CN109313160A - 碱度传感器 - Google Patents

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Abstract

实施方案提供了一种用于使用碱度传感器测定含水样品的碱度的方法，所述方法包括：在样品池中使用pH传感器监测含水样品的pH，所述pH传感器包括由硼掺杂金刚石制成的pH传感器电极；在样品池中使用水合氢离子发生器在含水样品中产生水合氢离子，所述水合氢离子发生器包括水合氢离子产生电极；通过使水合氢离子发生器在含水样品中产生一定量的水合氢离子来改变含水样品的pH；将电流或电荷量化和转换为到达电化学滴定终点所产生的水合氢离子的数量，所述终点与样品的碱度相关；并且基于所产生的水合氢离子的量和通过pH传感器监测的所得pH变化来分析含水样品的碱度。

Description

碱度传感器
背景技术
本申请一般涉及含水样品中的pH测量，更具体地，涉及所述样品中存在的碱度的测量。
碱度是指水中和酸的能力。它通过样品中存在的可滴定碱的总和来测量。水的碱度通常是由于存在氢氧化物、碳酸盐和碳酸氢盐造成的。其他物质如硼酸盐、硅酸盐和磷酸盐也可以对碱度有贡献。在这方面使用的碱度是水的缓冲能力的表述。缓冲溶液是其中可以加入酸或碱而不会明显改变pH的溶液。
精确的碱度测定对于许多工业和水类型是关键的。碱度是在决定化学剂量水平以及腐蚀或结垢指示剂方面重要的关键参数。饮用水中的高碱度可以导致令人讨厌的味道。碱度的测量在水源水、分配系统、电力工业、水产养殖、泳池和水疗、锅炉和冷却器、废水和其他情况中是重要的通常分析的参数。
传统上，利用比色或电位终点检测，通过使用强酸(即硫酸)滴定至特定pH来测定碱度。通过滴定至8.3的终点pH来测定碱度P。在比色滴定中通常使用酚酞获得该终点。碱度P衡量存在的总氢氧化物和碳酸盐的一半。碱度T(总)通过进一步滴定至pH 4.5的终点来测定。总碱度是所有碳酸盐、碳酸氢盐、氢氧化物的量度，并且可以包括磷酸盐和硅酸盐以及其他贡献元素的贡献。
发明概述
一个实施方案提供了一种用于使用碱度传感器测定含水样品的碱度的方法，所述方法包括：在样品池中使用pH传感器监测含水样品的pH，所述pH传感器包括由硼掺杂金刚石制成的pH传感器电极；在样品池中使用水合氢离子发生器在含水样品中产生水合氢离子，所述水合氢离子发生器包括水合氢离子产生电极；通过使水合氢离子发生器在含水样品中产生一定量的水合氢离子来改变含水样品的pH；将电流或电荷量化和转换为到达电化学滴定终点所产生的水合氢离子的数量，所述终点与样品的碱度相关；以及基于所产生的水合氢离子的量和通过pH传感器监测的所得pH变化来分析含水样品的碱度。
另一个实施方案提供了一种用于测定含水样品的碱度的系统，所述系统包括：处理器；存储设备，所述存储设备存储可由处理器执行的指令；双恒电位仪，所述双恒电位仪产生pH信号和水合氢离子产生信号，所述pH信号指示含水样品的pH，并且所述水合氢离子产生信号指示由于在水合氢离子产生电极处的水电解而在含水样品中产生的水合氢离子的量；连接到双恒电位仪的控制器，所述控制器控制在含水样品中产生的水合氢离子的量；分析仪，所述分析仪基于pH信号和水合氢离子产生信号测定含水样品的碱度；其中所述双恒电位仪还包括：a)作为第一双恒电位仪工作电极连线的pH传感电极，所述pH传感电极由硼掺杂金刚石制成；b)作为第二双恒电位仪工作电极连线的水合氢离子产生电极，所述水合氢离子产生电极由硼掺杂金刚石制成；c)至少一个第一双恒电位仪参比电极；d)至少一个第一双恒电位仪对电极；和e)连接到电极的控制电路，所述控制电路适于测量和控制参比电极与第一工作电极和第二工作电极之间的电压差，并且还适于基于通过第一工作电极测量的第一电流和电位而输出指示pH的pH信号，并且基于通过第二工作电极测量的第二电流而输出指示产生的水合氢离子的量的水合氢离子产生信号。
