專利名稱：金屬－金屬氮化物及金屬氮化物pH電極傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于理化檢測儀器領(lǐng)域，特別涉及離子選擇性電極傳感器。
背景技術(shù)：
離子選擇電極已經(jīng)應(yīng)用于許多生產(chǎn)部門，包括石油、化工、冶金、機械、地質(zhì)、電力、輕工、紡織、食品、農(nóng)業(yè)、土壤、海洋、醫(yī)藥、環(huán)境保護(hù)、地震預(yù)測等等。在科學(xué)研究上離子電極也是一種不可缺少的實驗工具，包括溶液平衡、絡(luò)合物、反應(yīng)動力學(xué)研究等等。離子電極直接響應(yīng)溶液中的離子組分，因此應(yīng)用電極對溶液體系例如各種水質(zhì)、工業(yè)流程溶液、生理溶液等的分析是最為方便的。目前的離子選擇性電極主要為玻璃pH電極、有機聚合物膜pH電極、金屬-金屬氧化物及金屬氧化物pH電極三大類。玻璃pH電極采用極薄的玻璃膜作為H+的敏感膜，致使玻璃電極極易破碎，難以適宜于強攪拌的工業(yè)過程體系；有機聚合物膜pH電極的優(yōu)點是制備容易、膜電阻低、易于微型化并可在氫氟酸介質(zhì)中使用，苯胺聚合膜pH電極是其中研究比較多的一種，一些與苯胺類似的氨基化合物也已用作聚合膜pH電極的敏感膜，但這類電極由于有機聚合物膜本身的局限，壽命不長，強度也差，限制了其在實際中的應(yīng)用；金屬-金屬氧化物及金屬氧化物pH電極由于強度高、內(nèi)阻低、易于微型化，一直受到研究者的青睞，并且，金屬-金屬氧化物及金屬氧化物電極壽命長，強度高，可較好地克服玻璃電極的缺點，但卻易受氧化還原作用的干擾。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的就是針對上述現(xiàn)有的pH離子選擇性電極的不足，提供一種應(yīng)用范圍廣，機械強度高，壽命長，不易氧化，可以在強酸、強堿、強攪拌體系或者含有氟化氫的環(huán)境中精確地測量的pH電極傳感器。
本實用新型的目的是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的金屬-金屬氮化物及金屬氮化物pH電極傳感器，由傳感頭和電信號引出機構(gòu)組成，傳感頭由基體和附著其上的敏感層構(gòu)成，敏感層為氮化物材料。
或傳感頭由敏感層構(gòu)成，敏感層為氮化物材料。
所述敏感層含有一種金屬或一種以上金屬形式的氮化物，包括氮化鈦、氮化硼、氮化鋯、氮化銅、氮化鈷、氮化鉻、氮化鉬、氮化鎢、氮化銥。
所述敏感層氮化物材料優(yōu)選為氮化鈦。
所述敏感層氮化物材料可為碳氮化鈦。
所述的基體為金屬球或金屬柱體形狀。
本實用新型的有益效果是，氮化物作為電極傳感頭，比玻璃電極強度大，不易碎；比有機聚合物電極壽命長；比金屬-金屬氧化物及金屬氧化物電極耐氧化?？梢?，采用上述結(jié)構(gòu)的pH電極傳感器應(yīng)用范圍廣，機械強度高，壽命長，不易氧化，可在300℃以下的情況穩(wěn)定運行，可以在強酸、強堿、強攪拌體系或者含有氟化氫的環(huán)境中精確地測量。


圖1是本實用新型實施例l的剖視示意圖；圖2是本實用新型實施例2的剖視示意圖；圖3是本實用新型敏感層為氮化鈦的pH-電位響應(yīng)曲線圖(pH1～12)；圖4是本實用新型敏感層為氮化鈦的pH-電位響應(yīng)曲線圖(pH11～14)；圖5是本實用新型敏感層為氮化鈦的選擇性實驗數(shù)據(jù)表；
圖6是本實用新型敏感層為氮化鈦的重現(xiàn)性實驗數(shù)據(jù)表；圖1中標(biāo)號，1是外殼，2是傳感頭，3是金屬或金屬連接線，4是內(nèi)參比溶液或連接線。
圖2中的橫軸表示溶液的pH值，縱軸表示電極的電位變化值。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進(jìn)一步進(jìn)行說明實施例1如圖1所示，將一直徑5毫米的鋼球作為傳感頭基體，經(jīng)洗凈后采用熱陰極離子鍍，在鋼球表面形成氮化鈦表面敏感層，形成傳感頭2，其上連接連接線或內(nèi)參比溶液4，外殼1為聚氟乙烯或工程塑料制成的管狀，其頂部安裝有金屬連接線3，金屬連接線3與連接線或內(nèi)參比溶液4連接，金屬連接線3外接電信號引出機構(gòu)，組成pH電極傳感器。
圖3中表示該電極在pH1～12范圍內(nèi)的線性響應(yīng)，響應(yīng)斜率約為55mV/pH，相關(guān)系數(shù)γ＝0.997；圖4中表示該電極在pH值為11～14范圍內(nèi)呈現(xiàn)線性響應(yīng)，響應(yīng)斜率約為-60mV/pH，相關(guān)系數(shù)γ＝0.998，由此表明氮化鈦電極在該范圍內(nèi)有很好的線性關(guān)系。電極的響應(yīng)時間小于1min，從兩個方向改變?nèi)芤旱膒H值時，電極的響應(yīng)時間沒有變化，即氮化鈦電極沒有發(fā)現(xiàn)存在滯后效應(yīng)。而且當(dāng)從兩個方向改變?nèi)芤旱膒H值時，電極呈現(xiàn)出相同的響應(yīng)靈敏度，表明反應(yīng)具有良好的可逆性。
在pH值為11～14的溶液中對一些常見陰、陽離子對電極的影響進(jìn)行了研試驗，結(jié)果如圖5所示，加入1mol/L的各種干擾離子，電極電位變化范圍均很小，僅為0.1-0.3mV，可見電極對常見陰、陽離子(如Na+、K+、Li+、F、Cl、Br、I-、CH3COO-、SO42-、CO32-等)有很好的選擇性。Ca2+，Mg2+和Ba2+等堿土金屬離子和大多數(shù)過渡金屬離子在強堿性溶液中因形成氫氧化物或氧化物沉淀而不能存在于溶液中，因而也不會干擾電極的測量。
電極在pH值為13.5和14的溶液之間來回測量6次，結(jié)果如圖6所示。6次測定的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)分別為0.27％和0.29％，單次測量的電位漂移亦小于1mV，可見電極有很好的重現(xiàn)性。
實施例2基本結(jié)構(gòu)如實施例1，如圖2所示，基體為鋼質(zhì)圓柱，敏感層為氮化鉻，得到的實驗指標(biāo)與實施例1基本相同。
實施例3基本結(jié)構(gòu)如實施例1，基體為鋼球，敏感層為氮化硼，得到的實驗指標(biāo)與實施例1基本相同。
實施例4基本結(jié)構(gòu)如實施例1，如圖2所示，傳感頭2由敏感層氮化鈷制成，得到的實驗指標(biāo)與實施例1基本相同。
實施例5基本結(jié)構(gòu)如實施例1，基體為鋼球，敏感層為碳氮化鈦，得到的實驗指標(biāo)與實施例1基本相同。
權(quán)利要求1.金屬-金屬氮化物及金屬氮化物pH電極傳感器，由傳感頭和電信號引出機構(gòu)組成，其特征在于傳感頭由基體和附著其上的敏感層構(gòu)成，敏感層為氮化物材料。
2.金屬-金屬氮化物及金屬氮化物pH電極傳感器，由傳感頭和電信號引出機構(gòu)組成，其特征在于傳感頭由敏感層構(gòu)成，敏感層為氮化物材料。
3.如權(quán)利要求1或2所述的金屬-金屬氮化物及金屬氮化物pH電極傳感器，其特征在于所述敏感層含有一種金屬或一種以上金屬形式的氮化物，包括氮化鈦、氮化硼、氮化鋯、氮化銅、氮化鈷、氮化鉻、氮化鉬、氮化鎢、氮化銥。
4.如權(quán)利要求1或2所述的金屬-金屬氮化物及金屬氮化物pH電極傳感器，其特征在于所述敏感層氮化物材料優(yōu)選為氮化鈦。
5.如權(quán)利要求3所述之金屬-金屬氮化物及金屬氮化物pH電極傳感器，其特征在于所述敏感層氮化物材料可為碳氮化鈦。
6.如權(quán)利要求1所述金屬-金屬氮化物及金屬氮化物pH電極傳感器，其特征在于所述的基體為金屬球或金屬柱體形狀。
專利摘要本實用新型公開了一種金屬－金屬氮化物及金屬氮化物pH電極傳感器，屬于理化檢測儀器，特別涉及離子選擇性電極傳感器領(lǐng)域；本實用新型主要是針對現(xiàn)有的pH電極傳感器或易破碎或壽命不長或易受氧化還原作用干擾的不足，提供一種傳感頭的基體上附著有采用氮化物材料為敏感層的pH電極傳感器，本實用新型相比現(xiàn)有的pH電極傳感器具有應(yīng)用范圍廣，機械強度高，壽命長，不易氧化，可在300℃以下的情況穩(wěn)定運行，可在強酸、強堿、強攪拌體系或者含有氟化氫的環(huán)境中精確地測量的優(yōu)點。
文檔編號G01N27/333GK2828815SQ20052003554
公開日2006年10月18日 申請日期2005年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月23日
發(fā)明者肖丹, 袁紅雁, 李毅 申請人:西南化工研究設(shè)計院, 四川大學(xué)