[发明专利]pH监测设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于监测溶液的pH值的方法和设备。它进一步涉及监测电解水的pH值。

背景技术

可以在许多领域中使用电解水、即碱水和酸水。例如，弱碱水可以用于饮用，因为人们认为引用弱碱水对健康有益。也提出将碱水用于清洗食物(水果和/或蔬菜)，因为碱水可以帮助从蔬菜和水果中去除杀虫剂残留物。又例如，酸水用于消毒(灭菌)。在这些各种应用中，出于安全目的或者为了更好效果，需要控制碱水或者酸水的pH(氢离子浓度)。例如，在使用碱水清洗食物时，碱水是电解的自来水并且流向水池供用户使用；由于用于长时间皮肤接触的安全pH值被建议在10.5以下，所以应当监测和控制pH值。

传统pH计量器使用两个玻璃电极：指示器电极和参考电极。在两个电极被浸没于溶液中时，建立小电流电池。形成的电势依赖于两个电极。在由两种溶液中的H+浓度所控制的离子交换中在该玻璃的离子与溶液的H+之间在膨胀膜的两个表面处的交换引起响应。这一传统pH感测技术可以被小型化成某一尺寸以测量活体中的pH值并且遥测地报告数据。

另一pH感测技术基于使用对离子灵敏的场效应晶体管(ISFET)。在ISFET中，向栅极电极涂敷对H+灵敏的缓冲涂层。

因此，在漏极电极与源极电极之间的电压降变成H+浓度的函数，栅极电极暴露于该H+浓度。基于ISFET的pH传感器可以被构建成小体积。实验室ISFET pH传感器是市场上可以买到的并且一般比传统玻璃电极pH传感器更昂贵。

传统的pH传感器和基于ISFET的pH传感器二者都需要校准和参考电极，从而使得它们的使用复杂。当前ISFET成本相对高。

WO 2008/135930描述一种用于测量分析物水平的生化感测设备。该过程包括：提供涂覆有化合物/聚合物的电极，其中化合物/聚合物具有依赖于分析物的溶解度分布，使化合物/聚合物涂覆的电极暴露于溶液，测量作为时间的函数的电极处的传导率，并且将传导率与化合物/聚合物的溶解度关联以确定溶液的pH。在这一应用中，聚合物的溶解度性质用来确定溶液的pH值。

然而有时有无需测量溶液的绝对pH值的应用，作为该应用的结果，简单和廉价溶液足以控制溶液的pH值以保证溶液的pH值未超过阈值。

发明内容

为了解决上文提到的一个或者多个问题，本发明提供一种pH监测设备，该设备包括：

-用于容纳溶液的室；

-浸没在溶液中的聚合物，其中聚合物的物理状态根据溶液的pH是否超过阈值是可变的；

-用于检测聚合物的物理状态的改变的检测器。

利用这一设备，在检测器检测到聚合物的物理状态的改变时，意味着溶液的pH值已经超过阈值。

根据所使用的聚合物的不同性质，可以用不同方式实现检测器。

有利地，在聚合物的物理状态的改变对应于溶液溶解聚合物时，检测器包括：

-用于发射光束的光源；

-用于检测光束的光学传感器；

其中聚合物定位于光源与光束之间，从而聚合物阻挡光束，并且在溶解聚合物时光学传感器可以检测光束。

有利地，在聚合物的物理状态的改变对应于溶液使聚合物膨胀时，检测器包括：

-用于发射光束的光源；

-用于检测光束的光学传感器；

其中聚合物定位于光源与光束之间，从而在使聚合物膨胀时，膨胀的聚合物阻挡光束。

有利地，在聚合物的物理状态的改变对应于溶液溶解聚合物时，检测器包括：

-由聚合物绝缘的两个电极，并且在溶解聚合物时，两个电极可以由溶液电连接；

-与两个电极连接的电源；

-用于检测两个电极是否被电连接的电传感器。

有利地，在聚合物的物理状态的改变对应于溶液溶解聚合物并且聚合物定位于室中从而聚合物阻挡溶液的流动并且可以在溶解聚合物时检测溶液的流动时，所述检测器包括用于检测溶液的流速的流量传感器。

有利地，在聚合物的物理状态的改变对应于溶液使聚合物膨胀并且聚合物定位于室中从而在聚合物膨胀时阻挡溶液的流动时，所述检测器包括用于检测溶液的流速的流量传感器。

使用上文描述的pH监测设备，本发明还提出一种用于处理的设备。该设备包括：

-如上文提到的pH监测设备；

-电解单元，用于电解水以获得碱水和酸水，其中碱水或者酸水对应于溶液；

-控制器，用于在已经检测到聚合物的物理状态的改变时停止水电解。