另一个实施方案提供了一种产品，所述产品包括：具有存储在其中的代码的存储设备，所述代码可通过处理执行并且包括：在双恒电位仪处产生pH信号和水合氢离子产生信号的代码，所述pH信号指示含水样品的pH，并且所述水合氢离子产生信号指示由于在水合氢离子产生电极处的水电解而在含水样品中产生的水合氢离子的量；控制在含水样品中产生的水合氢离子的量的代码；所述双恒电位仪还包括：a)作为第一双恒电位仪工作电极连线的pH传感电极，所述pH传感电极由硼掺杂金刚石制成；b)作为第二双恒电位仪工作电极连线的水合氢离子产生电极，所述水合氢离子产生电极由硼掺杂金刚石制成；c)至少一个第一双恒电位仪参比电极；d)至少一个第一双恒电位仪对电极；和e)连接到电极的控制电路，所述控制电路适于测量和控制参比电极与第一工作电极和第二工作电极之间的电压差，并且还适于基于通过第一工作电极测量的第一电流和电位而输出指示pH的pH信号，并且基于通过第二工作电极测量的第二电流而输出指示产生的水合氢离子的量的水合氢离子产生信号；以及基于pH信号和水合氢离子产生信号测定含水样品的碱度的代码。
以上是概述，因而可以包含细节的简化、概括和省略；因此，本领域技术人员将理解，该概述仅是说明性的，并且不旨在以任何方式进行限制。
为了更好地理解实施方案连同它们的其他和另外的特征和优点，结合附图参考以下描述。本发明的范围将在所附权利要求中指出。
附图的若干视图的简要说明
构成本申请的一部分的以下附图是所描述的技术的示例，并且不打算以任何方式限制所要保护的本公开的范围，该范围应基于本文所附的权利要求。
图1示出了在一个实施方案中的使用至少一个硼掺杂金刚石电极的碱度传感器的组件的概念框图。
图2示出了在一个实施方案中的适合于在控制器的电路中使用的双恒电位仪。
图3示出了在一个实施方案中的pH传感器电极和水合氢离子产生电极的板环配置。
图4A-4I示出了在一个实施方案中的可以使用BDD电极容易地获得的若干其他pH传感器/水合氢离子产生电极配置。
图5示出了在一个实施方案中的3d电极配置的横截面，其中pH传感器是在用作水合氢离子产生电极的BDD壳内的BDD棒。
图6示出了在一个实施方案中的制造用于BDD碱度传感器的电极的方法。
图7是在一个实施方案中的用于测量碱度的电化学池的侧视图。
图8是示出了在一个实施方案中的在碱度池中电化学产生水合氢离子并且随后使用BDD电极测量pH用于测定样品的P-碱度和T-碱度的过程的框图。
图9A-9B.在一个实施方案中的水合氢离子生成的电流-时间曲线以及递送用于水合氢离子生成的累积电荷。
图10示出了在一个实施方案中在产生水合氢离子中和缓冲容量用于原位电化学滴定以测定样品碱度期间对于通过基于BDD的pH传感器的pH测定获得的方波伏安图。
图11.在一个实施方案中的622mg/L和140mg/L总碱度(以CaCO3计)的电化学滴定。
图12示出了在一个实施方案中的用于量化在用于测定总碱度的电化学滴定期间消耗的水合氢离子的曲线。
图13.在一个实施方案中的通过电化学滴定～100-1000mg/L(以CaCO3计)总碱度样品产生的校准曲线。
图14.在一个实施方案中的用于测定总碱度的化学和电化学滴定的比较。
发明详述
容易理解的是，除了所描述的示例性实施方案以外，如本文附图中一般描述和示出的实施方案的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，如附图中所示的示例性实施方案的以下更详细描述并非旨在限制所要求保护的实施方案的范围，而仅仅是示例性实施方案的代表。
本说明书全文中提到“一个实施方案”或“实施方案”(等)意指结合该实施方案描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个实施方案中。因此，在本说明书全文中各个地方出现短语“在一个实施方案中”或“在实施方案中”等不必然都指代相同的实施方案。
