用于检测溶液的PH值的方法和设备技术

本发明专利技术提供了检测溶液的PH值的PH值检测设备和方法。所述PH值检测设备可以包括：第一电极和第二电极，其中第一电极和第二电极将被插入到溶液中；电源，其用于将双极性矩形电位脉冲信号应用到第一电极和第二电极；电流检测装置，其被连接在第一电极和第二电极之间以用于检测流经第一电极和第二电极的电流I；以及计算单元，其用于基于所检测到的电流I计算溶液的PH值。借助于本发明专利技术的以上设计，易碎玻璃电极和参比电极（例如Ag/AgCl饱和甘汞电极）的使用被避免，这在PH值检测设备的日常维护和环境的保护方面具有良好的效果，并且在PH值检测设备的微型化和简易化方面同样具有良好的效果。此外，仅测量流经电极对的电流来计算溶液的PH值便于实时监测溶液的PH值的改变。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检测溶液的PH值的方法和设备
本专利技术涉及PH值检测的领域，更特别地，涉及检测PH值的PH值检测设备和方法。
技术介绍
PH是用于描绘溶液的化学属性的特征的最重要参数之一。目前，玻璃电极是用于检测溶液的PH值的被最广泛使用的传感器。在一些特殊情况下，例如在体内应用中，要求PH传感器能够被微型化，然而，由于玻璃的易脆性，例如玻璃电极这样的PH传感器的微型化是受限制的。此外，在一些腐蚀环境中，例如在氢氟酸溶液中，玻璃电极不对PH检测进行正确响应。玻璃电极在工业应用中是受限制的，并且由于潜在的安全问题（玻璃的易脆性）、专业的维护要求以及短寿命等，将它集成到家用器具中同样是非常困难的。另一方面，玻璃电极在现有技术中常常被用作工作电极，并且被与参比电极（例如，Ag/AgCl，饱和甘汞电极）一起协作使用。因为甘汞以及诸如此类是有毒的并且污染环境，所以最好避免使用饱和甘汞电极。此外，参比电极的使用也导致由玻璃电极和参比电极组成的电极对的高成本和困难维护。因此，在本领域中存在对解决以上技术问题的迫切需要。
技术实现思路
因此，本专利技术提供了一种改进的PH值检测方案，其能够解决或至少消除在现有技术中存在的缺陷的部分。根据本专利技术的第一方面，提供了一种PH值检测设备，所述PH值检测设备可以包括：第一电极和第二电极，其中第一电极和第二电极将被插入到溶液中，其中第一电极（101）包括过渡金属/过渡金属氧化物电极，并且第二电极（102）包括惰性电极；电源，其用于将双极性矩形电位脉冲信号应用到第一电极和第二电极；电流检测装置，其被连接在第一电极和第二电极之间以用于检测流经第一电极和第二电极的电流I；计算单元，其用于基于所检测到的电流I来计算溶液的PH值。在本专利技术的实施例中，第一电极可以包括过渡金属/过渡金属氧化物电极，并且第二电极可以包括惰性电极。过渡金属/过渡金属氧化物电极可以从例如Ag/Ag2O电极、W/WO3电极、Mn/MnO电极或Ir/IrO2电极中选择，并且惰性电极可以从例如Cu电极、Pt电极、Au电极或不锈钢电极中选择。优选地，过渡金属/过渡金属氧化物电极是Ag/Ag2O电极，以及惰性电极是不锈钢电极。在本专利技术的另外的实施例中，本专利技术的PH值检测设备可以包括用于预存使电流I和PH值相关的函数的存储单元。替换地，存储单元预存使电流I和PH值相关的多个函数，每个函数被与要被检测的溶液的类型相关联。替换地，PH值检测设备可以进一步包括用户接口，其用于接收反映要被检测的溶液的类型的数据以用于从所述多个函数中选择函数。替换地，计算单元可以根据所检测到的电流I和预存的函数来计算要被检测的溶液的PH值。根据本专利技术的第二方面，提供了一种检测PH值的方法，所述方法可以包括：将双极性矩形电位脉冲信号应用到被插入溶液的第一电极和第二电极，其中第一电极（101）包括过渡金属/过渡金属氧化物电极，并且第二电极（102）包括惰性电极；检测流经第一电极和第二电极的电流I；以及基于所检测到的电流I计算溶液的PH值。在本专利技术的实施例中，第一电极可以包括过渡金属/过渡金属氧化物电极，并且第二电极可以包括惰性电极。过渡金属/过渡金属氧化物电极可以从例如Ag/Ag2O电极、W/WO3电极、Mn/MnO电极或Ir/IrO2电极中选择，并且惰性电极可以从例如Cu电极、Pt电极、Au电极或不锈钢电极中选择。在本专利技术的另外的实施例中，根据本专利技术的检测PH值的方法可以进一步包括预存使电流I和PH值相关的函数。替换地，使电流I和PH值相关的多个函数可以被预存，每个函数被与要被检测的溶液的类型相关联。替换地，根据本专利技术的检测PH值的方法可以进一步包括从用户接口接收反映要被检测的溶液的类型的数据以用于从所述多个函数中选择函数。替换地，根据本专利技术的用于检测PH值的方法可以进一步包括基于所检测到的电流I和预存的函数来计算要被检测的溶液的PH值。借助于本专利技术的以上设计，易碎玻璃电极和参比电极（例如，Ag/AgCl饱和甘汞电极）的使用可以被避免，这在PH值检测设备的日常维护和环境的保护方面具有良好的效果，并且在PH值检测设备的微型化和简易化方面同样具有良好的效果。此外，仅测量流经电极对（由第一电极和第二电极组成）的电流来计算要被检测的溶液的PH值带来了许多便利，其便于实时监测溶液的PH值的改变，从而尤其给工业生产的领域带来了许多意料之外的好处。