CN1051624A

CN1051624A - 检测溶解氧的多电极传感器

Info

Publication number: CN1051624A
Application number: CN 90102988
Authority: CN
Inventors: 陈裕泉; 李光; 吕维雪
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 1990-11-23
Filing date: 1990-11-23
Publication date: 1991-05-22
Also published as: CN1018387B

Abstract

一种检测溶解氧的多电极传感器，包括绝缘盖板，基片，布置在基片上的工作电极、校验电极、参比电极、辅助电极、铂薄膜电阻，电解液。用于测量溶解氧、气体氧分压、溶液电导率，还可作温度测量和对上述参量作温度校正，具有灵敏度高、响应速度快、受被测物质流动干扰小、电极不易被污染毒化、可随时作自动校正、使用寿命长等优点。

Description

本发明涉及一种测试电化学变量的测试电极。

在测定溶解在溶液内的气体含量和血液取样时，通常需要测定其中的氧含量，尤其是测定人体血液中的氧溶量对于诊断和治疗心血管疾病具有重要意义。A Thick-Film Multiple Component Cathode Three-Eletrode Oxygen Sensor（IEEE Transactions on Biomedical Engineering，VOL BME-33，No.2，February 1986）报导了Chung-Chiun Liu（刘长春）等人设计的一种三电极氧传感器，该氧传感器含有一个用绝缘材料制作的基片以及采用厚膜工艺在基片上制成并排的工作电极、参比电极和辅助电极，其中工作电极由多个被绝缘介质隔离的微电极组成，参比电极为长方形，辅助电极呈叉指状。工作电极材料为Au，参比电极材料为Ag或AgCl，辅助电极材料为Au，各电极的有效工作长度约为12mm，传感器长度约为24mm，每个电极焊有引出线。使用时，传感器直接插入溶氧溶液。

由于这种三电极氧传感器设有三个电极，其中工作电极由多个微电极组成，无透氧膜，具有响应速度快、灵敏度高、不易产生电极化等优点，其缺陷是：

1、传感器本身不带含电解质的缓冲液，只能用于测定溶解氧，不能测定气体氧化压;

2、电极表面与被测溶液直接接触，易受污染毒化，使用寿命短;

3、不设透氧膜，易受被测物质流动产生的干扰，稳定性较差。

本发明的目的在于提供一种性能稳定、使用寿命长、既可测定溶解氧又可测定气体氧分压的检测溶解氧的多电极传感器。

图面说明：

图1为构成检测溶解氧的多电极传感器中的绝缘盖板平面视图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为图1的B-B剖视图。

图4为基片上多种电极的布置图。

图5为绝缘盖板1和基片2贴合时轴线处的剖视图。

图6为图4的C-C剖视图。

图7为注入电解液后本传感器的横向剖视图。

以下结合附图说明，详细描述本发明的具体内容。

本发明的检测溶解氧的多电极传感器由绝缘盖板1、基片2、工作电极3、校验电极3′、参比电极4、辅助电极5、铂薄膜电阻6以及电解液组成，其中基片2为长方体，其上端面开有一个用于布置参比电极4、辅助电极5及贮存电解液的条形凹槽，辅助电极5和环绕辅助电极5的U形参比电极4布置在条形凹槽的底面上，工作电极3和校验电极3′分别布置在条形凹槽的两侧，铂薄膜电阻6沿基片2上端面的边缘布置;绝缘盖板1为长方体，其轴线的两侧开有若干个相互对称的微形通孔11和一个电解液注入孔12。绝缘盖板1形状示于图1～图3，基片2上各种电极布置方式示于图4、图6。

绝缘盖板1和设有多种电极的基片2贴合，从电解液注入孔12注入电解液充满所有的微形通孔11，封闭电解液注入孔12，腔体内的电解液由自身的表面张力保持，如图7所示。

工作电极3由位于条形凹槽一侧各微形通孔11内形成的微电极连接而成，校验电极3′由位于条形凹槽另一侧各微形通孔11内形成的微电极连接而成。电极和铂薄膜电阻6引线处用环氧树脂密封。

绝缘盖板1上的微形通孔11，其孔径为0.01～0.1mm，微形通孔11的高度与孔径比值为1∶1.5～1∶2.0，其最佳比值为1∶1.7，各微形通孔11之间的间距应大于孔径的3倍。

绝缘盖板1用硅片或玻璃制成，基片2用玻璃或硅片制成，电极和铂薄膜电阻的材料为Au、Pt、AgCl等，采用溅射或蒸镀工艺镀覆在基片2上，绝缘盖板1和基片2之间的贴合采用高压静电键合或其他方式紧密结合。图5是绝缘盖板1和基片2贴合时轴线处的剖视图。各电极分别焊有引出线，通过接口将各有关的电信号输送到模拟电子线路及数字微机信号处理器处理。引线处采用环氧树脂密封。

