[发明专利]指示电极和包含其的pH感测设备

说明书

本发明涉及指示电极和包含其的pH感测设备。该指示电极具有衬底表面，该衬底表面上非共价地固定有水凝胶，所述水凝胶包括含分析物不敏感材料的单体和至少一种额外的单体。该pH感测设备包含：工作电极，该工作电极包含分析物敏感材料；参比电极；反电极；和所述指示电极。

技术领域

本发明提供了固态电极，该固态电极包括利用氧化还原活性分析物不敏感材料(“AIM”)的“指示电极”(“IE”)和利用氧化还原活性分析物敏感材料(“ASM”)的工作电极(“WE”)以用于包括pH测量在内的电化学分析，还提供了制造和使用本发明材料的方法以及包括这些材料的电极、传感器和设备。在一个实施例中，将AIM掺入到与伪参比电极(“PRE”)结合使用的IE和用作WE的ASM中。该IE校正由PRE电势的变化引起的pH读数(或其他分析物测量值)的漂移，从而提高测量精度并消除对于其他类型的分析物传感器所需的校准过程的需要。因此，本发明涉及化学领域，尤其是电化学领域，以及分析物测量领域，尤其是pH测量领域，以及进行此类测量的各种领域。

背景技术

此前已经描述了基于AIM和/或ASM电化学的电极和分析物感测设备。参见美国专利No.4,857,167、No.5.223.117、No.7.901.555、No.8.177.958、No.8.197.650、No.8.506.779、No.8.562.797、No.8.877.037、No.8.956.519、No.8,961,754，前述专利以引用方式并入本文。还可参见PCT公布No.2010/026842、No.2010/028726、No.2011/045385、No.2013/112767、No.2013/134582以及No.2014/106066，其各自以引用方式并入本文。利用AIM二茂铁的电极描述见于Lafitte et al.(2008),Electrochemistry Communications,10(12),1831-1834(Lafitte等人，2008年，《电化学通讯》，第10卷，第12期，第1831-1834页)；Hickman et al.(1991),Science,252(5006),688-691(Hickman等人，1991年，《科学》，第252卷，第5006期，第688-691页)；Robinson and Lawrence(2006),Electroanalysis,18(2006)677-683(Robinson和Lawrence，2006年，《电分析》，第18卷，第2006期，第677-683页)，以及Robinson and Lawrence(2008),Analytical Sciences 24.339-343(Robinson和Lawrence，2008年，《分析科学》，第24卷，第339-343页)。尽管此前在本领域中已描述了二茂铁水凝胶，但是这些教导内容和材料限于用作氧化还原介质，这是出于从单独的感测元件转换信号的目的。此外，这些参考文献没有提出或专注于本文所讨论的二茂铁水凝胶的物理性质。此外，本发明提供了检测和报告参考氧化还原信号的二茂铁水凝胶pH感测元件。

利用ASM/AIM和方波伏安法(SWV)的电化学传感器(有时称为“伏安传感器”)因提供“免校准”感测的可能性(意味着传感器不必由最终用户校准)而被交口赞誉，尤其适用于pH测量。在这些传感器中，由WE生成的pH敏感信号和由IE生成的pH不敏感信号通过给定的分析物使用SWV方法同时生成。如果分析物是水合氢离子(用于pH测量)，则ASM WE响应于水合氢离子浓度的变化而改变电势，而pH计中IE的理想AIM产生不随pH变化的恒定电势。如图1所示，相对于参比电极(RE)电势测量这两个电势。这样，ASM信号和AIM信号之间的差异可与pH或其他分析物相关联，并且该差异在理想情况下与RE的绝对电势无关，该RE可以是常规的参比电极(“CRE”)或PRE。因此，对于伏安传感器而言，RE的变化对结果的影响比在常规电位计pH传感器中的影响小得多，所述常规电位计pH传感器完全依赖于RE的稳定性和准确性。实际上，对于伏安传感器而言，可使用更简单的PRE(例如，固体Ag/AgCl组合物)来代替CRE(诸如包封在参比溶液中的Ag/AgCl或甘汞CRE)。