此外，所描述的特征、结构或特性可以在一个或多个实施方案中以任何合适的方式组合。在以下描述中，提供了许多具体细节以给出对实施方案的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在不具有一个或多个具体细节的情况下或者利用其他方法、组件、材料等来实践各种实施方案。在其他情况下，未详细示出或描述公知的结构、材料或操作以避免混淆。
本公开涉及水中的碱度的测量。在一些实施方案中，本公开涉及使用采用硼掺杂金刚石电极的基于电化学的传感器准确测定水样中的碱度浓度。
在APHA(2005)Standard Methods For The Examination of Water andWastewater,21st edn.American Public Health Association,Washington,D.C.中描述了传统的碱度滴定的一个实例。其中描述了通过溶液的颜色变化检测终点的滴定。
近年来，手动滴定过程已经自动化。例如，哈希公司(Hach Company)APA6000分析仪提供通过顺序注射分析方法的碱度测量。然而，由于许多因素(包括所需的试剂和指示剂、仔细控制样品体积的需求、顺序滴定剂添加的密切控制、终点识别等)，使用自动化仪器进行化学滴定是复杂的。然而，一直缺少自动化库仑滴定碱度传感器的商业成功，这不是由于缺少需求，而是由于现场性能的问题。
本申请一般涉及碱度传感器。本文中的碱度传感器是无试剂型电化学装置，其原位产生滴定剂并且监测水溶液随时间的pH变化。通过在样品中电化学生成水合氢离子或氢氧根物质来改变溶液的pH。例如，水的电化学氧化可以产生水合氢离子(即酸)以与可滴定的碱反应。在碱度测定的情况下，这称为“库仑滴定”。也就是说，用于水的氧化或还原的在溶液中添加或去除的电子数量可以与产生用于滴定的酸的量相关。根据以下反应产生碱性或酸性滴定剂：
反应1：碱的电化学产生：
2H2O→2OH-+H2-2e-(EQN 1)
反应2：酸的电化学产生：
2H2O→4H++O2+4e-(EQN 2)
碱度传感器的一种设计是使用两个电极组。第一电极组监测pH，并且第二电极组提供库仑滴定，参照上述EQN 2，其可以称为水合氢离子发生器或水合氢离子产生电极。然而，读者应理解这些术语是可互换的，因为反应可以容易地反转，从而通过反转电流(上述EQN1)而简单地使水合氢离子产生电极变成氢氧根离子生成电极。pH传感电极和一个或多个水合氢离子(或氢氧根)生成电极可以称为工作电极。电极组中的每个都另外包括至少一个参比电极和至少一个第一对电极。各个组可以共用同一参比电极和对电极。各个电极组可以共用同一对电极并且具有单独的参比电极，或者共享同一参比电极并且具有单独的对电极。参比电极的一个实例是Ag+/AgCl(3M KCl，饱和Ag)电极或饱和甘汞电极。例如，对电极可以由Pt、BDD(硼掺杂金刚石)、碳或不锈钢制成。
本文中公开的实施方案包括使用硼掺杂金刚石(BDD)作为电极材料用于碱度传感器的pH传感电极和滴定剂产生电极的方法和系统。BDD是一种坚固的材料，其适用于pH传感应用以及水合氢离子或氢氧根产生。它能够施加大电位而不会降解。它可以比传统的电极材料(即铂)更不容易结垢。例如，BDD也可以较少受干扰电流(如电极氧化)影响。例如，它对氧化还原反应的电催化作用也比铂和金小，从而提供较少被其他可以与水一起氧化的物质干扰的机会。使干扰氧化还原过程最小化对于碱度测定的库仑滴定至关重要。另外，基于等离子体的BDD材料制备使pH传感电极和水合氢离子产生电极在同一基板上形成。这允许形成多种电极配置并且易于制造。
图1示出了碱度传感器的组件的概念框图。通常，BDD碱度传感器可以包括由硼掺杂金刚石制成的pH传感器电极和水合氢离子发生器。另外，可以至少存在一个参比电极和一个对电极。电极可以在样品池中，该样品池可以含有待分析的水溶液。溶液可以流过所述池，或者可以是静态的并且以分批模式操作。
