[发明专利]具有无孔参比接界的传感器

说明书

本申请涉及具有无孔参比接界的传感器。根据本公开的至少一个方面，公开了一种用于测量介质的电化学传感器的参比半电池。所述参比半电池包括：壳体，所述壳体限定包含电解质的腔室，所述壳体包括具有穿过其中的孔的壁；以及电极，所述电极被布置在所述腔室中的所述电解质中。所述参比半电池还包括参比接界，所述参比接界被布置在所述孔中，使得所述参比接界与所述壳体壁之间的交界面是不可渗透的。所述参比接界是电气导电或离子导电的且对于所述被测介质和所述电解质是不可渗透的，并且所述参比接界使得能够在所述电极处实现恒定电位。还公开了采用所述参比接界的电化学传感器和氧化还原电位传感器。

技术领域

本公开总体上涉及电化学传感器，特别是具有无孔接界的电化学传感器。

背景技术

电化学传感器通常用于在化学、环境分析、生物化学、生物技术、制药、食品技术和水管理的许多领域中确定被测介质(实验室测量和工业过程测量)中的某些物质(例如，分析物)的浓度。传统电化学传感器通常包括：测量半电池，所述测量半电池形成取决于被测介质中的分析物的浓度的电位；参比半电池，所述参比半电池输出独立于所述分析物浓度的电位；以及测量电路，所述测量电路生成表示测量半电池与参比半电池之间的电位差的测量信号。

电化学传感器的参比半电池通常被实现为第二类电极，例如，作为银/氯化银电极(Ag/AgCl电极)。这种参比半电池通常具有包含在电绝缘材料的壳体中的参比电解质，氯化银线延伸到所述壳体中。参比电解质可以是例如3摩尔KCl溶液。参比半电池通常还包括布置在壳体壁的壁中的参比接界，所述参比接界是通道或多孔隔膜，参比电解质通过所述通道或多孔隔膜经由液体-液体交界面与周围待测介质(即，被测介质)处于离子导电接触。

无论通道(例如，形成小毛细管通道的线束)还是多孔隔膜(例如，具有给定的孔的数量和尺寸分布的陶瓷或聚四氟乙烯)，这种参比接界的缺点是：由于参比电解质的污染或稀释，所生成的参比电位在传感器的使用寿命中可能无法保持不变。例如，由于参比电解质和被测介质之间的浓度差异，可能会通过参比接界在两个方向上发生扩散。被测介质中的化学组成物可以扩散到参比电解质中，从而污染参比电解质并致使参比电位的偏差。在相反方向上，可能发生参比电解质的损失或参比电解质的浓度的变化。这种变化可以由参比电解质与被测介质之间的扩散和/或压力以及温度梯度驱使。此外，这种多孔参比接界可能变得堵塞(特别是在被测介质或电解质是粘性介质的情况下)，因此通过负面地影响测量半电池与参比半电池之间的导电性来降低电化学传感器的性能。

因此，仍需要在该技术领域中作出进一步贡献。

发明内容

根据本公开的至少一个方面，一种用于测量被测介质的至少一个被测变量的电化学传感器的参比半电池，包括：壳体，所述壳体限定包含电解质的腔室，所述壳体包括具有穿过其中的孔的壁；电极，所述电极被布置在腔室中的电解质中；以及参比接界，所述参比接界被布置在所述孔中，使得参比接界与壳体壁之间的交界面是不可渗透的。在这种实施例中，参比接界是电气导电或离子导电的且对于被测介质和电解质是不可渗透的，并且所述参比接界使得电流能够在电极与测量半电池之间流动并且在电极处维持恒定电位。

在根据本公开的至少一个实施例中，参比接界基本上由三氟化镧组成。在实施例中，参比接界基本上由含碳化合物组成。在另一个实施例中，参比接界基本上由石墨组成。在某些实施例中，参比接界基本上由玻璃状碳组成。在某些实施例中，参比接界基本上由石墨烯组成。在又一个实施例中，参比接界基本上由阻抗小于2千兆(giga)欧姆的离子导电玻璃组成。

在至少一个实施例中，电极是涂覆有卤化银的银线。在某些实施例中，卤化银是氯化银，并且其中电解质包括氯化钾。电解质是凝胶、液体或固体。