[發(fā)明專(zhuān)利]在線(xiàn)參比校準(zhǔn)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201880011501.6
• 申請(qǐng)日: 2018-02-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110291387B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史蒂文·A·加靈斯;內(nèi)森·勞倫斯
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: ANB傳感器有限公司;史蒂文·A·加靈斯
• 主分類(lèi)號(hào): G01N27/416
• 分類(lèi)號(hào): G01N27/416
• 代理公司: 北京匯思誠(chéng)業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11444
• 代理人: 王剛;龔敏

一種用于電化學(xué)傳感器的在線(xiàn)校準(zhǔn)系統(tǒng)。該校準(zhǔn)系統(tǒng)包括與氧化還原物質(zhì)偶聯(lián)的校準(zhǔn)電極，氧化還原物質(zhì)配置為控制校準(zhǔn)電極局部的參比溶液的pH，使得當(dāng)將伏安信號(hào)施加到校準(zhǔn)電極時(shí)，校準(zhǔn)系統(tǒng)產(chǎn)生的輸出由局部環(huán)境pH確定。來(lái)自校準(zhǔn)系統(tǒng)的輸出信號(hào)用于校準(zhǔn)由電化學(xué)傳感器的參比系統(tǒng)產(chǎn)生的參比電位，以在使用電化學(xué)傳感器時(shí)校準(zhǔn)參比電位的漂移。校準(zhǔn)電極可以設(shè)置在電化學(xué)傳感器的參比電池中。

背景技術(shù)

本公開(kāi)描述了用于電化學(xué)傳感器的在線(xiàn)校準(zhǔn)系統(tǒng)。在線(xiàn)校準(zhǔn)系統(tǒng)包括校準(zhǔn)電極，該校準(zhǔn)電極配置為部署在電化學(xué)傳感器的參比電池中并且與其中的參比溶液接觸。校準(zhǔn)電極包含氧化還原物質(zhì)，所述氧化還原物質(zhì)對(duì)pH/氫離子濃度敏感并配置成設(shè)定校準(zhǔn)電極附近的參比溶液的pH，使得當(dāng)電化學(xué)/伏安信號(hào)施加到校準(zhǔn)電極時(shí)，校準(zhǔn)電極產(chǎn)生電化學(xué)/伏安響應(yīng)，其具有對(duì)應(yīng)于校準(zhǔn)電極附近的參比溶液的設(shè)定pH的恒定的特征，例如峰值電位。在部署和/或使用電化學(xué)傳感器的同時(shí)，通過(guò)比較校準(zhǔn)電極的電化學(xué)/伏安響應(yīng)的恒定特征與參比電位之間的差異來(lái)校準(zhǔn)由參比電池產(chǎn)生的電化學(xué)傳感器的參比電位。通過(guò)重復(fù)處理這種差異，可以在線(xiàn)校準(zhǔn)參比電位，無(wú)需人工干預(yù)。

通常，存在三種類(lèi)型的電化學(xué)傳感器，伏安傳感器、電位傳感器和/或電流傳感器。

電流傳感器通常包括至少第一電極和參比電極。在使用中，在第一電極和參比電極之間施加電壓，并測(cè)量第一電極和參比電極之間產(chǎn)生的電流。通過(guò)傳感器配置為檢測(cè)的化學(xué)物質(zhì)的氧化/還原產(chǎn)生電流，并且測(cè)量的電流指示化學(xué)物質(zhì)的濃度。

為了使測(cè)量的電流有意義，在第一電極和參比電極之間施加的電位需要是已知電位。在許多電流型傳感器中，參比電極與參比溶液接觸，以將參比電極的電位保持為常數(shù)，參比溶液是含有氯離子的溶液，例如氯化鉀(KCl)溶液、氯化鈉(NaCl)溶液和/或類(lèi)似物。但是，在使用中，參比溶液可能會(huì)被稀釋?zhuān)档虲l離子的濃度，被污染，從而使得在第一電極和參比電極之間施加的電位可能漂移(drift)，降低參比系統(tǒng)的精度。

伏安/電位傳感器是一些最常見(jiàn)的電化學(xué)傳感器類(lèi)型。電位傳感器是玻璃電極(用于測(cè)量pH，鈉(Na+)、鉀(K+)、鋰(Li+)等)、固體膜電極(基于化學(xué)過(guò)程對(duì)于X-的AgX)、液膜電極(例如，含有用于M+絡(luò)合的配體并用于鈣(Ca+)和K+傳感器)、基于pH計(jì)的氣體檢測(cè)器(例如二氧化碳(CO2)傳感器、氨(NH3)傳感器等)、和一些固體氧化物傳感器(例如，基于氧化鋯的氧氣(O2)傳感器)的基礎(chǔ)。伏安測(cè)量傳感器可用于測(cè)量pH，葡萄糖、氧氣、硫化氫，用于生物感測(cè)，用于藥物感測(cè)和/或類(lèi)似物。電位/伏安傳感器測(cè)量對(duì)所需分析物敏感的電極或環(huán)境與對(duì)分析物不敏感的電極或環(huán)境之間的電位差。在這樣的傳感器中，對(duì)分析物敏感的電極或環(huán)境被稱(chēng)為感測(cè)電極，并且對(duì)分析物不敏感的電極或環(huán)境被稱(chēng)為參比電極。

離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管(ISFET)是新一代固態(tài)電位傳感器。在ISFET中，感應(yīng)電極被離子選擇性場(chǎng)效應(yīng)發(fā)射器取代，其測(cè)量源和漏之間的電壓，該電壓取決于被測(cè)溶液中分析物的濃度。為了處理分析物的性質(zhì)，針對(duì)容納在明確定義的環(huán)境中的參比電極的輸出來(lái)測(cè)量該源-漏電壓。

對(duì)于傳統(tǒng)的電位傳感器和ISFET傳感器，已經(jīng)進(jìn)行了大量工作以開(kāi)發(fā)新的感測(cè)電極以測(cè)量不同的分析物/離子和/或提高用于感測(cè)離子/分析物的準(zhǔn)確度/靈敏度。這項(xiàng)工作促成了一系列商業(yè)傳感器的開(kāi)發(fā)，這些傳感器可以實(shí)現(xiàn)所需的選擇性和靈敏度，以測(cè)量一系列分析物/離子。

然而，盡管電位計(jì)和ISFET傳感器的豐富性和重要性，但由于參比電極的不穩(wěn)定性，傳感器的操作是有問(wèn)題的。通常，參比電極包括銀/氯化銀(Ag/AgCl)電極，其保持在多孔的玻璃料(frit)后含有參比溶液的限定環(huán)境中，其中所述多孔的玻璃料允許與傳感器所測(cè)量的溶液的電傳導(dǎo)。