测量低碱度溶液ｐＨ的方法和设备技术

描述了测量低碱度样品ｐＨ值的系统和方法。本发明专利技术提供了包括多个ｐＨ指示剂的传感器阵列，各指示剂具有不同的指示剂浓度。通过将传感器阵列应用到具有已知ｐＨ的样品溶液而生成校准函数，以便同时记录来自各指示剂相对于各指示剂的指示剂浓度的ｐＨ响应。一旦校准，则将传感器阵列应用于具有未知ｐＨ的低碱度样品。然后将来自各ｐＨ指示剂的结果与校准函数进行比较，且将拟合函数进行外推，以获得低碱度样品的实际ｐＨ值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术整体上涉及测量pH的系统，更特别地涉及利用多个pH指示剂传感器采用外推分光光度法测量低碱度溶液的pH的改进方法和设备。
技术介绍
多种系统和方法已经-波用于测量水系的pH。例如，玻璃电极通常用于在实验室和工业环境下的pH测量。可替换的，已知分光光度技术可用于pH测量。在2006年8月22日提交的美国专利，申请号11/507,689中描述示例的pH测量的系统和方法，此专利^皮转让给与本申请相同的受让人，通过参照将其公开内容并入本文。尽管现有技术中的设备和系统已经被证实是有用的产品，但还不能完全满足以相对简单和用户容易使用的方式，快速、简单和准确测量低碱度水样的要求。与测量低碱度溶液pH相关的挑战之一是由于在样品溶液中加入指示剂而导致的pH值扰动(perturbation )是不可忽略的。这是由于指示剂本身是弱酸或弱碱。换句话说，由于加入样品中的指示剂浓度相对于溶液中的酸或碱的量而言是显著的，所以弱緩冲(即低碱度)溶液的pH可能被剧烈扰动(perturbed)。现有技术试图通过以下方法来最小化或矫正水相中指示剂引起的扰动(1 )将指示剂溶液的pH值调节至接近样品的pH值；(2 )降低所加入指示剂与样品体积的比例；以及(3)通过逐步加入指示剂观察指示剂引起的pH值扰动，然后利用线性外推法获得样品的pH值。这些现有技术的方法可以提供有用的结果，但它们通常非常耗时且使用不方便。因此，非常需要改进方法和系统，其以相对高性价比、使用方便的方式提供精确的、准确的、快速的低碱度样品的pH检测。
技术实现思路
与测量低碱度溶液pH值相关的挑战之一为由于在样品溶液中加5入指示剂而导致的pH值扰动是不可忽略的。因此，由于在弱緩冲(即低碱度)溶液中加入的指示剂浓度，pH测量可被剧烈扰动。为解决该 问题，本专利技术公开的系统和方法包括具有多个pH指示剂的传感器阵列， 各指示剂具有不同的指示剂浓度。通过将传感器阵列应用于具有已知pH 的样品溶液来校准所述传感器阵列。来自各pH指示剂的响应被同时记 录，且产生校准函数(即校准曲线)，其代表对于各指示剂浓度，相对 于各指示剂浓度的pH响应。 一旦校准，接着，可以将传感器阵列应用 于具有未知pH的低碱度样品溶液。将来自各pH指示剂的pH值结果与 校正曲线进行比较，并产生拟合函数(即拟合方程式)，其代表来自各 指示剂浓度的pH响应。然后产生拟合方程式，并进行外推以确定截距 点(intercept point)(即当指示剂浓度为零时)，以得到未知样品原本 的(即实际的)pH值。本专利技术的其他方面涉及此类系统和方法的用途，以及设计用于测量 低碱度溶液的示例性方法。本专利技术的其他方面以及其相对于现有技术的 优点将在在参考附图阅读下面的详细描述以及所附权利要求后变得明 显。附图说明图1为显示加入各种量的百里酚蓝(thymal blue)后pH的变化的示意图2描绘了一系列图示，其显示在加入指示剂前后，不同溶液的 pH值；图3为表示所测量pH相对于酚红加入量之间关系的示意图4显示了基于四种不同指示剂浓度产生的校准曲线；图5为表示从本专利技术提供的示例性线性外推法所得到结果的示意图。