[发明专利]包含玻璃覆盖掩膜的玻璃pH电极

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明涉及pH电极的领域，并且特别涉及低斜率pH电极。

2.问题的提出

在许多情况下需要测量流体的离子浓度，所述情况包括用于制药、食品加工和/或食品品质、水质测试等的生产环境中流体的测试。离子浓度或活性的测量可以指示反应的完成、指示组分的分数等。一种测量可以包括pH的测量，所述pH的测量包括被测流体酸度的测量。pH测量可以指示流体的酸碱性条件或浓度。

pH测量包括溶液中氢离子的测量，其被表示为约零至十四的对数值(对于极度酸性溶液，有时扩展至负数)。在pH标度中，非常酸性的溶液具有低pH值，如零或一，对应于氢离子(H+)的高浓度。相反，非常碱性的溶液具有高pH值，对应于非常少量的氢离子(或对应于相应地大量的OH-离子)。中性溶液，如基本上纯净的水，具有约七的pH值。

pH电极是一种产生与溶液的pH水平相关的电势的电极。灵敏度和准确度是pH电极明显地重要的特性。作为pH传感器使用的玻璃电极被设计为响应溶液的pH，并将所测得的电势(mV)绘制在图的Y轴上，并将pH单位绘制在图的X轴上。

图1示出了pH电极的现有技术。现有技术的pH电极是一根在一端具有离子敏感性玻璃泡的玻璃管，并且所述管还包含电解质和内部电极元件。现有技术的pH电极典型地由两种玻璃构成。电极的柄是非传导性、非响应性玻璃，而最常见为泡状的尖端是由二氧化硅、锂和其他元素的氧化物组成的特殊配置的pH敏感性锂离子传导性玻璃。该pH玻璃的结构使得锂离子能够与水溶液中的氢离子交换，在泡的外侧上形成氢离子响应性层。跨越pH敏感性玻璃与外部水溶液之间的界面建立毫伏电势。内部电解质与离子敏感性玻璃相互作用，形成内部电势。

外部表面上电势的大小依赖于被测溶液的pH值。可以通过与至少部分浸入内部电解质溶液中的内部电极电化学接触测量建立在pH玻璃的外部与内部水合层处的外部与内部表面电势之间的差(V外部减V内部)。因为玻璃电极的内部溶液保持在恒定的pH，所测得的电势差仅依赖于所测量的外部溶液的pH值。

参比电极通常被包括在一个分开的容器和溶液中，所述容器和溶液也与所测量的流体离子交换。从而在两个电极之间形成电势，类似于电池。电极之间形成的电势与溶液的氢离子浓度直接相关。参比电极提供了测量电极可以与之比较的稳定的电势。例如，可以根据表格、公式或其他算法处理该电势，以获得离子浓度测量，如pH值。

发明内容

在本发明的一个方面，一种低斜率pH电极包括：

电极体；

pH敏感性玻璃，所述pH敏感性玻璃熔合至所述电极体中，其中所述pH敏感性玻璃具有预定面积；以及

掩膜，所述掩膜形成在所述pH敏感性玻璃的所述预定面积的预定部分上，以便形成低斜率pH特性，其中通过所述掩膜阻挡通过所述pH敏感性玻璃进行的离子交换的至少一部分。

优选地，所述低斜率pH电极还包含：电极元件，所述电极元件安置在所述电极体内；pH缓冲溶液，所述pH缓冲溶液基本上充满所述电极体；以及密封物，所述密封物将所述电极体基本上密封。

优选地，所述掩膜包含非氢离子响应性材料。

优选地，所述掩膜包含非水合氢离子响应性材料。

优选地，所述掩膜包含基本上无孔的材料。

优选地，所述掩膜包含最低限度地有孔的材料。

优选地，所述掩膜形成在所述pH敏感性玻璃的外部表面上。

优选地，所述掩膜以预定厚度形成。

优选地，所述掩膜以预定图案形成。

优选地，所述掩膜形成在所述pH敏感性玻璃的外部表面或内部表面之一上或两者上。

优选地，所述低斜率pH电极包括非能斯特pH电极。

在本发明的一个方面，一种形成低斜率pH电极的方法包括：

形成包含传感器开口的电极体；

将预定面积的pH敏感性玻璃熔合至所述传感器开口；以及遮掩所述预定面积的预定部分以形成低斜率pH特性，其中阻挡通过所述pH敏感性玻璃进行的离子交换的至少一部分。

优选地，所述方法还包括将电极元件安置在所述电极体内，用pH缓冲溶液基本上充满所述电极体，以及将所述电极体基本上密封。

优选地，所述掩膜包含非氢离子响应性材料。

优选地，所述掩膜包含非水合氢离子响应性材料。

优选地，所述掩膜包含基本上无孔的材料。

优选地，所述掩膜包含最低限度地有孔的材料。

优选地，所述掩膜形成在所述pH敏感性玻璃的外部表面上。

优选地，所述掩膜以预定厚度形成。