两个工作电极可以彼此接近地位于所述池内，以使水合氢离子发生器将水合氢离子递送到pH电极正在监测的溶液中。电极设置有必要的电路，如设置有双恒电位仪(如下讨论)，使得pH传感器处的电流和电位响应指示电极表面处的溶液的pH，并且监测通过水合氢离子发生器的电流，使得取自或递送至溶液的电子的量(例如，其对应于产生的水合氢离子的量)是已知的。
恒电位仪是可以在控制器中使用的电子电路的一个实例。恒电位仪使用三个电极来控制在电化学池内跨过电极的电压差，并且测量三个电极中的两个之间的电流。恒电位仪的电极称为参比电极、对电极和工作电极。在恒电位仪中，控制工作电极和参比电极之间的电压，并且测量在工作电极和对电极之间的所得电流。
碱度传感器还将包括分析仪，该分析仪基于库仑滴定和pH传感器监测的所得pH变化来测定含水样品的碱度。
为简单起见，操作电极的电路在本文中将称为控制器。控制器可以控制和监测水合氢离子或氢氧根发生器，以在含水样品中产生一定量的滴定剂。如上所讨论的，水合氢离子或氢氧根离子的产生改变了含水样品的pH。类似地，控制器监测pH传感器电极的电流和电位响应以测定样品pH。
在一个实施方案中，可以在控制器的电路中使用一对恒电位仪，其中一个用于pH传感器并且一个用于水合氢离子发生器。各个恒电位仪的工作电极中的至少一个可以是BDD电极。在另一个实施方案中，两个工作电极都可以是BDD电极。两个BDD电极可以在同一基板上或者可以不在同一基板上，如下面更详细地描述的。对电极和参比电极可以是，或者可以不是，BDD电极。
在备选实施方案中，可以替代地使用双恒电位仪，该双恒电位仪使用共用的参比电极和对电极但是使用两个工作电极。在该实施方案中，两个工作电极是BDD电极。对电极和参比电极可以是，或者可以不是，BDD电极。
图2示出了适合于在控制器的电路中使用的双恒电位仪。电极称为参比电极(在图2中标记为RE)、对电极(CE)和两个工作电极(标识为WE1和WE2)。在所示双恒电位仪中，控制工作电极和参比电极之间的电压，并且测量在两个工作电极和对电极之间的所得电流。
在一个实施方案中，控制工作电极的电压，其可以包括施加固定电压一段时间或施加斜坡电压(其中电压随时间增大(或减小))，同时测量各个工作电极的电流。也可以以脉冲的或斜坡上脉冲的电位函数(即方波伏安法)施加电位。将所得的电压和电流信息传输到分析仪，以测定样品碱度。
如上所讨论的，pH传感器电极、水合氢离子产生电极或两者可以由BDD制成。在特定实施方案中，水合氢离子产生电极和pH传感器电极在单一基板上。因此，图2的两个工作电极可以是碱度传感器的单个组件，所述两个工作电极之后被放入池中并且在制造期间连接到控制器电路。在一个实施方案中，例如，在诸如非导电金刚石的基板上制备水合氢离子产生电极和pH传感器电极。
图3示出了pH传感器电极和水合氢离子产生电极的板环配置。在所示实施方案中，pH传感器电极是改进用于pH传感的硼掺杂金刚石盘。水合氢离子产生电极是在pH传感器电极周围的BDD环。
可以对水合氢离子产生电极对两个电极附近区域中的池中样品pH的影响进行建模。这种建模可以表明可以在整个pH传感器电极上施加pH梯度，使得可以根据需要将样品的pH调节至任何点(P或T碱度pH终点，如上所讨论的)。随后，然后可以使用获得特定pH所需的电流量来测定样品的碱度。
图4A-4I示出了可以通过在单一基板上的BDD容易地获得的若干其他pH传感器和水合氢离子产生电极配置。在所示的多种实施方案中，pH传感器电极以斜线填充的方式示出，并且水合氢离子产生电极以水平线填充的方式示出。图4A示出了并排的两个电极的简单实施方案。图4B示出了在两个水合氢离子产生电极之间的pH传感器电极。该实施方案也可以反转为使两个pH传感器电极围绕水合氢离子产生电极。图4C示出了一系列交替电极，其可以特别适用于流通池。图4D示出了其中U形水合氢离子产生电极围绕方形pH传感器电极的实施方案。图4E示出了几乎完全被水合氢离子产生电极包围的矩形pH传感器。实施方案4A-4E适用于其中电极通过表面引线(由较深的线示出)连接到控制器的配置。
