一种pH测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种pH测量装置，包括处理器，还具有间隔插设在溶液中的工作电极、对电极和参比电极，所述的工作电极和对电极与一恒电流激励电路构成电流回路，所述的处理器用于控制恒电流激励电路发生正负向电流，以及控制正负向电流的激励时间；还具有一电压采集电路，用于采集正负向电流激励后的工作电极与参比电极之间的电势差；所述的处理器根据采集的电势差，以及标定得到的电势差与溶液pH的关系，测量溶液的pH值。本发明专利技术还公开了一种pH测量方法，进行pH检测具有很快的稳定时间。

【技术实现步骤摘要】
一种pH测量方法及装置
本专利技术涉及pH测量
，尤其涉及一种pH测量方法及装置。
技术介绍
pH值是水溶液中最重要的参数之一，反映了溶液中氢离子的活度，并且影响溶液的特性和化学反应速率。所以pH检测在许多应用场合是必不可少的，比如发电厂、废水处理厂和制药厂等等。玻璃电极是目前使用最广泛的pH传感器。在常规条件下，玻璃电极能够满足pH检测的需求。但是玻璃电极存在着一些缺陷，如不适用于高温环境，会产生碱性误差，在HF溶液中不稳定性等。最重要的一点，玻璃电极的易碎性限制了其在食品领域的使用。现有授权公告号为CN102520048B的专利技术专利提供了一种pH计及其标定方法；该pH计，包括壳体、控制电路、标定开关、指示装置、玻璃电极、参比电极以及参比溶液，壳体内设有至少二个液池，至少二个液池中装有缓冲液；液池的底部开设有出液口，液池的顶部开设有进气口；出液口通过一导液管与玻璃电极连通，出液口处或导液管中安装有出液阀；进气口处安装有进气阀；出液阀、进气阀均与控制电路电性连接。有许多新型的pH传感器逐渐被开发以克服玻璃电极的缺点，这些新型的传感器包括各种氧化物电极、基于场效应管的pH传感器、基于光学传感的pH计等等，但是这些传感器或多或少存在寿命短、精度较低等问题，均未得到实际大规模的应用，因此目前市面上主流的pH传感器仍然是玻璃电极，我们需要寻找一种更好的pH测量方法，使其能够克服玻璃电极的缺点而应用于食品等领域。
技术实现思路
为克服现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种pH测量方法及装置，所采用的具体技术方案如下：一种pH测量装置，包括处理器，还具有间隔插设在溶液中的工作电极、对电极和参比电极，所述的工作电极和对电极与一恒电流激励电路构成电流回路，所述的处理器用于控制恒电流激励电路发生正负向电流，以及控制正负向电流的激励时间；还具有一电压采集电路，用于采集正负向电流激励后的工作电极与参比电极之间的电势差；所述的处理器根据采集的电势差，以及标定得到的电势差与溶液pH的关系，测量溶液的pH值。其中，所述的正负向电流基于恒电流双脉冲法生成，先用较大电流对工作电极进行较短激励时间的充电，再切换为较小电流对工作电极进行激励，以更快达到稳定状态。为了消除浓差极化的影响，采用了缩短极化时间的方法，即将恒电流双脉冲法应用于pH测量中，先采用大电流对工作电极铂片的双电层电容进行很短时间的快速充电，当切换到小电流时，工作电极铂片表面存在的电荷足以维持稳定的超电势，从而在小电流下工作电极铂片的电势可以很快的达到稳定，避免了浓差极化的发生。在正向电流和负向电流激励时，均采用恒电流双脉冲法消除浓差极化的影响，所述的正负向电流包括一组正向电流和一组负向电流，所述的正向电流和负向电流均具有一较大电流和较小电流。本专利技术中，所述的工作电极和对电极为铂片电极，Ag/AgCl电极作为所述的参比电极；铂片电极为全固态电极，克服了玻璃电极易碎的特性，同时可以适用于高温环境的检测需求；且铂片电极输入阻抗低，克服了玻璃电极高输入阻抗的缺点；其中，对电极也可以采用铂丝等其它导电电极。优选的，所述的铂片电极长10mm、宽5mm、厚0.5mm，通过工作电极铂片的电流依次为+100uA、+3uA、-100uA、-3uA，激励时间分别为0.5s、1s、0.5s、1s。通过不同电流激励大小的比较试验，得出在以上电流激励参数下能得到最优的pH测量效果。为选择大小合适的电流，用不同电流大小的双脉冲电流在不同pH的缓冲液中进行线性实验。并根据测量得到的E+数据的灵敏度和线性度进行比较，选择合适的电流大小，实验结果如表1和表2所示。表1表1不同大电流激励时检测灵敏度及线性度比较；表2表2为不同小电流激励时检测灵敏度及线性度比较；首先固定小电流大小为3uA，激励时间为1s，改变大电流的大小，大电流的持续时间为0.5s，测量得到的E+数据的拟合结果表明在大电流为100uA时能得到较好的线性度和灵敏度。然后固定大电流大小为100uA，激励时间为0.5s，改变小电流的大小，小电流的持续时间为1s，测量得到的E+数据的拟合结果表明在小电流为3uA时能得到较好的线性度和灵敏度。