[发明专利]导电性测量装置及其制造和使用

说明书

                        技术领域

本发明涉及制造用于测量超纯液体(如超纯水)的导电性的装置的方法，尤其是制造用于测量液体样品中有机物质或总有机碳含量(TOC)的装置的方法。

                        背景技术

大量现代技术的应用都需要超纯水来实施它们的操作，尤其在化学、制药、医学以及电子工业中。

目前，如专利US 4 767 995中所描述的，用于例如水净化系统中的导电性测量器件由至少两部分的形成电极的导电材料组成，所述导电材料以轴向重叠的方式头尾相接地固定在同一绝缘材料的元件体上。所述电极中的至少一个是中空的，从而可以在其中空体内与第一部分同轴地容纳另一个电极。两电极间的空间限定了进行测量的样品量(sample volume)。

对这种配置进行调整，可以获得足够小的器件常数(cell constant)，从而可以测量超纯液体的导电性。

回过头来，在这个方面，导电性是对穿过物质的电子流的测量。它与离子的浓度、每个离子携带的电荷(化合价)以及它们的迁移率直接成比例。这种迁移率依赖于温度，因此，对导电性的测量也就依赖于温度。

在理论上的纯净水中，只有两种离子存在，就是水分子分解成的H⁺和OH^-。

这样，在25℃，没有离子污染的水样品的理论导电性等于0.055μS/cm，即，电阻率(导电性的倒数)为18.2MΩcm。

这种导电性的测量是通过在两个浸入水样品中的电极间施加电势实现的。其可以通过电压以及导电性测量器件内产生的电流强度来确定。

这种导电性测量方法受到器件几何形状、电极的总表面积(s)以及它们之间相隔距离(L)的影响。

最后两个参数限定了器件常数：器件常数＝L/s。

在实践中，对于给定电压，电极的表面积越大，产生的电流强度越大，这样，电流的测量也越精确。这就意味着器件常数越小，测量越精确。

这在超纯水的情况中特别重要。这是因为要获得更不易被干扰的强信号，器件常数必须小(实践中＜0.2cm^-1).

这种导电性测量器件的最好应用之一是对总有机碳含量(TOC)的测量，如专利申请EP 0 498 888或专利US 6 741 084中所描述的。在实践中，利用波长约为185nm的紫外线(UV)对理论超纯净水的样品进行光氧化(photo-oxidation)，使得可以根据被测样品中存在的有机物质受到紫外线的氧化导致的电阻率减小来测量水中有机碳的含量。

目前，在大规模生产方法中，组成所述器件的元件通常是手工组装的，这特别导致所述器件相对于规格的几何形状差异或一个器件与另一个器件的差异，如两电极相对位置上的差别。在实践中，这就导致了器件常数的差异，而器件常数影响导电性测量精度。

                    发明内容

总的来说，本发明旨在能够制造可以以非常高的精度测量超纯液体的导电性的装置的配置，并进一步带来其它的优点。

更具体的，本发明提供制造测量液体(尤其是超纯水)的导电性的装置的方法，所述装置包含两个导电性测量电极，所述导电性测量电极适于限定能够对超纯液体的导电性进行测量的器件常数，其特征在于该方法包括用导电材料在绝缘材料的基体上形成电极图案来制备各个电极。

因此，本发明不仅可以保证高精度的制造，特别是在电极厚度的方面，这样使公差最小，还可以使用自动制造技术在制造过程中消除手工组装器件组件，特别是显著增加了从一个器件到另一器件的器件常数的重复性。

在用于测量超纯液体导电性的不同申请中已经提出了这种制造传感器的制造技术(例如参见专利申请US 2005/0247114和US 2003/0153094)，但是本领域技术人员至今还没有意识到将这种技术应用到生产测量超纯液体导电性的装置中，即，其中的电极必须适于获得能够对这种导电性进行测量的器件常数的装置，因此，其中器件常数为关键参数。

在实践中，根据本发明的导电性测量器件就是利用这种源于电子技术的制造技术(例如显微光刻法或屏幕打印法)来制造的。它们有利地通过将电极图案光刻到给定基体材料(如聚合体例如Mylar(聚酯)，或陶瓷制品如石英玻璃)上制成，被淀积的电极形成材料也可变化。优选是碳、硼掺杂金刚石、铂、银、金或钛。