具体实施例方式本专利技术描述了包括基于聚合物膜的传感器阵列的系统和方法，其用 快速、准确地测量低碱度溶液的pH值，例如低碱度水样。已知，碱度 或緩沖能力是水样的基本特征之一 。碱度是溶液中和酸的能力的量度。 较低的碱度意味着在讲酸加入到溶液的时候，对抗pH变化的能力较低。本专利技术的观念基于认识到在低碱度溶液中，样品中加入指示剂所？ I起的对pH的扰动是不可忽略的。这一点是正确的，因为指示剂本身是弱酸或者弱碱。因此，由于样品中加入指示剂浓度的量相对于低緩冲(即低碱度)溶液中存在的酸或碱的量是显著的，因此溶液pH可能被剧烈 扰动。这种扰动影响在负载pH指示剂的膜上甚至更加显著。为解决该问题，本专利技术的一个方面描述了用于快速、准确测量低碱 度样品pH值的外推法。优选地，该方法利用但不限于，按照先前通过 参照并入本文的美国专利申请号11/507,689所述构建的传感器阵列。这 类传感器阵列被设置为包括多个指示剂部分，各自具有不同的指示剂浓 廋。 一旦被构建，则所述传感器阵列用于通过分光光度法测量样品的pH, 其中各指示剂同时提供了离散的吸光率pH测量。将从各指示剂部分测 量的pH值相对于其各自的指示剂浓度进行作图，将表示所测量pH值的 拟合函数(即拟合方程式)进行外推，以确定当指示剂浓度为零时的截 距点，以获得样品最初的pH (即实际pH)。本专利技术的系统和方法与现 有技术相比具有如下优势由于没有尽力最小化由指示剂添加所造成的 pH扰动，本专利技术利用了来自不同指示剂浓度的pH扰动之间的关系，对 传感器阵列进行校准，因此提供了基线参照值用以从具有未知pH的低 碱度样品确定pH量度。正如本文所公开的，本专利技术的系统和方法特别适用于快速、准确地 确定低碱度溶液的pH。测量低碱度溶液的pH并不是微不足道的，这是 由于加入溶液的弱酸或弱碱指示剂，特别是当指示剂浓度(其通常是弱 酸或弱碱)与样品溶液中酸或碱的量相比显著时，会产生扰动。可以利 用比色计、分光光度计或者荧光光谱仪来测量pH响应。根据本专利技术的示范性实施方案，利用四层膜阵列构建pH传感器阵 列，但可以理解，也可以使用更多或更少的膜，而没有离开本专利技术的范 围。各传感器膜包括不同的pH指示剂浓度，其分别标记为In In2、 In3 和In4。为了本文实施例的目的，各膜的指示剂浓度范围是大约0.01-10%。通常从水溶性聚合物、醋酸纤维素、或聚2-鞋乙基甲基丙烯酸酯 (pHEMA)制备固体膜。指示剂可以是比色pH指示剂、焚光pH指示剂优选自下列酚红、曱酚红、间-甲酚紫、百里酚蓝、溴氯酚蓝W.S.、 溴甲酚绿、氯酚红、溴曱酚紫、溴百里酚蓝(bromothymol blue)、中 性红、酚酞、邻-曱酚酞(o-cresolphthalein)、耐尔蓝A ( nile blue A )、 百里酚酞(thymolphthalein)、溴酚蓝、间甲酚紫(metacresol purple )、 孑L雀绿(malachite green )、亮绿(brilliant green )、结晶紫(crystal violet)、 甲基绿(methyl green)、甲基紫2B (methyl violet 2B )、苦味酸、萘 酚黄S ( naphthol yellow S )、间胺黄(metanil yellow)、碱性品红(basic fuchsin)、焰红染料B ( phloxine B )、曱基黄(methyl yellow)、曱基 橙(methyl orange )和萏素(alizarin )。为了说明本专利技术的观念，我们对由于添加不同量的指示剂材料到样 品溶液中而导致的低碱度溶液pH变化(即扰动)进行了理论计算。尽 管包括本文所公开的实施例以说明本专利技术的宽实用性，但本领域技术人可被认为构成了其S施的示例性模式。但是，本领域技术人员在本专利技术 的指导下，可以意识到在本所公开的具体实施方案中可以进行许多变化 仍得到相同或相似的效果，而不离开本专利技术的范围。本文所公开的校准 方法和外推方法可用于利用由比色计、分光光度计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量ｐＨ的方法，其包括下列步骤：　提供具有多个ｐＨ指示剂的ｐＨ传感器阵列，各所述指示剂具有不同的指示剂浓度；　将所述传感器阵列应用于具有已知ｐＨ的样品溶液；　同时测量来自各所述指示剂的第一ｐＨ响应；　生成代表所述 第一ｐＨ响应的校准函数；　将所述传感器阵列应用用于具有未知ｐＨ的低碱度样品溶液；　同时测量来自各所述指示剂的第二ｐＨ响应；　将所述第二ｐＨ响应和所述校准函数进行比较，以获得来自各所述指示剂的初步ｐＨ值；　生成代表所述 初步ｐＨ值的拟合函数；以及　将所述拟合函数进行外推至指示剂浓度为零，以评估所述未知样品的实际ｐＨ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-5-7 11/800,7461.一种测量pH的方法，其包括下列步骤提供具有多个pH指示剂的pH传感器阵列，各所述指示剂具有不同的指示剂浓度；将所述传感器阵列应用于具有已知pH的样品溶液；同时测量来自各所述指示剂的第一pH响应；生成代表所述第一pH响应的校准函数；将所述传感器阵列应用用于具有未知pH的低碱度样品溶液；同时测量来自各所述指示剂的第二pH响应；将所述第二pH响应和所述校准函数进行比较，以获得来自各所述指示剂的初步pH值；生成代表所述初步pH值的拟合函数；以及将所述拟合函数进行外推至指示剂浓度为零，以评估所述未知样品的实际pH。2. 权利要求1的方法，其中所述外推步骤包括生成所述拟合函数的线性截距点，以获得所述未知样品的pH。3. 权利要求2的方法，其中所述外推步骤包括由下述方程式确定的外推运算法则<formula>formula see original document page 2</formula>样品其中，i为对应各pH指示剂的指数；In,为第i指示剂的指示剂浓度；pH,为第i指示剂的笫二pH测量值；以及N为pH指示剂的数量。4. 权利要求3的方法，其中所述指示剂为基于固体聚合物的、含有pH指示剂的膜。5. 权利要求4的方法，其中所述指示剂为比色pH指示剂或荧光pH指示剂。6. 权利要求5的方法，其中所述比色pH指示剂选自下列盼红、曱酚红、间-甲酚紫、百里酚蓝、溴氯酚蓝W.S.、溴甲酚绿、氯盼红、溴甲酚紫、溴百里盼蓝、中性红、酚酞、邻-甲酚酞、耐尔蓝A、百里酚酞、溴酚蓝、间曱酚紫、孔雀绿、亮绿、结晶紫、曱基绿、曱基紫2B、苦味酸、萘酚黄S、间胺黄、碱性品红、焰红染料B、曱基黄、曱基橙和萏素。7. 权利要求l的方法，其中通过比色计、分光光度计、或者荧光光谱仪测量所述pH响应。8. 权利要求4的方法，其中所述固体膜是从水溶性聚合物制备的。9. 权利要求4的方法，其中所述固体膜是从聚2-羟乙基甲基丙烯酸酯(pHEMA)或醋酸纤维素制备的。10. 权利要求4的方法，其中所述传感器阵列包括至少四种pH指示剂，其中所述指示剂具有大约0.01% ~ 10%量级上的浓度。11. 权利要求3的方法，其进一步...

【专利技术属性】
技术研发人员：C肖，B陈，W崔，L张，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]