从而得出优选电流为+100uA、+3uA、-100uA、-3uA，激励时间分别为0.5s、1s、0.5s、1s。根据上述的装置，本专利技术的pH测量方法，包括：在待测溶液中，控制恒电流激励电路发出+A、+B、-A、-B的恒定电流通过工作电极，并且使得激励时间分别为Ms、Ns、Ms、Ns，其中A＞B、M＜N，采集+B激励Ns后工作电极与参比电极之间的电势差E+和-B激励Ns后的工作电极与参比电极之间的电势差E-，根据电势差E+或电势差E-与溶液pH的关系，计算待测溶液的pH值。本专利技术的有益效果：1、本专利技术采用的铂片电极为全固态电极，克服了玻璃电极易碎的特性，同时可以适用于高温环境的检测需求；2、铂片电极无需处理，可以直接配合测量装置应用于pH检测；3、铂片电极输入阻抗低，克服了玻璃电极高输入阻抗的缺点；4、这种方法进行pH检测具有很快的稳定时间。附图说明图1为pH测量装置的结构简图；图2为pH4、pH6.86和pH9.18溶液中的计时电势响应图；图3为pH测量装置的pH响应图。具体实施方式如图1所示的pH测量装置，工作电极铂片1、对电极铂片2和参比电极Ag/AgCl电极3放入烧杯10中，烧杯10中装有待测溶液。单片机6控制恒电流激励电路4连续发生+100uA、+3uA、-100uA、-3uA的恒定电流通过工作电极铂片1，并且使得激励时间分别为0.5s、1s、0.5s、1s，工作电极铂片1、对电极铂片2与恒电流激励电路4构成电流回路。同时单片机6控制电压采集电路5采集+3uA激励1s后工作电极铂片1与Ag/AgCl参比电极3之间的电势差E+和-3uA激励1s后的工作电极铂片1与Ag/AgCl参比电极3之间的电势差E-，送入单片机6。单片机6由E+与E-值计算出溶液的pH值，通过RS232串口传输给PC机7。本实施例采用两个长10mm、宽5mm、厚0.5mm的铂片电极及一个Ag/AgCl电极作为传感部件。将其中一个铂片电极作为工作电极，另一个铂片电极作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极构成三电极体系。对电极也可以采用铂丝等其它导电电极。在无电流流经的条件下，工作电极铂片电极表面成分相对稳定，当有电流流经工作电极铂片时，发生反应的反应能垒降低，从而会促使电化学反应的发生。当一个负向电流(-I)流入工作电极铂片时，铂表面的Pt被氧化成PtO。相反，当一个正向电流(+I)流出工作电极时，PtO被还原为Pt。在电流激励下，铂表面发生的化学反应如公式(1)和(2)所示：所以当固定的电流流经工作电极铂片时，这个铂片的稳定电势符合能斯特方程，在通过正向电流(+I)时，电极的电势E+如公式(3)所示：而对于负向电流(-I)通过工作电极铂片时，电极的电势E-如公式(4)所示：式中E0是标准电势，R是气体常数(8.314JK-1mol-1)，T是绝对温度(K)，n是电极反应中的电子转移数，F是法拉第常数(96487.3415Cmol-1)。由公式(3)和公式(4)可以得知在不同的pH溶液中会得到不同的E+和E-值，从而只要测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种pH测量装置，包括处理器，其特征在于，具有间隔插设在溶液中的工作电极、对电极和参比电极，所述的工作电极和对电极与一恒电流激励电路构成电流回路，所述的处理器用于控制恒电流激励电路发生正负向电流，以及控制正负向电流的激励时间；还具有一电压采集电路，用于采集正负向电流激励后的工作电极与参比电极之间的电势差；所述的处理器根据采集的电势差，以及标定得到的电势差与溶液pH的关系，测量溶液的pH值。

【技术特征摘要】
1.一种pH测量方法，所采用的pH测量装置包括处理器和间隔插设在溶液中的工作电极、对电极和参比电极，所述的工作电极和对电极与一恒电流激励电路构成电流回路，所述的处理器用于控制恒电流激励电路发生正负向电流，以及控制正负向电流的激励时间；还包括一电压采集电路，用于采集正负向电流激励后的工作电极与参比电极之间的电势差；所述的处理器根据采集的电势差，以及标定得到的电势差与溶液pH的关系，测量溶液的pH值；其特征在于，所述的pH测量方法包括：在待测溶液中，控制恒电流激励电路发出+A、+B、-A、-B的恒定电流通过工作电极，并且使得激励时间分别为Ms、Ns、Ms、Ns，其中A＞B、M＜N，采集+B激励Ns后工作电极与参比电极之间的电势差E+和-B激励Ns后的工作电极与参比电极之间的电势差E-，根据电势差E+或...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓萍，文一章，蔡佩君，余翔，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33