的被測變量的測量變換器。

背景技術

在實驗室中或在工業(yè)過程中的環(huán)境分析和多種化學或生物方法中，被測介質中特定目標離子的活性或濃度是重要的被測變量。對于第一近似值，目標離子的活性可設置成等于稀溶液中目標離子的濃度。

離子活性測量或濃度測量的一種特殊情況是被測介質中的pH值測量或pOH值的測量。pH值對應于被測介質中H⁺離子活性的以10為底的對數(shù)取負值，H⁺離子活性可設置成等于稀溶液中H⁺離子濃度。對于第一近似值，H⁺離子活性可設置成等于稀溶液中的H⁺離子濃度。類似于pH值，對于稀溶液，pOH值定義成OH^-離子活性或OH^-離子濃度以10為底的對數(shù)取負值，以使得有良好地近似值。這兩個值以水的恒定離子積而關聯(lián)：

pH+pOH=14.

由pH值或pOH值開始，可因此確定關聯(lián)的H⁺離子活性或OH^-離子活性和/或對應的濃度。

用于確定目標離子的活性的測量變換器（下文中也稱為離子選擇測量變換器或離子選擇電極）通常包括具有離子選擇元件（例如離子選擇的固體或聚合物的膜）的測量半電池。被測介質與電勢感應電極之間的平衡加瓦尼電壓（equilibrium?Galvani?voltage）的相對變化基本上主要受特定目標離子的活性變化的影響。基于基本恒定電勢的參考電勢，參考半電池，例如，諸如Ag/AgCl參考電極的第二類型參考電極，可以借助于高阻抗、高精度、電壓表輕而易舉地確定被測介質中目標離子的活性。用作諸如離子選擇測量變換器的用于表示目標離子活性的測量信號因此是測量半電池與參考半電池之間的電勢差。例如，J.Koryta和K.Stulik在1983年的Cambridge?University?Press第61頁的“Ion-selective?electrodes”中或K.Cammann,H.Galster,Springer在1996年的“Das?Arbeiten?mit?ionenselektiven?Elektroden”，（“Working?with?Ion?Selective?Electrodes”）中描述了離子選擇電極。

最著名且最常應用的離子選擇測量變換器是pH玻璃電極。玻璃電極的測量半電池通常具有管狀玻璃外殼，其一端由包括pH敏感玻璃的膜閉合。管狀玻璃外殼填充有內電解液，例如，包括氯化物的緩沖液，以及延伸到緩沖液中的電勢感應元件，例如氯化處理的銀絲。依賴于pH值的測量半電池電勢形成在與測量介質接觸的玻璃膜處。通常，第二類型的參考電極，例如Ag/AgCl電極或甘汞電極，用作參考半電池，其具有在容納參考電解液的半電池空間與被測介質之間的液體接界。可在測量半電池的電勢感應元件處測得的測量半電池電勢和參考半電池的參考電勢（其理想地獨立于被測介質的pH值）之間的電勢差形成了測量變換器的測量信號，并且是對被測介質的H⁺離子活性或pH值的直接測量。

雖然這樣的電位測量變換器確保非常精確且可靠的測量結果且在實驗室和過程分析中都很完善，但是它們有若干缺點。例如，通常在用作參考半電池的第二類型的參考電極中可能出現(xiàn)缺陷或降解現(xiàn)象，降低測量的質量。例如，參考半電池的內電解液可能泄露或干涸；第二類型的參考半電池通過其與被測介質接觸的液體接界可能由于固體而變得被阻塞，尤其是難溶解鹽；或者，電極有毒物可能經(jīng)由液體接界而滲入?yún)⒖及腚姵刂小Ｍǔ碚f，在實踐中，這樣的參考半電池的電勢傾向于漂移，即經(jīng)受緩慢的、但穩(wěn)定變化的參考電勢。擴散電勢和流送電勢也可導致錯誤。

在實施為玻璃電極的pH選擇測量變換器中，非常薄的pH感應玻璃膜制造復雜并且對操作尤其敏感。玻璃的破裂可能產(chǎn)生碎片，碎片可能進入被測介質。如果被測介質是例如藥物或食品技術工藝中生產(chǎn)的產(chǎn)品或中間產(chǎn)品，則在這種玻璃碎裂的情形中，被測介質必須被丟棄，以防止產(chǎn)品中的碎片對最終消費者構成危險。

由于pH感應玻璃膜的低傳導率，因此額外需要在非常高的阻抗下測量測量變換器的引線之間的電勢差。該情形可能導致測量的不穩(wěn)定性和測量值不準確。由于形成玻璃膜的玻璃的高電阻系數(shù)，因此限于小型化pH玻璃電極，因為隨著玻璃膜面積的減小，測量半電池的阻抗總是變得更大。因此，一直需要一種具有更魯棒的測量變換器來確定pH值、或pOH值的替代測量方法。

發(fā)明內容