实施方案4F-4I适用于其中电极从下方(如通过基板中的通孔)或从上方通过连接线连接的实施方案。图4F示出了完全围绕圆形水合氢离子发生器的圆环pH传感器电极。图4G示出了图4F的六边形版本。图4H示出了在pH传感器电极内具有另外的六边形水合氢离子产生电极的图4F的实施方案。图4I示出了围绕盘状pH传感器电极的方形水合氢离子产生电极。可以使用其他类似的电极配置，并且所公开的配置不是穷尽的。
除以上提供的二维配置以外，三维(3D)的pH传感器和水合氢离子产生电极配置也是可能的。在一个简单的实施方案中，每个电极可以是板，并且两个电极可以彼此相邻，待分析的溶液在板之间。在另一种3d配置中，可以提供两个水合氢离子产生板，并且可以将其串联连线以用作单个电极或者可以将其单独操作，并且pH传感器电极可以放置在它们之间。许多其他电极配置是可能的。
图5示出了3D电极配置的横截面，其中pH传感器是在用作水合氢离子产生电极的BDD壳内的BDD棒。分析物溶液可以流过两个电极之间的环形区域。
图6示出了一中制造用于BDD(硼掺杂金刚石)碱度传感器的电极的方法。在方法600中，在提供操作602中提供具有BDD层的基板。然后，在移除操作604中移除BDD层的至少一部分以产生与BDD的第二部分隔开的BDD的第一部分。例如，这些部分可以如图4A-4I所示成形。移除操作604可以涉及研磨、化学蚀刻、激光切割或任何其他合适的技术。
然后在电极连接操作606中将这两个部分连接到碱度传感器的电路，以分别用作pH传感器电极和水合氢离子产生传感器。然后可以在安装操作608中将传感器安装在池中。
虽然不限于这种类型的实施方案，但是分析在没有流动的静态池中可以更容易。在一个实施方案中，传感器可以设置有具有已知体积并且在分析期间充分混合的池。虽然这可能花费更多时间，但是如果使整个池充分混合并且在整个样品中完全达到pH平衡，则可以消除所有动态效应并且可以获得精确的碱度测量。在又一种配置中，单个池可以设置有多个传感器，并且每个传感器的结果可以用于测定更准确的碱度。
可以创建便携式传感器实施方案。在这样的实施方案中，池可以由围绕电极的外壳限定，该外壳限定了样品体积。外壳允许样品进入所述池，在测量期间将其与本体样品隔离，并且允许包裹的样品出去以及新样品进入外壳。通过表征配置，可以校准分析仪，使得便携式传感器仅需要插入流动或静止的分析物溶液中一段时间来获得碱度测量。
图7示出了在本发明中用于测定碱度的电化学池。在该池中存在两个主要隔室。第一隔室含有用于产生水合氢离子的BDD电极和用于测量pH的BDD电极。该隔室是容纳待分析的样品并且进行电化学滴定的地方。诸如黄铜的导电材料可以存在于BDD水合氢离子发生器下方，以提供与BDD电极的电接触。可以使用电化学工作站(计量电子设备控制器/记录仪)施加必要的电流或电压以产生水合氢离子。还可以使用同一工作站测量pH。可以使用开关以在BDD水合氢离子发生器和基于BDD的pH传感器之间交替。蠕动泵可以将流体递送到进行电化学分析的隔室。所有测量都使用静止的样品进行。第二隔室含有在储液器中的参比电极(例如Ag+/AgCl)和对电极(例如铂)，该储液器经由导管通过溶液连接到工作电极隔室。需要这两个隔室的空间分离，使得在BDD水合氢离子发生器处产生的水合氢离子不与在对电极处产生的物质相互作用。样品的出口位于第二隔室中，在进行分析后样品在那里离开第二隔室。