附图说明图1示意性地示出了根据本专利技术的一个方面的PH值检测设备。图2A示意性地示出了根据本专利技术的实施例的存储单元和计算单元的布局图。图2B示意性地示出了根据本专利技术的另一实施例的存储单元、用户接口以及计算单元的布局图。图3示意性地示出了在本专利技术中使用的双极性矩形电位脉冲信号。图4示意性地示出了在本专利技术中测量的电流响应。图5示意性地示出了针对偏最小二乘回归（PLSR）的电流响应的特征点。图6A示意性地示出了从PLSR计算获得的预测PH值与实验PH值之间的拟合(fitting)关系，其中Ag/Ag2O电极被用作工作电极，以及不锈钢电极被用作对电极。图6B示意性地示出了从PLSR计算获得的预测PH值与实验PH值之间的拟合关系，其中W/WO3电极被用作工作电极，以及不锈钢电极被用作对电极。图7示意性地示出了根据本专利技术的另一方面的检测PH值的方法的流程图。具体实施方式本专利技术将参考附图以及一个或多个示范性实施例在下文中被详细地描述。首先，本专利技术的原理被介绍如下：在电化学中，工作电极和对电极常常被用来测量溶液的PH值。例如，在Ag/Ag2O电极被用作工作电极以及Pt电极被用作对电极并且双极性矩形电位脉冲信号被应用到工作电极和对电极的情况下，以下反应将发生：当Ag/Ag2O电极充当阳极时：当Ag/Ag2O电极充当阴极时：。基于以上反应，Ag/Ag2O电极的电位改变可以根据以下公式被计算：例如，当Ag/Ag2O电极作为阳极时，如公式(1)中示出的反应发生，假定[Ag]≈1,[Ag2O]≈1，则所述等式(3)可以近似地是：。从公式(4)中可以看出，溶液的PH值可以从Ag/Ag2O电极的电位改变中获得。在Ag/Ag2O电极表面和溶液之间的反应过程期间，Ag/Ag2O电极的电位改变将被与应用到工作电极和对电极上的外加电压叠加在一起。假定外加电压不改变，因为氧化反应发生在Ag/Ag2O电极的表面（当Ag/Ag2O电极作为阴极时，还原反应将发生在Ag/Ag2O电极的表面，如公式(2)中所示），所以在Ag/Ag2O电极表面和溶液之间的电位被改变。假定溶液的阻抗不被改变，则流经工作电极和对电极的电流I将随着Ag/Ag2O电极表面和溶液之间的电位的改变而被改变。因此，Ag/Ag2O电极的电位的改变可以由所捕获的流经工作电极和对电极的电流I来反映。本专利技术在以上原理的基础上被精确地设计。在介绍本专利技术的原理之后，下面将描述在本专利技术中被使用的偏最小二乘回归（PLSR）。从本专利技术的原理的以上描述中可以看出，工作电极（例如，Ag/Ag2O电极）的表面和溶液之间的电位改变可以由所捕获的流经工作电极和对电极的电流I来反映，并且在Ag/Ag2O电极表面和溶液之间的电位改变与溶液的PH值之间存在线性关系（如公式(4)中所示），以及因此在流经工作电极和对电极的电流I与溶液的PH值之间也存在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测溶液的PH值的PH值检测设备（100），包括：第一电极（101）和第二电极（102），其中第一电极（101）和第二电极（102）将被插入到溶液（103）中；电源（104），其用于将双极性矩形电位脉冲信号应用到第一电极（101）和第二电极（102）；电流检测装置（105），其被连接在第一电极（101）和第二电极（102）之间以用于检测流经第一电极（101）和第二电极（102）的电流I；以及计算单元（106），用于基于所检测到的电流I来计算溶液（103）的PH值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.02 CN PCT/CN2011/0834081.一种用于检测溶液的pH值的pH值检测设备（100），包括：第一电极（101）和第二电极（102），其中第一电极（101）和第二电极（102）适于插入到溶液（103）中，第一电极（101）包括过渡金属/过渡金属氧化物电极，并且第二电极（102）包括惰性电极；电源（104），其用于将双极性矩形电位脉冲信号应用到第一电极（101）和第二电极（102）；电流检测装置（105），其被连接在第一电极（101）和第二电极（102）之间以用于检测流经第一电极（101）和第二电极（102）的电流I；以及计算单元（106），用于基于所检测到的电流I来计算溶液（103）的pH值。2.如权利要求1所述的设备，其中过渡金属/过渡金属氧化物电极选自Ag/Ag2O电极、W/WO3电极、Mn/MnO电极或Ir/IrO2电极，并且惰性电极选自Cu电极、Pt电极、Au电极或不锈钢电极。3.如权利要求1所述的设备，其中pH值检测设备（100）包括：存储单元（207），其用于预存使电流I和pH值相关的函数。4.如权利要求3所述的设备，其中存储单元（207）预存使电流I和pH值相关的多个函数，每个函数都与要被检测的溶液（103）的类型相关联，其中pH值检测设备（100）进一步包括：用户接口（208），其用于接收反映要被检测的...

【专利技术属性】
技术研发人员：G王，P胡，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL