用于检测一氧化二氮的电化学传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于检测相关体积(106)中一氧化二氮(N2O)的电化学传感器(100)，所述传感器包含第一室(110)、与第一室(110)相邻设置的第二室(120)，所述第二室(120)包含用于实施电化学测量的电极和此外含非质子溶剂的电解质。第一膜(114)和第二膜(124)可渗透一氧化二氮且可被设置以在第一室(110)内分隔相关体积(106)和第一体积(116)，和在第二室(120)内分隔第一体积(116)和第二体积(126)，其中所述第一室(110)包含用于阻止氧进入第二体积(126)的装置，且其中工作电极(104)包含铟(In)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检测一氧化二氮的电化学传感器
本专利技术涉及电化学传感器且更具体地涉及用于检测一氧化二氮的电化学传感器和相应的方法及应用。
技术介绍
对于众多目的，例如环境监测、生物研究或废水处理，能够检测或定量测量一氧化二氮是有益的。用于测量一氧化二氮的传感器先前已被提出，但可能被认为是迟钝的和/或笨重的。用于测量一氧化二氮的传感器已在文章“Anoxygeninsensitivemicrosensorfornitrousoxide”，KnudAndersen,ThomasKjaerandNielsPeterRevsbech,SensorsandActuatorsB81(2001)42-48中提出，该文章描述了制造一种对O2不灵敏且对N2O快速响应的微传感器的方法。通过在对O2和N2O都敏感的电化学微传感器的尖端的前面附上带有抗坏血酸盐的碱溶液的毛细管消除了O2的干扰。当在空气饱和的溶液中(O2分压为21kPa)测量时，0.1mm的pH12的2M抗坏血酸盐层能够去除所有的O2，且未观察到N2O被抗坏血酸盐还原。从0至1.2mM间所述传感器对N2O的响应是线性的，且检测极限小于1μM。详细描述的传感器的尖端直径是50-80微米，但可构建更小的传感器。90％的响应时间是约40-50秒。对于环境监测，显示二氧化碳的干预是可以忽略的，且在脱氮研究中通常用于抑制一氧化二氮还原酶的乙炔的敏感性可保持足够低以用于实验工作。用于检测一氧化二氮的改进的传感器将是有利的，且特别地，更有效的、灵敏的、耐用的、紧凑的和/或可靠的传感器将是有利的。
技术实现思路
提供更有效的、灵敏的、耐用的、紧凑的、稳定的、温度不敏感的和/或可靠的传感器用于检测一氧化二氮可看做是有利的。提供现有技术的一种替代选择也可看做本专利技术的另一目的。为更好地解决一个或多个这些关注点，本专利技术的第一个方面提供用于检测相关体积(106)中一氧化二氮(N2O)的电化学传感器(100)，所述传感器包含-第一室(110)，其具有朝向相关体积(106)的第一开口(112)，-第二室(120)，其与第一室(110)相邻设置或被第一室(110)部分环绕，所述第二室(120)包含，-工作电极(104)，-参比电极(108)，和-含非质子溶剂的电解质，其中所述第二室(120)具有朝向第一室(110)的第二开口(122)，其中在第二开口(122)中设置第二膜(124)，其中所述第二膜(124)可渗透一氧化二氮且被设置以分隔第一体积(116)和第二体积(126)，所述第二体积在第二室(120)内，所述第一体积在第一室(110)内，其中第一室(110)包含用于阻止氧进入第二体积(126)中的装置，且其中工作电极(104)包含铟(In)。词语“第二(膜)”能够区分开第二膜和其他膜，例如第一膜，例如能够区分“第二膜”和“第一膜”。理解的是，“第二膜”不暗示“第一膜”的存在。在整个该申请中，“第二膜”与和/或可能与“第二开口膜”交换使用。在整个该申请中，“第一膜”与和/或可能与“第一开口膜”和“第一膜”交换使用。