图8示出了用于测量P-碱度和T-碱度的框图。将样品递送到第一隔室并且保持在反应室中以通过停流或分批过程进行分析。在实验开始时通过BDD pH传感器测量pH。如果pH小于8.3，则不存在P-碱度。通过施加恒定电流或电压来打开水合氢离子发生器。记录电流-时间曲线，并且将电流相对于获得电荷的时间进行积分。使用递送的总电荷，通过积分Cottrell方程确定递送的水合氢离子的数量。使用将样品pH降至4.5所消耗的水合氢离子的数量计算样品的总碱度。如果pH大于8.3，则将样品pH降至8.3所产生的水合氢离子对应于P-碱度。
图9示出了含有～600mg/L碱度(以CaCO3计)的样品在水合氢离子产生期间的典型电流-时间曲线。电流的渐近衰减是由于在电极处发生的扩散限制过程造成的，其中由于在电极界面处形成的浓度梯度，水合氢离子生成逐渐减少。电流相对于时间的积分提供累积电荷。使用积分Cottrell方程，可以得到系统中产生的水合氢离子的量。积分Cottrell方程如下：
其中n是在水合氢离子生成期间转移的电子数，F是法拉第常数，A是电极面积，D是质子的扩散系数。扩散系数是温度的函数，Cj是实验期间在任何给定时间产生的水合氢离子的浓度，并且t是实验的时间。样品溶液的初始pH也影响电化学的水合氢离子产生。
图10示出了在几个原位水合氢离子产生步骤之后在pH测量中产生的方波伏安图。峰值电流电位的正电位偏移表明pH随着在BDD水合氢离子产生电极处通过的电荷的增加而降低。该pH降低对应于系统缓冲容量的中和。该pH降低证明该方法和池产生水合氢离子并且测量pH以在不需要常规化学滴定中所需的任何试剂的情况下测定样品碱度的能力。通过标准滴定测量的样品碱度为～140mg/L总碱度(以CaCO3计)。磷酸一氢盐和磷酸二氢盐是样品碱度的原因。
图11示出了使用图7和8中描述的电化学滴定方法和池产生的滴定曲线。根据图11明显的是，与较高碱度(622mg/L)相比，较低碱度样品(140mg/L)的终点出现在较低的电荷处。这证明在电化学质子产生期间样品碱度与递送到系统中的电荷之间存在函数关系。在小池体积(例如，～30-50uL)的情况下在水合氢离子产生之前、期间和之后测量pH的能力实现了有效的碱度无试剂测量。
图12示出了三种不同碱度样品的电化学滴定。此处测试的样品中的碱度是由于氢氧化物和碳酸盐，而不是磷酸盐(如图10所示)。在BDD水合氢离子产生电极处产生的和基于BDD的pH传感器测量的水合氢离子的函数相关性在图中是明显的。图11和12示出了该碱度传感器能够测量由磷酸盐、氢氧化物和碳酸盐引起的总碱度。
图13示出了使用电化学滴定程序产生的校准曲线。在pH 4.5处的终点(用于测量总碱度)与在BDD水合氢离子产生电极处产生的水合氢离子的数量具有线性关系。对于～100至～1000mg/L的总碱度范围(以CaCO3计)，获得了R2值为0.99的线性关系。该校准曲线可以用于测定未知样品的总碱度。
图14示出了采用本文所述的基于BDD的系统的电化学滴定与化学滴定的比较。当与化学过程相比时，用于中和相同缓冲容量的水合氢离子消耗对于电化学过程而言似乎更低。电化学滴定与化学滴定息息相关。如本领域技术人员所理解的，多个方面可以具体化为系统、方法或设备程序产品。因此，这些方面可以采用完全硬件实施方案或包括软件的实施方案的形式，其在本文中都可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，这些方面可以采用设备程序产品的形式，其在具有与其一起具体化的设备可读程序代码的一个或多个设备可读介质中具体化。
从前述内容可以理解，一个或多个系统或设备的电子组件可以包括但不限于至少一个处理单元、存储器以及耦连各种组件(包括将存储器耦连到一个或多个处理单元)的通信总线或通信装置。系统或设备可以包括或访问多种设备可读介质。系统存储器可以包括易失性和/或非易失性存储器形式的设备可读存储介质，如只读存储器(ROM)和/或随机存取存储器(RAM)。作为示例而非限制，系统存储器还可以包括操作系统、应用程序、其他程序模块和程序数据。
实施方案可以作为系统、方法或程序产品实施。因此，实施方案可以采用完全硬件实施方案或包括软件(包括固件、常驻软件、微代码等)的实施方案的形式，其在本文中都可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，这些实施方案可以采用程序产品的形式，其在具有在其上具体化的设备可读程序代码的至少一个设备可读介质中具体化。
可以利用一个或多个设备可读存储介质的组合。在本文件的上下文中，设备可读存储介质(“存储介质”)可以是任何有形的非信号介质，其可以含有或存储由程序代码组成的程序，该程序代码配置成由指令执行系统、装置或设备使用或与其结合使用。为了本公开的目的，存储介质或设备应解释为非暂时性的，即不包括信号或传播媒介。
出于举例说明和描述的目的已经呈现了本公开，但是其并不旨在是详尽或限制性的。多种修改和变化对于本领域普通技术人员将是明显的。选择和描述实施方案以解释原理和实际应用，并且使本领域其他普通技术人员能够理解具有多种修改的多种实施方案的公开内容，所述修改适合于预期的特定用途。
因此，尽管本文中已经参考附图描述了说明性的示例性实施方案，但是应理解，这种描述不是限制性的，并且本领域技术人员在不脱离本公开的范围或精神的情况下可以在其中进行各种其他改变和修改。

Claims (20)

1.一种用于使用碱度传感器测定含水样品的碱度的方法，所述方法包括：
在样品池中使用pH传感器监测含水样品的pH，所述pH传感器包括由硼掺杂金刚石制成的pH传感器电极；
在所述样品池中使用水合氢离子发生器在所述含水样品中产生水合氢离子，所述水合氢离子发生器包括水合氢离子产生电极；
通过使所述水合氢离子发生器在所述含水样品中产生一定量的水合氢离子来改变所述含水样品的pH；
将电流或电荷量化和转换为到达电化学滴定终点所产生的水合氢离子的数量，所述终点与样品的碱度相关；以及
基于所产生的水合氢离子的量和通过所述pH传感器监测的所得pH变化来分析所述含水样品的碱度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述水合氢离子产生电极包括硼掺杂金刚石。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述水合氢离子产生电极和所述pH传感器电极在单一基板上。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述水合氢离子产生电极和所述pH传感器电极包括在单个基板上的硼掺杂金刚石。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述pH传感器电极包括硼掺杂金刚石盘，并且所述水合氢离子产生电极包括与所述pH传感器间隔开的板。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述pH传感器电极包括硼掺杂金刚石盘，并且所述水合氢离子产生电极包括围绕所述pH传感器的开口环。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述pH传感器电极包括硼掺杂金刚石的第一板，并且所述水合氢离子产生电极包括与所述第一板间隔开的硼掺杂金刚石的第二板。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述水合氢离子产生电极包括具有孔的板，并且所述pH传感器电极位于所述孔内。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述水合氢离子发生器具有多于一个水合氢离子产生电极。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述pH传感器电极、所述水合氢离子发生器和控制器是恒电位仪的一部分，并且其中所述pH传感器电极是双恒电位仪的第一工作电极，并且所述水合氢离子产生电极是所述双恒电位仪的第二工作电极。
11.一种用于测定含水样品的碱度的系统，所述系统包括：
处理器；
存储设备，所述存储设备存储可由所述处理器执行的指令；
双恒电位仪，所述双恒电位仪产生pH信号和水合氢离子产生信号，所述pH信号指示所述含水样品的pH，并且所述水合氢离子产生信号指示由于在水合氢离子产生电极处的水电解而在所述含水样品中产生的水合氢离子的量；
连接到所述双恒电位仪的控制器，所述控制器控制在所述含水样品中产生的水合氢离子的量；
分析仪，所述分析仪基于所述pH信号和所述水合氢离子产生信号测定所述含水样品的碱度；
其中所述双恒电位仪还包括：
a)作为第一双恒电位仪工作电极连线的pH传感电极，所述pH传感电极由硼掺杂金刚石制成；
b)作为第二双恒电位仪工作电极连线的水合氢离子产生电极，所述水合氢离子产生电极由硼掺杂金刚石制成；
c)双恒电位仪参比电极；
d)双恒电位仪对电极；和
e)连接到电极的控制电路，所述控制电路适于测量和控制所述参比电极与第一工作电极和第二工作电极之间的电压差，并且还适于基于通过所述第一工作电极测量的第一电流和电位而输出指示pH的所述pH信号，并且基于通过所述第二工作电极测量的第二电流而输出指示产生的水合氢离子的量的所述水合氢离子产生信号。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述水合氢离子产生电极包括硼掺杂金刚石。
13.根据权利要求11所述的系统，其中所述水合氢离子产生电极和所述pH传感器电极在单一基板上。
14.根据权利要求11所述的系统，其中所述水合氢离子产生电极和所述pH传感器电极包括在单个基板上的硼掺杂金刚石。
15.根据权利要求11所述的系统，其中所述pH传感器电极包括硼掺杂金刚石盘，并且所述水合氢离子产生电极是与所述pH传感器间隔开的板。
16.根据权利要求11所述的系统，其中所述pH传感器电极包括硼掺杂金刚石盘，并且所述水合氢离子产生电极是围绕所述pH传感器的开口环。
17.根据权利要求11所述的系统，其中所述pH传感器电极包括硼掺杂金刚石的第一板，并且所述水合氢离子产生电极包括与所述第一板间隔开的硼掺杂金刚石的第二板。
18.根据权利要求11所述的系统，其中所述水合氢离子产生电极包括具有孔的板，并且所述pH传感器电极位于所述孔内。
19.根据权利要求11所述的系统，其中所述水合氢离子发生器具有多于一个水合氢离子产生电极。
20.一种产品，所述产品包括：
具有存储在其中的代码的存储设备，所述代码可通过处理执行并且包括：
在双恒电位仪处产生pH信号和水合氢离子产生信号的代码，所述pH信号指示所述含水样品的pH，并且所述水合氢离子产生信号指示由于在水合氢离子产生电极处的水电解而在所述含水样品中产生的水合氢离子的量；
控制在所述含水样品中产生的水合氢离子的量的代码；所述双恒电位仪还包括：
a)作为第一双恒电位仪工作电极连线的pH传感电极，所述pH传感电极由硼掺杂金刚石制成；
b)作为第二双恒电位仪工作电极连线的水合氢离子产生电极，所述水合氢离子产生电极由硼掺杂金刚石制成；
c)双恒电位仪参比电极；
d)双恒电位仪对电极；和
e)连接到电极的控制电路，所述控制电路适于测量和控制所述参比电极与第一工作电极和第二工作电极之间的电压差，并且还适于基于通过所述第一工作电极测量的第一电流和电位而输出指示pH的所述pH信号，并且基于通过所述第二工作电极测量的第二电流而输出指示产生的水合氢离子的量的所述水合氢离子产生信号；以及
基于所述pH信号和所述水合氢离子产生信号测定所述含水样品的碱度的代码。
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