所有的测氧传感器的工作电极，其特性下降的主要原因是工作电极的电极化和受微细颗粒污染毒化。本方案设有一个特性与工作电极3相同的校验电极3′，利用校验电极3′对使用了的工作电极3进行定标，使工作电极3延长使用寿命。测量时，特别是用于长期监测时，二次测量仪器由微机系统控制，定期用校验电极3′获取定标数据，对工作电极3进行定标，即可达到自动校正的效果，从而使电极的使用寿命提高许多倍;校验电极3′也可作为工作电极3使用，此时寿命提高一倍。

用于测量液体电导率时，将被测液体注入传感器的腔体内，二次测量仪器电子开关切换至电导测量电路，在工作电极3和校验电极3′上施加恒流，根据电极3、3′上产生的电压值，即可得到被测液体的电导率。

温度测量值可用于溶氧和电导率测量时的温度校正。

本传感器适用于水产养殖、海洋工程、环境保护、化工、制药等行业水溶液中溶解氧的测量，体外血液中氧含量测量，液体电导率测量等。

实施例1：

一种检测溶解氧的多电极传感器，采用图1～图7所示的结构，基片2尺寸为18.0×6.0×0.4mm，基片2上的条形凹槽尺寸为13.5×2.5×0.15mm，绝缘盖板1尺寸为15.0×6.0×0.2mm，微形通孔11直径为0.1mm，工作电极3和校验电极3′皆由25个微电极连接而成，辅助电极5长×宽为13.5×0.1mm，参比电极4宽度为0.1mm，成U形;铂薄膜电阻6布置在基片2上端面的边缘。

以上电极和电阻采用溅射工艺制作，绝缘盖板1材料为硅片，其上的微形通孔11和电解液注入孔12用腐蚀法加工，基片2用玻璃制成，绝缘盖板1和基片2之间用高压静电键合，引出线处用环氧树脂密封。

本传感器用于测定溶解氧时，响应灵敏度可达1μA/PPmo₂。

实施例2：

一种检测溶解氧的多电极传感器，用测体内血液氧含量，尺寸为2.0×1.0×0.4mm，工作电极3和校验电极3′各由8个微电极组成，微形通孔11孔径为0.04mm。测量时本传感器随心导管插入体内。

同现有技术比较，本发明具有以下优点：

1、利用自身的电解液与被测液体或气体接触，既能测量溶解氧，又能测量气体氧分压。

2、因设有微形通孔11，电极不直接接触被测液体或气体，电极不易被污染毒化，同时受被测物质流动的干扰小。

3、设有特性相同的工作电极3和校验电极3′，可用于测量液体的电导率。

4、可利用不常使用的校验电极3′定期地对工作电极3进行校验，使传感器使用寿命延长许多倍。

5、设有铂薄膜电阻6，对温度进行校正，以提高测量精度。

Claims

1、一种检测溶解氧的多电极传感器，包括基片，多个微电极构成的工作电极，参比电极，辅助电极，其特征在于：

--该多电极传感器由绝缘盖板1、基片2、工作电极3、校验电极3′、参比电极4、辅助电极5、铂薄膜电阻6以及电解液组成，其中基片2为长方体，其上端面开有一个用于布置参比电极4、辅助电极5及贮存电解液的条形凹槽，辅助电极5和环绕辅助电极5的U形参比电极4布置在条形凹槽的底面上，工作电极3和校验电极3′分别布置在条形凹槽的两侧，铂薄膜电阻6沿基片2上端面的边缘布置；绝缘盖板1为长方体，其轴线的两侧开有若干个相互对称的微形通孔11和一个电解液注入孔12；

--绝缘盖板1和设有多电极的基片2贴合，从电解液注入孔12注入的电解液充满所有的微形通孔11，封闭电解液注入孔12；

--工作电极3由位于条形凹槽一侧各微形通孔11内形成的微电极连接而成，校验电极3′由位于条形凹槽另一侧微形通孔11内形成的微电极连接而成。

--电极和铂薄膜电阻6的引出线处用环氧树脂密封。

2、根据权利要求1所述的多电极传感器，其特征在于：绝缘盖板1上的微形通孔11孔径为0.01mm～0.1mm，微形通孔11的高度与孔径比值为1∶1.5～1∶2.0，各微形通孔11之间的间距应大于孔径的3倍。

3、根据权利要求1或2所述的多电极传感器，其特征在于：微形通孔11的高度与孔径的最佳比值为1∶1.7。