在另一个实施方案中，提供用于在相关体积(106)中检测一氧化二氮(N2O)的电化学传感器(100)，所述传感器包含-第一室(110)，其具有朝向相关体积(106)的第一开口(112)，其中在第一开口中设置第一膜(114)，-第二室(120)，其与第一室(110)相邻设置或被第一室(110)部分环绕，例如在第一室(110)中，所述第二室(120)包含，-工作电极(104)，-参比电极(108)，-任选地，保护电极(109)，和-含非质子溶剂的电解质，例如含其中溶解有离子化合物的非质子溶剂的电解质，其中所述电解质使参比电极和工作电极和任选的保护电极(109)电连接，其中所述第二室(120)具有朝向第一室(110)的第二开口(122)，其中在第二开口(122)中设置第二膜(124)，其中所述第一膜(114)可渗透一氧化二氮且被设置以分隔相关体积(106)和第一体积(116)，所述第一体积在第一室(110)内，和其中所述第二膜(124)可渗透一氧化二氮且被设置以分隔第一体积(116)和第二体积(126)，所述第二体积在第二室内，其中第一室(110)包含用于阻止氧进入第二体积(126)中的装置，例如阻止氧从相关体积(106)中通过第一体积(116)流入第二体积(126)，和其中工作电极(104)包含铟(In)。本专利技术特别地，但不是唯一地，有利于得到用于检测一氧化二氮的改进的传感器，且特别地，更有效的、灵敏的、耐用的、紧凑的和/或可靠的传感器。利用金属铟的催化能力以促进一氧化二氮在工作电极的表面还原可被特别地认为是有利的，如此以能够利用相对低的极化电压，这反过来实现相对低的零值电流。可由此注意，如下可看做本专利技术的要旨：专利技术人利用基本的洞察力，在工作电极中铟的使用能够得到对于给定浓度的一氧化二氮的相对高的传感器响应，且同时得到完全使高信噪比成为可能的相对低的、稳定的和温度不敏感的零值电流。极化水平理解为应用在工作电极和参比电极间的电压。此外，应该认识到，本专利技术者已通过创造力和大量的研究实现了如下内容：尽管具有基于非质子溶剂的电解质，在独立权利要求中描述的具体的传感器中，然而水蒸气可找到它进入工作电极的方式并由于质子还原引起零值电流，例如升高的零值电流。虽然工作电极的其它材料可产生较高的响应，该基本洞察力促进新的和创造性的材料的选择以用在工作电极中，这不仅表现出对N2O还原的催化性能，也实现了可容忍的零值电流，且因此能够得到更好的零值电流和响应间的比例。“电化学传感器”理解为通过在电极处氧化或还原分析物并检测，例如测量所产生的电流而检测分析物例如一氧化二氮(N2O)的存在，例如测量其浓度的传感器。应理解的是所产生的电流不必要作为电流测量，可以例如作为通过电阻器的电压降被测量。词语“传感器”、“电化学传感器”和“用于检测一氧化二氮(N2O)的传感器”在本申请的语境中通常可交换使用。在文章“Anoxygeninsensitivemicrosensorfornitrousoxide”，KnudAndersen,ThomasKjaerandNielsPeterRevsbech,SensorsandActuatorsB81(2001)42-48中描述了电化学传感器的一个实例，该文章通过引用全文并入本文，且在描述传感器构建的2.1节中被特别引用。“分析物”理解为感兴趣的化合物，例如分子，例如一氧化二氮。“检测”理解为定性检测分析物的存在。在一些更具体的实施方案中，检测可被理解为定量测量分析物的浓度。“一氧化二氮(N2O)”理解为是具有式N2O(N2O)的分子的化合物。一氧化二氮也被称为二氮氧化物(dinitricoxide)或笑气。“相关体积”理解为与传感器邻近的相关的体积，且其可包含一氧化二氮。所述相关体积不被理解为限制权利要求书的范围。可用传感器测量相关体积中一氧化二氮的浓度。所述相关体积可包含流体、气体或基质，例如生物膜，例如细胞外基质。“第一室”理解为将第一室内的第一体积与第一室之外的环境划分开的腔室，例如盒。