[發明專利]探測流體中離子的傳感器和以其探測流體中離子的方法

在審

• 申請號: 201910566180.2
• 申請日: 2019-06-27
• 公開（公告）號: CN110646491A
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: L·博默爾;M·維德邁爾
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: G01N27/416
• 分類號: G01N27/416;G01N27/406
• 代理公司: 72002 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 郭毅

本發明基于一種用于探測流體(22)中的離子(12，14，16)的傳感器(10)，包括一個或多個電極(24至42)，電壓可施加到電極上且在電極(24至42)之間能夠測量電流。在此提出，一個或多個電極(24至42)分別具有孔結構(54)，所述孔結構與在流體(22)中要確定的離子(12，14，16)相互作用。本發明也涉及一種使用這樣的傳感器(10)的方法，其中流體(22)經受電場，在不同的電極(24至42)之間施加電壓；對所出現的一個或多個電流進行檢測；將所檢測到的一個或多個電流與在存儲器中存儲的分配給確定的離子(12，14，16)的電流值和/或電流變化過程模式進行比較；存儲和/或輸出借助電流值和/或電流變化過程模式求取的離子(12，14，16)。

技術領域

本發明涉及一種用于探測流體中的離子的傳感器，該傳感器具有一個或多個如下的電極：電壓可以施加到所述電極上并且在所述電極之間可以測量電流。本發明也涉及一種用于尤其借助這樣的傳感器來探測流體中的離子的方法，其中，流體經受電場。

背景技術

以WO 2016/145415 A1已知可以探測分子的一種方法和一種裝置。為此提出，通過具有納米孔的膜片來劃分工作空間、施加電壓并且使分子運動通過膜片。由此在通過膜片時產生可測量的變化。該方法可以直接應用于較大的分子，并且說明用于對于較小分子的間接測量方法的程序。對此不利的是復雜的結構以及受限地應用于分子。

發明內容

具有根據本發明的特征的根據本發明的傳感器的特征在于，一個或多個電極分別具有如下的孔結構：所述孔結構與流體中要確定的離子發生相互作用。

“孔結構”理解為如下的結構：該結構在電極的表面上具有開口，其中，開口可以延伸到電極的本體中或可以延伸穿通到電極的本體中。孔可以具有圓形的、非圓形的、球形的、通道狀的或類似的構型。

表述“發生相互作用”理解如下：要探測的離子積聚到孔中或孔上并且可測量地影響孔的區域中的電場和/或電流流動(Stromfluss)。

本發明基于如下認識：不同的離子類型與具有定義的孔結構和孔尺寸的多孔材料發生不同的、特定的相互作用。這些相互作用以通過在電解質-碳邊界面上形成電化學雙層的靜電電荷存儲為依據。電化學雙層由經充電的碳壁和在該碳壁上吸收的具有相反的電荷的離子組成。電容量——和因此與時間有關的電流流動——在此與孔尺寸/離子半徑的比例強烈地有關。附加地，不同的離子示出不同的動力學特性，該動力學特性同樣受碳的孔尺寸強烈地影響。因此可以探測各個離子類型，并且當使用多個電極時也區分各個離子類型。

通過以下特征能夠實現根據本發明的傳感器的有利的擴展方案。因此，傳感器可以具有如下的存儲器：在該存儲器中存儲有在實驗室中測量的、離子特定的電流值和/或電流模式。然后測量結果與所存儲的電流值或電流模式的比較允許推斷出所測量的離子類型。

有利地，孔結構的孔具有納米范圍中的平均直徑。在此，“平均直徑”應理解如下：對可能導致直徑變化的制造引起的公差求平均。在非圓形的孔的情況下，“平均直徑”理解為如下的直徑：該直徑可以與要探測的離子發生相互作用。“納米范圍”可以理解為一納米或幾納米的范圍中的尺寸。

在一種優選的實施例中，平均直徑處在0.2與50nm之間，從而確保除了非常小的離子外較大的離子也可以發生相互作用。如果可以考慮同類型的不過分大的離子或者要僅探測小的離子，那么0.3與20nm之間的范圍已經證實為有效的。

如果不同電極設有不同的孔結構，那么可以同時或依次地探測不同離子或也可以確定不同離子的濃度。

作為用于孔結構的材料，活性炭或CDC(英語carbid derived carbon：碳化物衍生碳)已經證實為非常有利的。