[发明专利]用于使用试剂基线测量化学物种的浓度的方法

说明书

一种方法，其中获得了感兴趣的化学物种的浓度。该方法包括测量试剂(典型地基于简单的单电子氧化还原对)的特性(例如氧化还原电位)以获得基线测量值。将该试剂与被测溶液混合，然后测量该混合物的特性以获得反应后测量值。然后基于该基线测量值和该第一反应后测量值典型地通过以下方式确定该感兴趣的化学物种的浓度：计算该基线测量值与该反应后测量值的差，然后使用该差和预定的换算表以确定该感兴趣的化学物种的浓度。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年6月17日提交的美国临时申请号62351671的权益，该临时申请通过引用结合在此。

技术领域

本说明书涉及用于测量感兴趣的化学物种的浓度的方法和装置。更具体地，本说明书涉及用于检测溶液中氧化剂的方法和设备。

背景技术

还原氧化反应是控制或测量感兴趣的化学物种的浓度的常用方法。它广泛用于造纸/纸浆工业中的过程控制、环境卫生控制如游泳池和饮用水安全、以及废水管理中。贵金属(如铂和金)传感器是用于提供此种测量的最常用的传感器。这种测量通常被称为氧化还原电位(ORP)测量。

尽管普遍有效，但现有技术ORP测量方法遭受慢的响应速度，不确定由若干种可能发生的化学反应中的哪种引起氧化还原电位，以及缺乏从感兴趣的物种的测量中区分传感器污染或记忆效应的能力。例如，以预期的控制点为中心的已知氧化还原过程可以提供500mV的ORP值。然而，如果传感器被污染，那么难以分辨400mV的读数为实际响应还是传感器被污染使得读数受到损害之间的差异。因为不存在其他独立测量来区分污染的传感器与良好的传感器，所以使用者只能假设读数是反应速率的真实指示。现有技术方法的缺点的另一个实例，当测量物种的ORP时，其中所测量的反应涉及两步电子转移过程，这些方法可以具有慢响应时间。在现有技术方法中，不存在方便的方式来分辨缓增的响应是由传感器引起的还是由两个电子转移过程的复杂性引起的。先前，对于本领域技术人员来说，没有已知的方法来克服这些挑战。

发明内容

本发明提供了一种方法，其中获得了感兴趣的化学物种的浓度(或反应速率)。该方法包括测量试剂的特性以获得基线测量值。该方法继续于：将该试剂添加到被测溶液中，然后测量与该第一试剂反应后该被测溶液的特性以获得反应后测量值，并且然后基于该基线测量值和该第一反应后测量值确定该感兴趣的化学物种的浓度。典型地，这通过以下方式完成：计算该基线测量值与该反应后测量值的差，然后使用该差和预定的换算表以确定该感兴趣的化学物种的浓度。

通过在与感兴趣的物种反应之前使用试剂，基线测量过程每次均有效地校准了测试仪器的传感器。这提供了传感器的明确的性能验证。此外，将传感器响应中的任何偏移作为在感兴趣的物种的每次测量中的因素考虑。

所测量的特性可以是氧化还原电位(ORP)，但还可以是温度、pH、导电率、粘度、浊度、气体溶解度、或颜色。试剂可以基于简单的单电子氧化还原对，如Fe²⁺和Fe³⁺，但可以是其他还原试剂或氧化试剂。

与更复杂的氧化还原过程相比，使用基于单电子氧化还原对的试剂在ORP测量中提供了快速响应，并且该测量的响应时间显著地改进。此外，化学反应的不稳定性也被排除在外，因为简单的氧化还原对现在将为占优势的ORP指标。

例如，二价铁离子(Fe²⁺)和三价铁离子(Fe³⁺)是具有容易地可逆的反应的单电子氧化还原对。基于此种单电子氧化还原对的试剂可用于使用ORP测量来测量更复杂的氧化试剂如次氯酸的浓度。由于在Fe²⁺与Fe³⁺之间的单电子可逆转化，组合的试剂和被测溶液的ORP将反映更接近于由能斯特方程预测的值，使得测量更可重复且可靠。