用于测定在被测介质中的分析物浓度的测量装置及方法制造方法及图纸

一种用于测定在被测介质（M）中的分析物浓度的测量装置（1），包括三电极装置，所述三电极装置具有工作电极（WE）、基准电极（RE）和对置电极（CE），其中所述工作电极包括分析物不敏感氧化还原介体（4），并且所述基准电极包括pH敏感电极。对置电极能够由不活泼导电物质形成。测量装置能够被具体化为在所述工作电极和所述基准电极之间提供期望的电压，并在这样的情况下测定在所述对置电极和所述工作电极之间流过被测介质的电流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测定在被测介质中的分析物浓度的测量装置及方法
本专利技术涉及用于测定在被测介质中的分析物浓度、特别是pH值的测量装置及方法。
技术介绍
在实验室或工业工艺测量技术中在环境分析及化学或生化方法中，测量分析物浓度、特别是测量反映在被测介质中的H+离子浓度的pH值起重要作用。分析物包括例如溶解在被测介质中的特定离子类型或其他化学化合物。诸如例如伏安法或电位法的电化学分析方法通常测定分析物活度，从中能够得出分析物浓度。在稀溶液中，对于第一近似，分析物活度能够被设为等于分析物浓度。活度或浓度的特殊情况的测量是测量pH值。pH值对应于在被测介质中的H+离子活度的以10为底的负对数，其在稀溶液中能够被设为等于H+离子浓度。无论是在实验室中还是在工艺分析中，为测量离子浓度或pH值，频繁使用电位计传感器。通常，这些电位计传感器具有测量半电池，其中离子选择电极作为测量半电池，所述离子选择电极包括例如离子选择玻璃膜、固体膜或聚合物膜。被测介质和测量半电池的电势感测电极之间的平衡Galvani电压的相对变化基本上受到待被确定的该种离子的主要活度变化影响。参考例如诸如Ag/AgCl基准电极的第二类型的基准电极的基本恒定电势的基准半电池的基准电势，能够通过具有高准确度和小装置复杂性的高阻抗电压计来确定被测介质的所寻求离子浓度或pH值。因此，作为这样的传感器的测量信号的是在测量半电池和基准半电池之间的电势差。例如，在"Ion-SelectiveElectrodes",J.KorytaandK.Stulik,CambridgeUniversityPress,1983,第61页中或在"DasArbeitenmitionenselektivenElektroden(WorkingwithIon-SelectiveElectrodes)",K.Cammann,H.Galster,Springer,1996中，对离子选择电极进行了描述。最著名的离子选择电极以及在这样的电位计传感器中作为测量半电池应用最频繁的离子选择电极是pH玻璃电极。该玻璃电极通常包括管状壳体，所述管状壳体在一端由pH敏感玻璃膜密封，并且所述管状壳体填充有内电解液，例如，含有氯化物的缓冲溶液，例如氯化银线的电势感测元件延伸到其中。在玻璃膜上形成有电势依赖于pH值的与被测介质接触的测量半电池。作为基准半电池的通常是第二类型的基准电极，例如Ag/AgCl或甘汞电极，其中一方面的含基准电解液的半电池空间和另一方面的被测介质之间具有液体交界。在能在测量半电池的电势感测元件上引出的测量半电池电势和基准半电池的基准电势之间的电势差（基准半电池的基准电势在理想情况下与被测介质的pH值无关）形成测量换能器的测量信号并且是对于被测介质的H+离子活度、和pH值的直接测量。虽然无论是在实验室中还是在工艺分析中，这样的电位计传感器保证非常精确和可靠的测量结果并且沿用已久，但是其具有许多缺点。例如，会发生作为基准半电池的第二类型的基准电极的一系列缺陷或退化现象，降低测量质量。因此，在实践中这样的基准半电池的电势一般趋于漂移，即经历缓慢而持续的基准电势变化。此外，基准半电池的内电解液可能溢出或干燥。第二类型的基准半电池与被测介质接触所经由的液体交界可能由于固体、特别是难溶性的盐而变得阻塞，并且电极抑制剂可能经由液体交界进入基准半电池。由于pH敏感玻璃膜的小电导率，还需要测量在具有非常高阻抗的半电池之间的电势差，该事实能够导致在测量中的不稳定性和测量值损坏。由于玻璃膜的玻璃的高电阻，对这样的传感器的小型化产生限制。因此，在减小玻璃膜面积的情况下，测量半电池的电阻变得越来越大。因此，已经存在对于替代的更稳健的传感器原理的需要，其优选应在没有一个第二类型的常规基准电极的情况下工作。在WO2005/066618A1中描述一种传感器，该传感器用于确定在钻孔中的被测介质中的分析物浓度。该传感器包括工作电极和对置电极以及外部基准电极。两个或更多个不同的分子组分R、M束缚在工作电极的表面上，其中所述分子组分M对待被确定的分析物L敏感，例如结合分析物L，而分子组分R对分析物L不敏感。利用该传感器通过测定矩形波伏安图，也称为（线性）方波伏安图SWV，能够确定在被测介质中的分析物浓度。取决于测定伏安图期间在工作电极和对置电极之间的电压是增加还是减少，在工作电极上发生分子组分R和M的氧化或还原。这些氧化或还原过程在测定作为与电压值相关的函数的伏安图期间在流过工作电极的电流曲线图中显示为（局部）电流最大值或（局部）电流最小值，也称为电流峰值。当在下面讨论到最大值、最小值或极值时，除非另有说明，意指局部最大值、最小值或极值。如果在工作电极上分别存在分子组分R和分子组分M，假设适当宽地选择伏安图的电压范围，则分别产生与分子组分R相关联的第一极值和与分子组分M相关联的第二极值。虽然与分析物敏感组分M相关联的极值的位置作为在周围的被测介质中的分析物浓度的函数变化，但是与分析物不敏感组分R相关联的极值的位置与被测介质的分析物浓度无关。因此，与组分R相关联的极值能够用作额外的内部基准，使得能够识别和/或防止由于外部基准电极的退化影响而造成的测量不确定性。根据WO2005/085825A1和WO2008/154409A1也已知类似具体化的传感器。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种测量装置，所述测量装置允许以小漂移稳定测量分析物浓度，特别是H+离子浓度或由其得出的pH值。特别是，所述测量装置应在没有外部常规基准电极的情况下工作。通过用于测定在被测介质中的分析物浓度的测量装置实现此目的，其中所述测量装置包括三电极装置，所述三电极装置具有工作电极、基准电极和对置电极，其中所述工作电极包括分析物不敏感氧化还原介体，并且所述基准电极包括分析物敏感电极。对置电极能够包括例如不活泼的导电物质，诸如铂或碳。所述测量装置能够被具体化为在所述工作电极和所述基准电极之间提供预定的期望电压，并且在这样的情况下测定在所述对置电极和所述工作电极之间流过被测介质的电流。测量装置能够包括例如控制电路，特别是恒电势控制电路，所述控制电路被具体化为在所述工作电极和所述基准电极之间提供期望的电压，并在这样的情况下测定在所述工作电极和所述对置电极之间流过的电流。例如，测量装置能够被具体化为通过控制在对置电极和工作电极之间流过被测介质的电流来在工作电极和基准电极之间产生预定的期望电压，而工作电极、对置电极和基准电极与被测介质导电接触。为此，测量装置能够包括恒电势仪，所述恒电势仪具有对应的电子控制电路。测量装置或恒电势仪特别能够被具体化为通过三电极装置执行安培法测量，例如伏安法测量。伏安法测量的示例是线性扫描伏安法（LSV），在线性扫描伏安法的情况下，在工作电极和基准电极之间放置直流斜坡电压，即在线性扫描伏安法的情况下，在工作电极和基准电极之间施加的电压Umess（比较图1）作为时间的线性函数变化。伏安法测量的其他示例包括：与LSV相对应的阶梯伏安法，然而，其中在工作电极和基准电极之间施加的电压Umess的上升或下降作为时间的函数以阶梯方式发生；微分脉冲或差分脉冲伏安法；以及矩形波伏安法，也称为方波伏安法（SWV），在方波伏安法的情况下，在直流电压斜坡上叠加矩形脉冲，与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测定在被测介质（M）中的分析物浓度的测量装置（1，1'，1''，1′″），其中所述测量装置包括三电极装置，所述三电极装置具有工作电极（WE）、基准电极（RE）和对置电极（CE），其中所述工作电极（WE）包括分析物不敏感氧化还原介体（4），并且所述基准电极（RE）包括分析物敏感电极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.10 DE 102010033936.9;2011.05.20 DE 10201111.一种用于测定被测介质中的分析物浓度的测量装置，其中所述测量装置包括三电极装置，所述三电极装置具有工作电极、基准电极和对置电极，其中所述工作电极包括分析物不敏感氧化还原介体，并且所述基准电极包括分析物敏感电极。2.根据权利要求1所述的测量装置，其中所述测量装置包括控制电路，所述控制电路被具体化为在所述工作电极和所述基准电极之间提供期望的电压，并在这样的情况下测定在所述对置电极和所述工作电极之间流过被测介质的电流。3.根据权利要求2所述的测量装置，其中所述控制电路是恒电势控制电路。4.根据权利要求1所述的测量装置，其中所述测量装置被具体化为通过所述三电极装置来执行安培法测量。5.根据权利要求4所述的测量装置，其中所述安培法测量是伏安法测量。6.根据权利要求1所述的测量装置，其中所述测量装置包括函数发生器，所述函数发生器被具体化为指定在所述工作电极和所述基准电极之间所要提供的电压曲线，其中作为提供预定电压曲线的结果，所述测量装置被具体化为测定在所述工作电极和所述对置电极之间流过被测介质的、作为在所述基准电极和所述工作电极之间提供的电压的函数的电流。7.根据权利要求2所述的测量装置，包括评估系统，所述评估系统被具体化为根据在伏安法测量的情况下测定的在所述工作电极和所述对置电极之间的电流曲线，确定处于所述工作电极和所述基准电极之间的电压的值，在该电压处，所述电流曲线具有与所述氧化还原介体的氧化或还原相关联的局部极值，并且根据该值得出在被...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·汉克，托马斯·威廉，
申请(专利权)人：恩德莱斯和豪瑟尔测量及调节技术分析仪表两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE