氢离子检测

Ph的检测与分析1.氢离子检测方法氢离子的检测可以统分为目视比色法和传感器法1.1目视比色法主要是指酸碱指示剂法和pH试纸法，这两种方法简便易行，但测量误 差大1.2传感器法准确度高，便于实现连续自动监测、因此，对pH的精密测量往往采用传 感器法在传感器法中按照输出信号的不同，分为电学传感器法、光学传感法器、声波传感 器法等如果输出的是电信号，则称为电学传感器根据所测电信号的不同，电学传感器又 分为电流型、电位型、电导型、阻抗型、电容型等多种类型若输出的是光信号，检测器通 过检测由被测物质引起的光吸收、荧光、光反射、发光等光学性质或强度的变化来实现对待 测组分的测量，这种传感器叫光学传感器，光学传感器可分为光吸收、荧光、化学发光、电 化学发光、质谱、偏振、反射、折射、干涉、波导、表面等离子共振等多种类型其主要是 光吸收型传感器和荧光传感器1.2.1电化学传感器：电化学氢离子传感器主要是指与溶液pH值存在能斯特响应的各类 电极，主要包括，玻璃电极、金属氧化物电极、各种聚合物薄膜修饰电极以及氢离子敏场 效应管等1.2.1.1玻璃电极：1)优点:①测量准确度高，pH=1〜9范围内使用效果最好，测定误差+0.01 pH单位；②测定pH值时不受溶液中氧化剂或还原剂存在的影响；③可用于有色的、浑浊 的或胶态溶液的pH值测定。

2)缺点：①易碎；②玻璃性质会起变化，须不时以标准pH缓 冲溶液核对1.2.1.2金属氧化物电极：由金属或其他导体材料及金属氧化物组成，是发展最早的非玻 璃型电化学氢离子传感器，该类金属的氧化物或氢氧化物不溶于水，其电极电位与溶液pH 值具有能斯特关系，因而可以通过电极电位的测量得到溶液的pH值，这类电极包括，锑电 极、贵金属/氧化物膜电极、铱或铱/铱氧化物薄膜电极、忆电极、钥电极、钨电极、钦电极 等优点是测量响应快，缺点是灵敏度不高1.2.1.3聚合物薄膜电极：它是化学修饰电极的一种化学修饰电极是利用物理或化学的 方法，使电极表面获得不同的功能团，从而改善或改变电极的原有性能，实现对电极的功能 设计电极的修饰方法可分为共价键合型、吸附型、和聚合物型等聚合物修饰电极的聚合 物膜一般通过电化学聚合、有机硅烷缩合或等离子聚合等方式连接而成，聚合物膜修饰电极 的聚合物涂层较为牢固，电极寿命较长，同时由于膜层中的电活性中心较多，测定的灵敏度 较高由于修饰电极较好的选择性和灵敏度，可以极大地拓展电极的应用范围，因此化学修 饰电极发展极为迅速，直到今天仍是电化学传感器的重要研究方向因为聚氯乙烯(PVC)膜 的稳定性较好，机械性能较强，且能使氢离子通过而阻碍氧的通过，所以PVC膜常用作惰 性载体制备PH。

优点是聚合物修饰电极对H+有较好的响应性能，但敏感膜强度不大，传 器的寿命较短1.2.1.4离子场效应晶体管：(Source) 圈圈传眦时 (Drain)呈捶(Bulk or Body)图 I MO5FET . ISFET^WFig! Structufes of MUSFET and LSFET离子敏场效应晶体管pH传感器是一块硅晶片，可以用n型或p型半导体掺杂制成n 型半导体可用来制造p沟道增强型场效应晶体管，是ISFET pH电极的优选材料它是用氢 离子敏感膜代替了金属氧化物半导体效应管的金属栅，当在参比电极与敏感栅之间施加电压 时，由于带电氢离子的存在，在敏感膜与溶液界面上感应出对氢离子敏感的能斯特电位，该 电位影响栅极的导电性和漏电流的大小，从而可以实现对氢离子浓度的测量由于氢离子敏 场效应晶体管容易实现集成化、微型化、灵敏度高(可达0.O05pH)、响应速度快(<0.15)等优 点迅速引起各国科学家的重视，1.2.2光化学氢离子传感器：光化学氢离子传感器主要是指光纤pH传感器根据监测信 号的不同，光学PH传感器可分为吸光型、荧光型、化学发光型等多种类型，其中应用较多 的主要有两大类型，即吸光型pH传感器和荧光型pH传感器。

基于吸收原理的pH传感器 是基于溶液中的酸碱质子平衡理论，需要离子的动态传输平衡过程，进入90年代以后，吸 收型pH传感器得到进一步发展，如开发新的指示剂、采用混合指示剂、利用新的指示剂固 定方法，如将指示剂固定于多孔高聚物薄膜或溶胶凝胶中，在技术上运用消失波技术、光学 波导技术、在数据处理上运用神经网络技术，以扩大响应范围，缩短响应时间等在光纤的 远端固定适当试剂，利用分析物与固定化试剂作用后荧光性质的变化，可制成荧光光纤传感 器两大项是一光学pH敏感试剂，二是载体的选择与指示剂的固定！其中可以以基于倏逝 场的光纤pH传感器为代表说明一下当光波在界面发生全反射时，实验证明，此时虽然入 射波能量被全部反射回，但在介质中的界面附近表面极薄一层中仍存在着表面波，即倏逝波 所以，波在界面发生全反射时，并不意味着光疏介质中没有电磁场存在，而只不过再有能量 流过界面实验中，pH敏感膜对氢离子可渗透，它替代了原有的光纤包层，而形成一种新的包层 当溶液的pH值发生变化时，氢离子渗透进入新的包层，与包层中的敏感指示剂分子相互作 用，影响指示剂分子对光的吸收，从而使在新包层中传播的倏逝波光功率大小发生改变，光 功率的改变量取决于溶液中氢离子的浓度，因此氢离子的浓度就可以通过光功率的变化反映 出来。

采用PN结的光生伏特效应来测量光功率，为了灵敏度的提高采用PIN型现在新型的氢离子传感器：亚微米及纳米氢离子传感器，成像光纤传感器，多功能氢离 子传感器，。