基于盐差转换的盐溶液pH检测装置及方法

本发明涉及微流控，尤其涉及基于盐差转换的盐溶液ph检测装置及方法。

背景技术：

1、溶液ph的测量是化学、生物实验的一个关键步骤。常见的ph检测方法包括点位法以及光纤检测法。其中，电位法是通过电极电位与溶液中待测物质浓度之间的关系进而确定待测物质含量的电化学分析方法。采用点位来测量ph，其中最主要的就是需要使用对氢离子敏感的电极。点位法最早使用的是氢电极，但是氢电极对于环境的要求较高，实用价值较低。目前，使用较为普遍的是玻璃电极，它的测量精度高，测量范围广，但是电极容易破碎，无法进行微型化。光纤ph传感器其内部有对ph敏感的化学物质，ph值不同时会有不同的光谱特性。根据光信号变化的特征，可分为光吸收式、反射式和荧光式三种。这种检测方法灵敏度高、响应时间短，但是对激光的质量要求较高，容易受到环境光照的影响，检测范围较窄不适合广泛使用。因此，需要一种检测范围广、检测灵敏度高、能够实时检测ph的方法。

技术实现思路

1、本发明为解决上述问题，提供一种基于盐差转换的盐溶液ph检测装置及方法。

2、本发明目的在于提供基于盐差转换的盐溶液ph检测装置，其特征在于：包括基准腔、离子交换膜、检测腔、电极、数据采集电路板和皮安表；

3、所述基准腔与检测腔通过离子交换膜相连，检测腔和基准腔中各插入一块电极，两块所述电极之间依次通过数据采集电路板和皮安表相连，通过数据采集电路板实时显示检测数据；

4、所述基准腔内放入基准溶液，所述检测腔内放入待检测液；

5、所述离子交换膜采用具有ph响应的功能化纳米通道阵列构建；

6、所述数据采集电路板包括微处理器、锂电池、oled屏，所述锂电池为微处理器和oled屏供电；

7、所述电极将收集到的离子电流传输到微处理器中，所述皮安表获得待检测液ph与离子电流之间的对应关系，将所述对应关系通过程序记录，并通过所述微处理器进行记录处理，将采集到的离子电流信号转换为ph值直接显示在oled屏上。

8、优选的，功能化纳米通道是通过两步氧化法获得以阳极氧化铝为基底的固态纳米通道，再将聚电解质刷层接枝到固态纳米通道的内表面构建得到。

9、优选的，固态纳米通道的构筑方法为两步氧化法，所用材料为铝。

10、优选的，聚电解质刷层选择赖氨酸。

11、优选的，聚电解质刷层的厚度为4～6纳米。

12、优选的，纳米通道的直径为18-22纳米。

13、优选的，离子交换膜厚度为9.5～10.5微米。

14、优选的，微处理器是基于stm32的数据采集系统。

15、本发明另一目的，在于提供一种基于盐差转换的盐溶液ph检测方法，采用所述的基于盐差转换的盐溶液ph检测装置，具体步骤如下：

16、s1、制备离子交换膜；

17、s2、基准腔与检测腔通过离子交换膜相连，在所述基准腔内放入浓度0.01m的盐溶液作为基准溶液，在所述检测腔内分别放入待检测液，并通过所述皮安表获得待检测液ph与离子电流之间的对应关系；

18、s3、将所述对应关系通过程序记录，并通过数据采集电路板分析，并转换成盐溶液ph的具体数值实时显示在oled屏上。

19、优选的，功能化纳米通道由下述方法制备：

20、s101、以铝为材料，通过两步氧化法获得多孔阳极氧化铝薄膜，即获得固态纳米通道；

21、s102、将聚电解质刷层接枝到固态纳米通道的内表面，构建功能化纳米通道。

22、本发明有益效果：

23、本发明的基于盐差转换的盐溶液ph检测装置及检测方法，通过设计离子交换膜将检测腔与基准腔连接，将膜两侧的盐溶液ph差值转化为离子电流，离子电流的大小反映了待测盐溶液的ph高低，输出离子电流信号经过数据采集电路板转化为待测盐溶液的ph值，并通过oled屏实时显示，检测范围广、检测灵敏度高、能够实时检测ph。

技术特征：

1.基于盐差转换的盐溶液ph检测装置，其特征在于：包括基准腔、离子交换膜、检测腔、电极、数据采集电路板和皮安表；

2.根据权利要求1所述的基于盐差转换的盐溶液ph检测装置，其特征在于：所述功能化纳米通道，是以阳极氧化铝薄膜为基底构筑固态纳米通道，再将聚电解质刷层接枝到固态纳米通道的内表面构建得到。

3.根据权利要求2所述的基于盐差转换的盐溶液ph检测装置，其特征在于：所述固态纳米通道采用两步氧化法来构筑，材料选择铝。

4.根据权利要求3所述的基于盐差转换的盐溶液ph检测装置，其特征在于：所述聚电解质刷层选择赖氨酸。

5.根据权利要求4所述的基于盐差转换的盐溶液ph检测装置，其特征在于：所述聚电解质刷层的厚度为4～6纳米。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的基于盐差转换的盐溶液ph检测装置，其特征在于：纳米通道的直径为18-22纳米。

7.根据权利要求6所述的基于盐差转换的盐溶液ph检测装置，其特征在于：所述离子交换膜厚度为9.5～10.5微米。

8.根据权利要求7所述的基于盐差转换的盐溶液ph检测装置，其特征在于：所述微处理器是stm32的数据采集系统。

9.基于盐差转换的盐溶液ph检测方法，其特征在于：采用权利要求1-8中任意一项所述的基于盐差转换的盐溶液ph检测装置，具体步骤如下：

10.根据权利要求9所述的基于盐差转换的盐溶液ph检测方法，其特征在于，所述的功能化纳米通道由下述方法制备：

技术总结
本发明涉及微流控技术领域，具体提供一种基于盐差转换的盐溶液pH检测装置及方法。所述装置包括基准腔、离子交换膜、检测腔、电极、数据采集电路板和皮安表；所述基准腔与检测腔通过离子交换膜相连，检测腔和基准腔中各插入一块电极，两块电极间依次通过数据采集电路板和皮安表相连，通过数据采集电路板实时显示检测数据；所述离子交换膜采用具有pH响应的功能化纳米通道阵列构建；所述数据采集电路板包括微处理器、锂电池、OLED屏；本发明将膜两侧的盐溶液pH差值转化为可反应pH高低的离子电流，输出离子电流信号经过数据采集电路板转化为待测盐溶液的pH值，通过OLED屏实时显示；检测范围广、检测灵敏度高、能够实时检测pH。

技术研发人员：周腾,何孝涵,史留勇
受保护的技术使用者：海南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13