[发明专利]用于离子敏感固态电极的测量单元和离子敏感电极

说明书

用于离子敏感固态电极(10)的测量单元(1)，所述测量单元(1)用于测量测量溶液(5)中的pH，所述测量单元(1)具有：分层结构(6)，其包括具有第一环形接触表面(111)的离子敏感玻璃层(11)、直接或经由至少一个中间层(12)粘附到离子敏感玻璃层(11)的导电层(13)、以及粘附到导电层(13)并且设置有第二环形接触表面(141)的基体(14)；保持构件(18)，其设置有第一环形密封表面(181)、第二环形密封表面(182)以及环形区段(189)；其中，第一环形密封表面(181)密封连接到第一环形接触表面(111)，其中，第二环形密封表面(182)连接到基体(14)的第二环形接触表面(141)，其中，保持构件(18)的第一环形密封表面和第二环形密封表面(181、182)通过环形区段(189)密封连接。

技术领域

本发明涉及一种用于固态离子敏感电极的固态测量单元以及一种设置有所述固态测量单元的离子敏感电极。

背景技术

在实验室和工业过程中，玻璃电极通常用于测量离子活度、特别是pH值。这些玻璃电极一般包括薄离子敏感玻璃膜，所述薄离子敏感玻璃膜附接或熔融到玻璃电极的玻璃轴的端部件。

pH测量的原理和相关pH电极在“A guide to pH-measurement”，03/2016，Mettler-Toledo GmbH中进行了描述。pH电极通常包括玻璃轴，所述玻璃轴在一端处具有对H⁺离子敏感的薄玻璃膜。当膜暴露于测量溶液时，外部凝胶层形成在该膜玻璃的外部上。此外，当电极填充有内部缓冲剂时，内部凝胶层形成在玻璃膜的内部上。取决于测量溶液的H⁺离子浓度或pH值，H⁺离子扩散到外部凝胶层中或从外部凝胶层中扩散出来。如果溶液是碱性的，则H⁺离子从层中扩散出来，并且在膜的外侧上建立负电荷。由于内部缓冲剂具有恒定的pH值，因此膜的内表面上的电势在测量期间保持恒定。因此，通过pH电极测得的电势是离子敏感玻璃膜的恒定内部电荷与可变外部电荷之间的差。此外，内部缓冲剂包含恒定浓度的氯化物，所述恒定浓度的氯化物关于浸入相同内部缓冲剂中的银/氯化银Ag/AgCl电极产生恒定电势。该电化学链将玻璃膜的电势与从电极引出的电线的电势相连。

通过pH电极测得的电势与通过参考电极提供的参考电势进行比较，参考电极通常是浸入参考溶液中的Ag/AgCl电极，参考电极经由接界与测量溶液间接接触。因此，该传统参考电极将与待测量的溶液无关地始终产生相同的恒定电势。

具有玻璃膜的离子敏感电极表现出优异的测量性能。例如，pH电极在斜率、长期稳定性、选择性和检测极限方面显示出良好的性能，但是也有缺点。经典的玻璃电极仅能在给定取向上使用。此外，玻璃电极显示出机械性缺陷，这是因为它们会容易破裂，导致玻璃碎片进入到测量溶液中，这必须严格避免，特别是在食品工业的过程中。

DE2220841A1公开了一种离子敏感电极，其中，产生恒定电势的内部缓冲溶液被沉积在离子敏感玻璃膜上的金属代替。当离子敏感电极的内部缓冲剂被固体材料代替时，离子敏感电极被称作固态离子敏感电极。这样的措施允许以显著减小的尺寸来制造电极，但是具有固体内部缓冲剂的已知离子敏感电极也显示出相当大的缺点。

由于离子敏感玻璃膜的高阻抗，金属元件的电隔离通常是至关重要的。此外，由于暴露于周围的化学反应物、例如氧气(O₂)、水(H₂O)、氮气(N₂)、二氧化碳(CO₂)等，特定金属电极可能被损坏或破坏。此外，在特定的导电层与玻璃层之间可能发生化学相互作用，这可能导致玻璃层的损坏或破坏。更进一步地，与传统离子敏感电极相比，离子选择性固态电极的性能和特性仍然不是所希望的。此外，经历了测量范围的限制以及对于压力和温度的不足的稳定性。下面，详细讨论从现有技术已知的技术方案及多个相关问题。