水硬度传感器的研制

水硬度传感器的研制马越，谢国莉，曹奇光，张晓辉，陈红梅（北京电子科技职业学院生物工程学院，北京100029）摘要：以P.V.C为载体，磷酸酯类的钙盐为电活性物质研制而成水质硬度传感器，详细介绍了水硬度传感器的电极膜片及电极制作过程，并对所研制的传感器进行了灵敏度等性能测试。结果表明所研制的水质硬度传感器具有较高的灵敏度，是一种较为方便的水质硬度快速检测仪器设备。关键词：水质硬度；传感器；制作DevelopmentofWaterHardnessSensorMAYue，XIEGuo-li，CAOQi-guang，ZHANGXiao-hui，CHENHong-mei（CollegeofBioengineering，BeijingPolytechnic，Beijing100029，China）Abstract：WaterhardnesssensorwithP.V.Casmembranevector，phosphateandthesensitivitymatterofOrganphosphorusasactivewasdeveloped.Themanufacturedprocessofelectrodemambranewasintroduceddetailedlyandthesensitivityporformanceofsensorwastested.Theresultshowedthatthemanufacturedinstrumenthasgoodsensitivity，theresponse-timeisshort（≤5s），thedetectionareawasextensivewhichindicateedthemanufacturedinstrumentwasakindofconvenientandspeedydeterminationinstrument.Keywords：waterhardness；sensor；development基金项目：2010北京市科技计划面上项目（KM201000002001）作者简介：马越（1967—），女（回），副教授，本科（硕士学位），研究方向：水环境监测与治理技术。食品研究与开发FoodResearchAndDevelopment2013年8月第34卷第15期食品机械DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2013.15.035水质硬度的检测是工农业生产及日常生产中的一项重要指标，锅炉水硬度过高会造成锅炉结垢，管道变形，严重的还会引起爆炸，饮水硬度过高会引起心脑血管硬化，肾功能衰竭等疾病，在食品工业中，水硬度过高会使食品变味，饮料产生絮凝。因此水质硬度的检测成为必不可少的一项指标。水质硬度分析多年来一直沿着传统的EDTA滴定法，虽然操作简单，但费时而且也不能连续重复进行测定，给水质硬度自动化监控带来困难[1]。目前水质硬度控制多以钙离子传感器来代替，钙离子传感器早在20世纪60年代就由美国Orion公司研究生产，目前已广泛应用于农业、畜牧业、环保、轻工及食品等领域。我国对传感器的研究起步较晚，南京土壤研究所在这方面作了许多工作，研制了许多常见的离子传感器，但目前还没有商品的硬度传感器，国外只有单一的钙或镁的传感器。国内目前只检索到一篇水硬度传感器的报道，是一种钙镁复合型的传感器，而且其重现性较差。以二癸基磷酸钙溶于苯基膦酸二辛酯作为液体离子交换剂的钙选择性物质，由于有机液态膜在制作方面比较繁琐，响应时间较长。故在此基础上将二癸基磷酸钙溶于膦酸酯中，并将该溶液与聚氯乙烯（PVC）溶液混合制作固体的钙选择性物质。在检测中的无液接界电池可用下式来表示：Ag；AgCl固|CaCl2（m1）试液|P.V.C膜|CaCl2（m2）内参比液|AgCl固；Ag并在广范围内检测Nernst公式为：△E=3RT2Flnm1γ1m2γ2（1）式中：γ为活度系数。同样钙离子交换电极可用经验公式来表示：E=常数+2.3RT2FLog（Ca2+）+∑κi（Ai）2/Zi∑∑（2）式中：Ai和Zi是干扰离子的活度和电荷。其干扰离子是影响电极的选择性的主要因素，为了增强电极的抗干扰能力其离子交换剂的选择就显得尤为重要。本课题所研制的硬度传感器是降低传感器对二价离子和多价离子之间的选择性，增强抗一价离子的131干扰能力，使其对二价或高价离子产生均衡的电动势，以便建立起硬度与电势之间的线性关系。有关这方面的研究，在国家科技图书文献中心通过文献检索，目前，国外仅发现一篇相关报道[2]，国内鲜见报导。1技术路线与实施方案水硬度传感器是根据热力学的能斯特(Nernst)方程，建立电动势与浓度的线性关系，可通过简单的电势测定来确定样品的钙离子浓度，再通过钙离子浓度与水质硬度的关系转化为水质硬度。为实现技术路线