然而，本专利技术包括以下内容：第一室在定界壁(delimitingwalls)上可具有一个或多个通孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测相关体积(106)中一氧化二氮(N2O)的电化学传感器(100)，所述传感器包含‑第一室(110)，其具有朝向相关体积(106)的第一开口(112)，‑第二室(120)，其与第一室(110)相邻设置或被第一室(110)部分环绕，所述第二室(120)包含，‑工作电极(104)，‑参比电极(108)，和‑含非质子溶剂的电解质，其中所述第二室(120)具有朝向第一室(110)的第二开口(122)，其中在第二开口(122)中设置第二开口膜(124)，其中所述第二开口膜(124)可渗透一氧化二氮且被设置以分隔第一体积(116)和第二体积(126)，所述第二体积在第二室(120)内，所述第一体积在第一室(110)内，其中所述第一室(110)包含用于阻止氧进入第二体积(126)的装置，且其中所述工作电极(104)包含铟(In)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.12.28 DK PA201270834;2012.12.28 DK BA201200201.一种用于检测相关体积(106)中一氧化二氮的电化学传感器(100)，所述传感器包含-第一室(110)，其具有朝向相关体积(106)的第一开口(112)，-第二室(120)，其与第一室(110)相邻设置或被第一室(110)部分环绕，所述第二室(120)包含，-工作电极(104)，-参比电极(108)，和-含非质子溶剂的电解质，其中所述第二室(120)具有朝向第一室(110)的第二开口(122)，其中在第二开口(122)中设置第二开口膜(124)，其中所述第二开口膜(124)可渗透一氧化二氮且被设置以分隔第一体积(116)和第二体积(126)，所述第二体积在第二室(120)内，所述第一体积在第一室(110)内，其中所述第一室(110)包含用于阻止氧进入第二体积(126)的装置，且其中所述工作电极(104)包含铟；其中第二开口膜长度(L)，所述第二开口膜长度是第二开口膜在从第一室通过第二开口膜到第二室的方向上的长度，在25微米至5毫米范围内。2.根据权利要求1所述的电化学传感器，其中所述传感器包含-第一室(110)，其具有朝向相关体积(106)的第一开口(112)，其中在第一开口中设置第一膜(114)，-第二室(120)，其与第一室(110)相邻设置或被第一室(110)部分环绕，所述第二室(120)包含，-工作电极(104)，-参比电极(108)，和-含非质子溶剂的电解质，其中所述第二室(120)具有朝向第一室(110)的第二开口(122)，其中在第二开口(122)中设置第二开口膜(124)，其中所述第一膜(114)可渗透一氧化二氮且被设置以分隔相关体积(106)和第一体积(116)，所述第一体积在第一室(110)内，且其中所述第二开口膜(124)可渗透一氧化二氮且被设置以分隔第一体积(116)和第二体积(126)，所述第二体积在第二室(120)内，其中所述第一室(110)包含用于阻止氧进入第二体积(126)的装置，且其中所述工作电极(104)包含铟。3.根据前述权利要求任一项所述的电化学传感器，其中非质子溶剂是碳酸丙烯酯，其中用于阻止氧进入第二体积(126)的装置包含抗坏血酸盐，和其中离子化合物溶解在电解质中，所述离子化合物选自由如下物质组成的组：-四丁基碘化铵，-四丁基氯化铵，-四丁铵氟硼酸盐，和/或-四丁铵高氯酸盐。4.根据前述权利要求1-2任一项所述的电化学传感器，其中所述非质子溶剂是碳酸丙烯酯。5.根据前述权利要求任一项所述的电化学传感器，其中所述用于阻止氧进入第二体积(126)的装置包含氧清除剂。6.根据前述权利要求任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔斯·豪尔·拉森，迈克尔·尼耳森，米克尔·霍尔门·安徒生，
申请(专利权)人：尤尼森斯环境公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK