[发明专利]测量低碱度溶液pH的方法和设备

说明书

发明背景

技术领域

本发明整体上涉及测量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。

背景技术

多种系统和方法已经被用于测量水系的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，此专利被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，所以弱缓冲(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。

发明内容

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 入指示剂而导致的pH值扰动是不可忽略的。因此，由于在弱缓冲(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，本发明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。

本发明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。本发明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；

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；

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为表示从本发明提供的示例性线性外推法所得到结果的示意 图。

具体实施方式

本发明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 或缓冲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。

本发明的观念基于认识到在低碱度溶液中，样品中加入指示剂所引 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缓冲(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。