專利名稱：二氧化硅物質(zhì)的電化學(xué)檢測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及電化學(xué)檢測。
背景技術(shù)：
在液體(例如水)中二氧化硅的檢測可以使用比色法。例如，可以形成二氧化 硅-鉬酸鹽復(fù)合物并且可以通過測量450nm波長的探測光的吸收來測量二氧化硅-鉬酸鹽 復(fù)合物?；蛘?，可以形成二氧化硅_鉬酸鹽_雜多藍(lán)復(fù)合物并且可以通過測量810nm波長 的探測光的吸收測量二氧化硅_鉬酸鹽_雜多藍(lán)復(fù)合物。這些和其它的比色法可能需要在 不同步驟中添加若干種化學(xué)試劑，每個(gè)步驟占用一定的時(shí)間段以允許充分的混合和反應(yīng)。
概述 本申請(qǐng)描述(除了別的以外)了涉及使用電化學(xué)方法在水中檢測無機(jī)物(例如二 氧化硅)的技術(shù)、系統(tǒng)和裝置。 —方面，檢測金屬復(fù)合物包括對(duì)緩沖溶液施加電壓，所述緩沖溶液包含所述金屬 復(fù)合物并且沒有待檢測的無機(jī)物。在不存在所述無機(jī)物的情況下，測量與所述金屬復(fù)合物 相關(guān)的第一電流。將無機(jī)物添加到所述緩沖溶液中，并且在存在所添加的無機(jī)物的情況下， 還測量與所述金屬復(fù)合物相關(guān)的第二電流。獲得所述第一電流和所述第二電流之間的差 值，以識(shí)別在所述緩沖溶液中所添加的有機(jī)物的濃度。 實(shí)施方式能夠任選地包括以下一個(gè)或多個(gè)。測量所述第一和第二電流還能夠包括 施加由掃描電位跟隨的富集電位。施加所述富集電位還能夠包括施加包括O. 5伏特幅度的 富集電位。對(duì)于包括60秒的一段時(shí)間，還能夠施加所述施加的富集電位。同樣，施加所述掃 描電位能夠包括施加具有包括25毫伏幅度、4毫伏的跨步電勢和25赫茲的頻率至少之一的 掃描電位。此外，施加電壓能夠包括對(duì)含有如鉬_氯冉酸鹽復(fù)合物的金屬復(fù)合物緩沖溶液 施加電壓。使用由鉍、金、碳或汞組成的工作電極能夠測量所述第一電流和所述第二電流。 使用絲網(wǎng)印刷電極還能夠執(zhí)行使用工作電極測量所述第一電流和所述第二電流。此外，添 加的所述無機(jī)物能夠包括二氧化硅物質(zhì)。此外，測量的所述第一電流和所述第二電流能夠 包括伏安信號(hào)。使用溶出伏安計(jì)能夠執(zhí)行測量所述伏安信號(hào)。使用一次性的溶出伏安計(jì)能 夠測量使用溶出伏安計(jì)測量的伏安信號(hào)。 另一方面，使用包括檢測裝置和數(shù)據(jù)處理裝置的系統(tǒng)能夠執(zhí)行檢測無機(jī)物。所述 檢測裝置包括容器，容器設(shè)計(jì)為至少部分在所述容器中盛放溶液。在所述容器中盛放的所 述溶液含有金屬復(fù)合物。所述檢測裝置還包括至少部分浸入所述溶液中的導(dǎo)電元件。將所 述容器、所述溶液和所述導(dǎo)電元件設(shè)計(jì)為測量第一電流和第二電流，第一電流對(duì)應(yīng)于在不 存在無機(jī)物的情況下的所述金屬復(fù)合物，第二電流對(duì)應(yīng)于在存在無機(jī)物的情況下的所述金 屬復(fù)合物。將所述數(shù)據(jù)處理裝置設(shè)計(jì)為接收來自所述檢測裝置的所測量的第一電流和第二 電流。還將所述數(shù)據(jù)處理裝置設(shè)計(jì)為獲得所述第一電流和所述第二電流之間的差值，并且 設(shè)計(jì)為根據(jù)所獲得的差值識(shí)別所述無機(jī)物的濃度。
實(shí)施方式還能夠任選地包括以下的一個(gè)或多個(gè)。能夠?qū)⑺鰴z測裝置設(shè)計(jì)為測量 對(duì)應(yīng)于鉬-氯冉酸鹽金屬復(fù)合物的所述第一電流和第二電流。同樣，能夠?qū)⑺鰴z測裝置 設(shè)計(jì)為在存在二氧化硅物質(zhì)的情況下測量對(duì)應(yīng)于所述金屬復(fù)合物的所述第二電流。所述導(dǎo) 電元件能夠由鉍、金、碳或汞之一組成。此外，所述導(dǎo)電元件能夠使用絲網(wǎng)印刷電極。此外， 能夠以溶出伏安計(jì)實(shí)現(xiàn)所述檢測裝置。所述溶出伏安計(jì)能夠是一次性的溶出伏安計(jì)。同 樣，通過施加由掃描電位跟隨的富集電位能夠?qū)⑺鰴z測裝置配置為測量所述第一電流和 第二電流。 另一方面，在不存在目標(biāo)非電活性材料的情況下檢測電活性材料的第一電活性。 同樣，在存在所述目標(biāo)非電活性材料的情況下檢測所述電活性材料的第二電活性。獲得所 述第一電活性和第二電活性之間的差值，并且根據(jù)所獲得的差值，識(shí)別所述目標(biāo)非電活性 材料的濃度。 實(shí)施方式能夠任選地包括以下的一個(gè)或多個(gè)。檢測所述第一電活性和第二電活性 能夠包括施加由掃描電位跟隨的富集電位。同樣，檢測所述第一電活性和第二電活性能夠 包括在緩沖溶液中檢測金屬復(fù)合物的所述第一電活性和第二電活性。此外，識(shí)別所述目標(biāo) 非電活性材料的濃度能夠包括識(shí)別目標(biāo)二氧化硅物質(zhì)的濃度。 另一方面，通過測量不存在所述目標(biāo)材料的電化學(xué)活性介質(zhì)的電化學(xué)特性的初始 值，檢測非電化學(xué)活性的目標(biāo)材料。將所述目標(biāo)材料引進(jìn)所述電化學(xué)活性介質(zhì)中。還測量 所述目標(biāo)材料和所述電化學(xué)活性介質(zhì)的組合的電化學(xué)特性的當(dāng)前值。根據(jù)所述當(dāng)前值和所 述初始值，獲得關(guān)于所述目標(biāo)材料的信息。 以提供一項(xiàng)或多項(xiàng)優(yōu)勢的方式能夠使用如在本說明書中公開的技術(shù)。例如，能夠 通過使用具有與常規(guī)比色計(jì)相比便宜且簡單的電子設(shè)備的一次性傳感器來實(shí)現(xiàn)電化學(xué)檢 測系統(tǒng)。 此外，可以將如本說明書中描述的主題內(nèi)容實(shí)現(xiàn)為裝置、系統(tǒng)、制造所述裝置和/ 或系統(tǒng)的方法和使用所述裝置和/或系統(tǒng)的方法。
附圖簡要說明

圖1用于使用電化學(xué)檢測來檢測無機(jī)物的方法的方法流程圖。
圖2示出了在不存在配體的情況下的重金屬鉬的伏安信號(hào)。
圖3示出了顯示清晰峰值電流的Mo-CAA復(fù)合物的伏安信號(hào)。 圖4示出了在不存在高濃度的硅酸的情況下和存在高濃度硅酸的情況下Mo-CAA 復(fù)合物的伏安信號(hào)。 圖5示出了在不存在硅酸的情況下和存在預(yù)定水平的多種濃度的硅酸的情況下 Mo-CAA復(fù)合物的伏安信號(hào)。 圖6a為示出了檢測裝置的敞開配置的結(jié)構(gòu)圖。
圖6b為示出了檢測裝置的閉合配置的結(jié)構(gòu)圖。
圖7為用于使用電化學(xué)檢測來檢測無機(jī)物的系統(tǒng)。
圖8為用于使用電化學(xué)檢測系統(tǒng)的方法的方法流程圖。
在不同的附圖中類似的標(biāo)號(hào)和名稱表示類似的元件。
5詳細(xì)說明 能夠?qū)⑷艹龇卜ㄓ米髟诓煌栽嚇又袡z測重金屬離子的分析工具。在不同配 置中能夠?qū)嵤┤艹龇卜?，例如沉積溶出伏安法和吸附溶出伏安法。在本說明書中描述的 示例性技術(shù)、系統(tǒng)和裝置使用吸附溶出伏安法。吸附溶出分析涉及具有配體(例如氯冉酸 鹽(CAA))的痕量金屬(例如鉬(Mo))的表面活性復(fù)合物的形成、吸附富集和還原。因此可 以將吸附溶出用于測量在存在配體(例如金屬復(fù)合物)的情況下金屬的濃度?？梢允褂煤?適的螯合劑或配體。此外，通過在存在重金屬離子的情況下測量無機(jī)物的影響，能夠?qū)⑽?溶出用于測量非電活性無機(jī)物。 —方面，將溶出伏安法用于檢測非電化學(xué)活性的目標(biāo)材料。測量沒有目標(biāo)材料的 電化學(xué)活性介質(zhì)的電化學(xué)特性的初始值。將目標(biāo)材料引入電化學(xué)活性介質(zhì)。還測量目標(biāo)材 料和電化學(xué)活性介質(zhì)的組合的電化學(xué)特性的當(dāng)前值。根據(jù)當(dāng)前值和初始值，獲得關(guān)于目標(biāo) 材料的信息。 圖1是用于使用吸附溶出伏安法來測量非電活性的無機(jī)物的示例性方法100的方 法流程圖。通過在存在電活性重金屬離子(例如Mo)的情況下測量無機(jī)物的影響，可以檢 測非電活性無機(jī)物，例如硅酸。通過測量無機(jī)物對(duì)與電活性金屬復(fù)合物相關(guān)的伏安信號(hào)的 影響，方法100提供了間接確定無機(jī)物(例如二氧化硅)的簡化方法。
形成金屬復(fù)合物，例如鉬_氯冉酸鹽復(fù)合物(Mo-CAA) (110)作為試劑。使用吸附 溶出伏安法(例如方波吸附溶出伏安法)，在醋酸pH緩沖劑(或者其它適合的緩沖溶液) 中測量(120)金屬復(fù)合物(例如Mo-CAA)的伏安信號(hào)。使用工作電極(例如鉍、汞、金等) 在本實(shí)施方式和其它實(shí)施方式中測量伏安信號(hào)。鉬-氟冉酸鹽復(fù)合物是電活性的并且能夠 使用工作電極通過伏安法檢測鉬_氟冉酸鹽復(fù)合物。在預(yù)定的時(shí)間段，對(duì)緩沖劑中的金屬 復(fù)合物施加預(yù)定幅度的富集電位，然后施加具有預(yù)定幅度、預(yù)定跨步電勢和預(yù)定頻率的掃 描電位。 使用方波吸附溶出伏安法能夠間接檢測非電活性無機(jī)物(例如在水中以硅酸形 式存在的二氧化硅)。將不同濃度的非電活性無機(jī)物添加到金屬復(fù)合物中，并且在每次添加 已知濃度的非電活性無機(jī)物之后，測量(130)伏安信號(hào)。在與金屬的結(jié)合中，非電活性無機(jī) 物與配體(例如CAA)競爭。例如，在醋酸pH緩沖劑中，硅酸與氯冉酸競爭在鉬離子上可獲 得的配位位置。因?yàn)殂f-氯冉酸鹽復(fù)合物是電活性的，使用工作電極通過伏安法能夠檢測 金屬復(fù)合物。將鉬-氯冉酸鹽復(fù)合物的濃度水平保持恒定，并且當(dāng)引入了已知濃度的硅酸 時(shí)，檢測伏安信號(hào)中的降低。比較(140)伏安信號(hào)中的降低和所添加的非活性無機(jī)物的相 應(yīng)濃度，以獲得信號(hào)降低和所添加的無機(jī)物濃度之間關(guān)系。 圖2示出了在醋酸pH緩沖劑中鉬金屬離子的伏安掃描200。示出了具有鉍薄膜電 極(BFE)的50iig/L鉬的方波吸附溶出伏安圖。在該實(shí)例中，鉬位于支持電解質(zhì)的溶液中， 0. 1M醋酸緩沖劑(pH 5. 5)。施加0. 50V的富集電位大約60秒并同時(shí)攪拌。跟隨富集電位 之后的是具有25mV的幅度、4mV的跨步電勢和25Hz的頻率掃描的掃描電位。
圖2表明在不存在配體(例如CAA)的情況下，不能單獨(dú)確定鉬的伏安信號(hào)。因此， 可以添加金屬復(fù)合物(例如Mo-CAA)來檢測與重金屬相關(guān)的伏安信號(hào)。吸附溶出分析能夠 擴(kuò)大多種微量元素(例如，鉬)的溶出測量范圍。伏安溶出方案和電位測定溶出方案，其分 別具有負(fù)向電位掃描或者恒定的陰極電流，能夠用于測量所吸附的復(fù)合物。在通常實(shí)施吸附溶出步驟來顯示在所吸附的復(fù)合物中金屬的還原的同時(shí)，還能夠顯示配體的還原。
圖3示出了對(duì)氯冉酸的鉬復(fù)合物進(jìn)行10次連續(xù)測量，其顯示了良好的再現(xiàn)性。證 如當(dāng)對(duì)比圖2和圖3時(shí)能夠看出的，復(fù)合物離子相當(dāng)明顯。示出了在存在50yM的氯冉酸 的情況下50ii g/L的十個(gè)連續(xù)的伏安圖。將鉬置于支持電解質(zhì)的溶液中，O. 1M醋酸緩沖劑 (PH 5. 5)。用于這些測量的記錄方案包括施加大約60秒的0. 50V的富集電位并同時(shí)攪拌， 施加25mV的幅度、4mV的跨步電勢和25Hz頻率的掃描電位。在富集電位之后可以施加電位 掃描。圖3示出了所測量的伏安信號(hào)的峰值電流310，測量峰值電流發(fā)生時(shí)的電位320。
圖4示出了在圖2和圖3中描述的相同的工作條件下，硅酸對(duì)鉬_氯冉酸復(fù)合物 的伏安信號(hào)的影響。施加高水平的硅酸清晰地表明了硅酸對(duì)于Mo-CAA復(fù)合物的影響。使 用的記錄方案包括在存在50 ii M的氯冉酸的情況下50 ii g/L鉬的方波吸附溶出伏安圖。在 測量期間，在支持電解質(zhì)的溶液中，O. 1M醋酸緩沖劑(PH 5.5)，放置了Mo-CAA復(fù)合物。伏 安信號(hào)410對(duì)應(yīng)于在存在50 ii M氯冉酸的情況下50 ii g/L鉬的Mo-CAA復(fù)合物。伏安信號(hào) a-f (412、414、416、418、420和422)分別示出了加入0. lmM、0. 5mM、 1. 0mM、5. OmM、 10mM和 20mM硅酸的影響。記錄方案還包括施加大約60秒的0. 50V富集電位并同時(shí)攪拌。跟隨富 集電位之后的是具有25mV的幅度、4mV的跨步電勢和25Hz的頻率的掃描電位。
圖5示出了在添加已知濃度的硅酸之前和添加已知濃度的硅酸之后測量的一組 伏安信號(hào)500。將測量條件設(shè)計(jì)為優(yōu)化硅酸的檢出限。實(shí)現(xiàn)在存在10i!M氯冉酸的情況下 50iig/L鉬的方波吸附溶出伏安圖。在支持電解質(zhì)的溶液中，O. 1M醋酸緩沖劑(PH 5.5)， 放置Mo-CAA復(fù)合物。在存在10 ii M氯冉酸的情況下，伏安信號(hào)510對(duì)應(yīng)于50 y g/L鉬的 Mo-CAA復(fù)合物。伏安信號(hào)a-e(512、514、516、518和520)分別示出了加入5 ii M、 10 ii M、 15iiM、20iiM和25iiM的硅酸的影響。施加0. 50V的富集電位大約60秒并同時(shí)攪拌。跟隨 富集電位之后的是具有25mV的幅度、4mV的跨步電勢和25Hz的頻率的掃描電位。
將添加到Mo-CAA復(fù)合物的氯冉酸的量從50 y M(參見圖4)減少到10 y M，以將在 這些條件下硅酸的檢出限從1 y M(參見圖4)提高到5 ii M。在這些測量中，5 ii M的硅酸近似 地等于大約十億分之(卯b)三百的二氧化硅。通過改進(jìn)測量條件可以進(jìn)一步提高檢出限。
當(dāng)希望檢測二氧化硅硅或其它無機(jī)物時(shí)，能夠?qū)⑷鐖D1到圖5所示的二氧化硅的 檢測用于不同的裝置形狀因子和應(yīng)用。 此外，根據(jù)在本說明書中描述的內(nèi)容的系統(tǒng)、裝置和方法可以用于實(shí)現(xiàn)簡單且經(jīng) 濟(jì)的電化學(xué)檢測系統(tǒng)。例如，商用的比色裝置能夠花費(fèi)大約iooo美元或者更多，而如在本 說明書中公開的電化學(xué)檢測系統(tǒng)可以花費(fèi)不到100美元。根據(jù)本說明書的檢測系統(tǒng)的最終 制造成本可以依賴于用戶要求和所希望的操作應(yīng)用和模式。 圖6a示出了用于使用分析方法(例如吸附溶出伏安法)檢測無機(jī)物(例如二氧 化硅)的裝置600的實(shí)例。裝置600包括參比電極640、感應(yīng)電極650和至少部分地盛放液 體的容器或者盛放器625。當(dāng)將裝置600實(shí)現(xiàn)為流經(jīng)裝置時(shí)，實(shí)際上僅一部分目標(biāo)液體容納 在容器中。 參比電極640是導(dǎo)電元件，導(dǎo)電元件構(gòu)造為至少部分地導(dǎo)電。能夠使用多種導(dǎo)電 材料實(shí)現(xiàn)參比電極640。例如，可以使用提供電極(例如銀/氯化銀(Ag/Agcl)，當(dāng)電極涂 有Agcl并且浸沒在記錄溶液中時(shí))的銀絲。 使用多種含碳電極中的任何一種(例如碳糊電極、玻璃碳電極、裸碳電極和網(wǎng)狀碳電極等)可以實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電極650。能夠使用其它適合的導(dǎo)電電極，例如金屬電極，如金、汞 和鉍電極。此外，感應(yīng)電極650能夠包括涂覆鉍或者鍍鉍的導(dǎo)電電極和具有包括鉍的分析 物溶液的導(dǎo)電電極?；阢G的電極提供了良好的導(dǎo)電率和低毒性。 感應(yīng)電極650能夠涂覆或者鍍包含導(dǎo)電材料(例如鉍)的薄膜。涂覆導(dǎo)電材料的 感應(yīng)電極650能夠是碳纖維電極或者玻璃碳電極?；蛘撸袘?yīng)電極650能夠涂覆任何導(dǎo)電 的材料，例如扁平的絲網(wǎng)印刷碳電極。例如，能夠?qū)⒏袘?yīng)電極實(shí)現(xiàn)為一次性的絲網(wǎng)印刷鉍電 極，一次性的絲網(wǎng)印刷鉍電極能夠包括輔助電極，通常是鉑。 也可以使用其它的電極構(gòu)造。例如，可以將如在美國專利第6，682，647號(hào)和第 5， 292， 423號(hào)中公開的、通過參考并入的電極實(shí)現(xiàn)為感應(yīng)電極650。例如，可以實(shí)現(xiàn)絲網(wǎng)印 刷電極(例如，Medisense公司的ExacTech Blood Glucose Strips)。這些帶包括在PVC 基體(在對(duì)側(cè)具有碳觸點(diǎn))上印刷的工作(碳)電極和參比電極。 一印刷的碳觸點(diǎn)用作汞 薄膜電極的基體(因?yàn)樵嫉墓ぷ麟姌O目標(biāo)區(qū)域覆蓋有酶/介質(zhì)層)。在伏安實(shí)驗(yàn)期間，來 自另一帶的印刷電極(Ag/AgCl)用作參比。使用Tracelab單元的常規(guī)Ag/AgCl電極也能 夠執(zhí)行電位溶出。此外，能夠使用鉑絲輔助電極。而且，能夠使用包含一種或多種導(dǎo)電材料 例如鉍的材料涂覆和/或鍍感應(yīng)電極650。 能夠?qū)⒉煌问降你G用來構(gòu)造感應(yīng)電極650。例如，能夠使用微?；蛘哳w粒形式的 固體鉍。類似地，能夠?qū)G鹽用作活性電極材料。在某些實(shí)施方式中，在感應(yīng)電極650上涂 覆或者鍍的糊狀、凝膠狀或者聚合材料中使用固體鉍或者鉍鹽。 裝置600能夠任選地包括入口 660和出口 670。例如，當(dāng)將裝置600實(shí)現(xiàn)為流經(jīng)裝 置時(shí)，使用入口 660和出口 670，目標(biāo)液流(例如水)能夠流經(jīng)裝置600。能夠連續(xù)地檢測 在流經(jīng)裝置的液體中目標(biāo)無機(jī)物(例如二氧化硅)的存在?；蛘?，能夠?qū)⒛繕?biāo)液體的試樣 沉積在入口 660中，以檢測二氧化硅。 在敞開配置中，圖6a還示出了密封部件630(例如由橡膠或者其它適合的材料制 成)，將密封元件610設(shè)計(jì)為在第一元件610和第二元件620之間提供空氣和/或水的緊密 密封。第一元件包括入口 660，出口 670和密封元件630。第二元件620包括參比電極640 和感應(yīng)電極650。 圖6b是示例性的裝置600的閉合配置視圖。當(dāng)裝置600閉合并且液體流經(jīng)入口 660時(shí)，在參比電極640和感應(yīng)電極之間提供了電流路徑。 可以改進(jìn)裝置600的形狀因子，以簡化檢測二氧化硅的分析方法。例如，可以將裝 置600設(shè)計(jì)為簡化樣本制備并加速分析時(shí)間。能夠?qū)⒀b置設(shè)計(jì)為在間歇模式(例如在燒杯 中)或者在流經(jīng)模式中實(shí)施而設(shè)計(jì)的溶出伏安法。除了引入試樣液體和/或標(biāo)準(zhǔn)物以外， 幾乎不需要或者不需要在用戶和裝置之間互動(dòng)。 此外，對(duì)于有限量的測量(例如一次性的)，能夠?qū)⒀b置600設(shè)計(jì)為使用絲網(wǎng)印刷 式的基于鉍的(或者基于任何其它導(dǎo)電材料的)電極。能夠?qū)⑦@樣的一次性的裝置600制 造為對(duì)用戶來說廉價(jià)的消費(fèi)品。例如，絲網(wǎng)印刷電極的成本能夠是大約每個(gè)傳感器5美分。
圖7是用于使用電化學(xué)檢測來檢測例如二氧化硅的無機(jī)物的示例性系統(tǒng)700。系 統(tǒng)700包括耦合到數(shù)據(jù)處理裝置720的檢測裝置710 (例如在專門的流通池設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn))。 檢測裝置710能夠是大體上如關(guān)于圖6描述的?；蛘?，使用其它的形狀因子可以實(shí)現(xiàn)檢測 裝置71Q。
能夠?qū)?shù)據(jù)處理裝置720實(shí)現(xiàn)為用于從檢測裝置710中接收數(shù)據(jù)和處理所接收數(shù) 據(jù)的多種電子設(shè)備中的一種。例如，能夠?qū)?shù)據(jù)處理裝置720實(shí)現(xiàn)為個(gè)人計(jì)算機(jī)、服務(wù)器計(jì) 算機(jī)、便攜式計(jì)算裝置等。此外，數(shù)據(jù)處理裝置720能夠包括多種組件，例如，設(shè)計(jì)為執(zhí)行軟 件程序，例如執(zhí)行數(shù)據(jù)獲取和從檢測裝置710中接收的數(shù)據(jù)的分析的程序(未示出))的中 央處理單元(CPU)。 例如，程序能夠傳送溶出伏安法的合適的記錄方案(例如圖1到圖5描述的富集 電位和具有幅度、跨步電勢和頻率的掃描電位)。此外，能夠?qū)⒊绦蛟O(shè)計(jì)為比較所接收的伏 安信號(hào)和所添加的二氧化硅的濃度，以確定不同的二氧化硅的濃度對(duì)于伏安信號(hào)的影響。 所確定的影響用來確定水中二氧化硅的未知濃度，例如通過測量伏安信號(hào)的降低。
通過雙向通信信道730，數(shù)據(jù)處理裝置720從檢測裝置710接收數(shù)據(jù)。雙向通信信 道730能夠包括有線或無線連接中的任何一種。有線連接能夠與通用串行總線連接、火線 連接和并行連接等兼容。無線連接能夠與藍(lán)牙、WiFi、 Wimax等兼容。在某些實(shí)施方式中， 能夠?qū)z測裝置放置在遠(yuǎn)程位置(例如在如大量水的領(lǐng)域中)，用于在遠(yuǎn)程位置檢測水源。 通過例如廣域網(wǎng)(WAN)、局域網(wǎng)(LAN)或者互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)，將使用檢測裝置710收集的數(shù)據(jù) 發(fā)送到數(shù)據(jù)處理裝置720。在某些實(shí)施方式中，能夠?qū)⑾到y(tǒng)700實(shí)現(xiàn)為孤立的系統(tǒng)或者實(shí)現(xiàn) 為更大系統(tǒng)的一部分，如網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 圖8是方法800的方法流程圖，方法800用于運(yùn)行用于檢測例如二氧化硅的無機(jī) 物的系統(tǒng)700。在810處，使用吸附溶出伏安法，通過檢測裝置710收集數(shù)據(jù)(例如金屬復(fù) 合物的伏安信號(hào))。在820處，數(shù)據(jù)處理裝置720接收所收集的數(shù)據(jù)。在830處，處理所接 收的數(shù)據(jù)，以確定二氧化硅的存在及其濃度。 在某些實(shí)施方式中，能夠?qū)⑾到y(tǒng)700實(shí)現(xiàn)為使用方波吸附溶出伏安法的具體檢測 系統(tǒng)。檢測系統(tǒng)能夠使用鉍電極來測量硅酸和氯冉酸對(duì)于鉬金屬離子的競爭。能夠?qū)⑾到y(tǒng) 700開發(fā)為適合且廉價(jià)的系統(tǒng)，其用于通過在存在二氧化硅配體的情況下在純水和超純水 中測量重金屬離子，間接地進(jìn)行電化學(xué)二氧化硅檢測。 能夠在以下介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明中描述的主題內(nèi)容和功能操作的實(shí)施方式，包括在 數(shù)字電子電路中，或者在計(jì)算機(jī)軟件、固件或者硬件，包括在本說明書中公開的結(jié)構(gòu)和公開 的結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)上的等同物中，或者在數(shù)字電子電路、計(jì)算機(jī)軟件、固件或者硬件的一種或多 種的組合中?？梢詫⒃诒菊f明書中描述的主題內(nèi)容的實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)為一種或多種計(jì)算機(jī)程 序產(chǎn)品，即，在切實(shí)的程序載體上編碼的計(jì)算機(jī)程序指令的一個(gè)或多個(gè)模塊，用于由數(shù)據(jù)處 理裝置執(zhí)行或者來控制數(shù)據(jù)處理裝置的操作。切實(shí)的程序載體能夠是傳播的信號(hào)或者計(jì)算 機(jī)可讀介質(zhì)。所傳播的信號(hào)能夠是人工產(chǎn)生的信號(hào)，例如機(jī)器產(chǎn)生的電信號(hào)、光學(xué)信號(hào)或者 電磁信號(hào)，產(chǎn)生信號(hào)來編碼用于向合適的接收機(jī)裝置傳送的信息，以由計(jì)算機(jī)執(zhí)行。計(jì)算機(jī) 可讀介質(zhì)可以是機(jī)器可讀存儲(chǔ)設(shè)備、機(jī)器可讀存儲(chǔ)基片、存儲(chǔ)設(shè)備、影響機(jī)器可讀的傳播的 信號(hào)的物質(zhì)的混合物、或者機(jī)器可讀存儲(chǔ)設(shè)備、機(jī)器可讀存儲(chǔ)基片、存儲(chǔ)設(shè)備、影響機(jī)器可 讀的傳播的信號(hào)的物質(zhì)的混合物中的一種或多種的組合。 術(shù)語"數(shù)據(jù)處理裝置"包括所有用于處理數(shù)據(jù)的裝置、設(shè)備和機(jī)器，例如包括可編 程處理器、計(jì)算機(jī)或多個(gè)處理器或者多個(gè)計(jì)算機(jī)。除了硬件以外，裝置可以包括為提及的 計(jì)算機(jī)程序，如構(gòu)成處理器固件、協(xié)議棧、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、操作系統(tǒng)或者處理器固件、協(xié)議 棧、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和操作系統(tǒng)中的一種或多種的組合，創(chuàng)建執(zhí)行環(huán)境的代碼。
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以包括編譯的或者解釋的語言，或者說明的或者程序的語言在內(nèi)的任何形式的編 程語言，可以編寫計(jì)算機(jī)程序(也稱為程序、軟件、軟件應(yīng)用、腳本或者代碼)，并且能夠以 包括作為單獨(dú)的程序或者作為適合于在計(jì)算環(huán)境中使用的模塊、組件、子程序或者其它單 元在內(nèi)的任何形式，部署計(jì)算機(jī)程序。計(jì)算機(jī)程序不必對(duì)應(yīng)于文件系統(tǒng)中的文件。能夠?qū)?程序存儲(chǔ)在以下文件中在保存其它程序或者數(shù)據(jù)(例如，在置標(biāo)語言文檔中存儲(chǔ)的一個(gè) 或多個(gè)腳本)的文件的一部分中、在專用于在考慮中的程序的單個(gè)文件中、或者在多個(gè)配 合的文件(例如，存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)模塊、子程序或者代碼的部分的文件)中。能夠?qū)⒂?jì)算機(jī) 程序部署來在一個(gè)計(jì)算機(jī)上或者在多個(gè)計(jì)算機(jī)上執(zhí)行，多個(gè)計(jì)算機(jī)位于一個(gè)地點(diǎn)或者分布 在多個(gè)地點(diǎn)之間并且通過通信網(wǎng)絡(luò)互連。 通過一個(gè)或多個(gè)可編程的、執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序以通過對(duì)輸入數(shù)據(jù)操作并 且產(chǎn)生輸出來執(zhí)行功能的處理器，可以執(zhí)行在本說明書中描述的進(jìn)程和邏輯流。也可以由 專用邏輯電路，例如FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)或者ASIC(專用集成電路)，執(zhí)行進(jìn)程和邏 輯流，并且也能夠?qū)⒀b置實(shí)現(xiàn)為專用邏輯電路。 適合于執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序的處理器包括例如通用微處理器、專用微處理器和任何種 類的數(shù)字計(jì)算機(jī)的任何一種或多種處理器。通常，處理器將從只讀存儲(chǔ)器中或者從隨機(jī)存 取存儲(chǔ)器中或者從只讀存儲(chǔ)器和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中接收指令和數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)的基本要素是 用于執(zhí)行指令的處理器和用于存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器。通常，計(jì)算機(jī)將也包 括一個(gè)或多個(gè)用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的大存儲(chǔ)設(shè)備，例如磁盤、可抹可錄型光盤或者光盤，或者將計(jì) 算機(jī)工作地耦合來從大存儲(chǔ)設(shè)備中接收數(shù)據(jù)或者向大存儲(chǔ)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，或者既從大存儲(chǔ) 設(shè)備中接收數(shù)據(jù)又向大存儲(chǔ)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。但是，計(jì)算機(jī)不需要具有這樣的設(shè)備。此外，可 以將計(jì)算機(jī)嵌入在另外的設(shè)備中。 適合于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序指令和數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括所有形式的非易失性 存儲(chǔ)器、介質(zhì)和存儲(chǔ)設(shè)備，所有形式的非易失性存儲(chǔ)器、介質(zhì)和存儲(chǔ)設(shè)備包括例如半導(dǎo)體存 儲(chǔ)設(shè)備，例如，EPR0M、EEPR0M和閃存設(shè)備；磁盤，例如，內(nèi)置硬盤或者可移動(dòng)硬盤；可抹可錄 型光盤；CD ROM盤和DVD-R0M盤。能夠由專用邏輯電路補(bǔ)充處理器和存儲(chǔ)器，或者能夠?qū)?處理器和存儲(chǔ)器合并入專用邏輯電路中。 為了給與用戶的交互做準(zhǔn)備，可以在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)本說明書中描述的主題內(nèi)容 的實(shí)施方式，計(jì)算機(jī)具有用于向用戶顯示信息的顯示設(shè)備，例如CRT(陰極射線管)或者 LCD(液晶顯示)顯示器、鍵盤和定點(diǎn)設(shè)備，例如鼠標(biāo)或者跟蹤球，通過鍵盤和定點(diǎn)設(shè)備用戶 可以向計(jì)算機(jī)提供輸入。也可以使用其它類型的設(shè)備來為與用戶的交互做準(zhǔn)備，例如，可以 以包括聲音輸入、語音輸入或者觸摸輸入在內(nèi)的任何形式接收來自用戶的輸入。
可以在計(jì)算系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)在本說明書中描述的主題內(nèi)容的實(shí)施方式，計(jì)算系統(tǒng)包括 后端組件，例如作為數(shù)據(jù)服務(wù)器，或者包括中間件組件，例如應(yīng)用施加服務(wù)器，或者包括前 端組件，例如具有圖形用戶接口或者網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的用戶計(jì)算機(jī)，通過用戶計(jì)算機(jī)用戶能與 在本說明書中描述的主題內(nèi)容的實(shí)現(xiàn)交互，或者包括這樣的后端組件、中間件組件或者前 端組件中的一種或多種的任何組合。通過任何形式的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信，例如通信網(wǎng)絡(luò)或者數(shù) 字?jǐn)?shù)據(jù)通信介質(zhì)可以互連系統(tǒng)的組件。通信網(wǎng)絡(luò)的例子包括局域網(wǎng)("LAN")和廣域網(wǎng) ("WAN")，例如互聯(lián)網(wǎng)。 計(jì)算系統(tǒng)包括客戶端和服務(wù)器?？蛻舳撕头?wù)器通常彼此遠(yuǎn)離，并且通常通過通信網(wǎng)絡(luò)相互通信。由于在各自的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的并且彼此具有客戶端_服務(wù)器關(guān)系的計(jì)算 機(jī)程序，產(chǎn)生客戶端和服務(wù)器關(guān)系。 盡管本說明書包含許多細(xì)節(jié)，不應(yīng)當(dāng)將這些細(xì)節(jié)解釋為對(duì)任何發(fā)明的范圍或者請(qǐng) 求保護(hù)內(nèi)容范圍的限制，而是作為對(duì)特定發(fā)明的具體實(shí)施例的特定特征的描述。也可以在 單個(gè)實(shí)施方式中共同實(shí)現(xiàn)在單獨(dú)的實(shí)施方式的情況下在本說明書中描述的某些特征。相反 地，也可以在多個(gè)實(shí)施方式中分別地實(shí)現(xiàn)或者在任何適合的子組合中實(shí)現(xiàn)在單個(gè)實(shí)施方式 的情況下描述的多個(gè)特征。此外，雖然在某些組合中上面將特征描述為行為并且甚至就特 征本身最初地聲明了特征，可以在某些情況下將來自聲明的組合的一項(xiàng)或多項(xiàng)特征從組合 中刪除，并且可以將所聲明的組合用于子組合或者子組合的變形。 類似地，盡管以特定的次序在圖中描繪了操作，不應(yīng)當(dāng)將這種描繪理解為要求以 示出的特定次序或者以順序的次序執(zhí)行這樣的操作，或者要求執(zhí)行所有說明的操作，以實(shí) 現(xiàn)希望的結(jié)果。 僅描述了一些實(shí)施方式和實(shí)例，并且可以根據(jù)在本申請(qǐng)中描述和說明的內(nèi)容進(jìn)行 其它實(shí)施、增強(qiáng)和變化。例如，實(shí)施方式不限于Mo-CAA復(fù)合物，其它重金屬和配體是可以 的。此外，可以改變吸附溶伏安法的記錄方案(例如，0.50V的富集電位的幅度；施加富集 電位的持續(xù)時(shí)間；攪拌或者沒有攪拌；電位掃描的幅度；跨步電勢的幅度；施加電位的頻率 等)。
1權(quán)利要求
方法，包括向緩沖溶液施加電壓，所述緩沖溶液含有金屬復(fù)合物并且沒有待檢測的無機(jī)物；在不存在所述無機(jī)物的情況下，測量與所述金屬復(fù)合物相關(guān)的第一電流；將所述無機(jī)物添加到所述緩沖溶液中；在存在所添加的無機(jī)物的情況下，測量與所述金屬復(fù)合物相關(guān)的第二電流；以及獲得所述第一電流和所述第二電流之間的差值，以識(shí)別在所述緩沖溶液中所添加的無機(jī)物的濃度。
2. 如權(quán)利要求l的所述方法，其中，測量所述第一電流和所述第二電流包括施加由掃 描電位跟隨的富集電位。
3. 如權(quán)利要求2的所述方法，其中，所述施加富集電位包括施加包括0.5伏特幅度的富 集電位。
4. 如權(quán)利要求2的所述方法，其中，所述施加富集電位包括在包括60秒的時(shí)間段施加 富集電位。
5. 如權(quán)利要求2的所述方法，其中，施加掃描電位包括施加具有25毫伏幅度、4毫伏跨 步電勢和25赫茲頻率中至少之一的掃描電位。
6. 如權(quán)利要求1的所述方法，其中，施加電壓包括對(duì)含有金屬復(fù)合物的緩沖溶液施加 電壓，所述金屬復(fù)合物包含鉬_氯冉酸鹽復(fù)合物。
7. 如權(quán)利要求l的所述方法，其中，測量所述第一電流和所述第二電流包括使用含有 鉍、金、碳或汞中至少之一的工作電極。
8. 如權(quán)利要求7的所述方法，其中，使用工作電極測量所述第一電流和所述第二電流 包括包括使用絲網(wǎng)印刷電極。
9. 如權(quán)利要求1的所述方法，其中，添加無機(jī)物包括添加二氧化硅物質(zhì)。
10. 如權(quán)利要求l的所述方法，其中，測量所述第一電流和所述第二電流包括測量伏安 信號(hào)。
11. 如權(quán)利要求10的所述方法，其中，測量所述伏安信號(hào)包括使用溶出伏安計(jì)。
12. 如權(quán)利要求ll的所述方法，其中，使用溶出伏安計(jì)測量所述伏安信號(hào)包括使用一 次性的溶出伏安計(jì)。
13. 系統(tǒng)，包括檢測裝置，所述檢測裝置包括容器，配置為在所述容器中至少部分地盛放溶液，所述溶液含有金屬復(fù)合物；禾口 導(dǎo)電元件，其至少部分浸入所述溶液中，其中，所述容器、所述溶液和所述導(dǎo)電元件配 置為測量第一電流和第二電流，所述第一電流對(duì)應(yīng)于在不存在無機(jī)物的情況下的所述金屬 復(fù)合物，第二電流對(duì)應(yīng)于在存在無機(jī)物的情況下的所述金屬復(fù)合物；以及 數(shù)據(jù)處理裝置，所述數(shù)據(jù)處理裝置配置為 從所述檢測裝置接收所測量的第一電流和第二電流；以及 獲得所述第一電流和所述第二電流之間的差值，以識(shí)別所述無機(jī)物的濃度。
14. 如權(quán)利要求13的所述系統(tǒng)，其中，將所述檢測裝置配置為測量對(duì)應(yīng)于金屬復(fù)合物 的所述第一電流和所述第二電流，所述金屬復(fù)合物包含鉬_氯冉酸鹽復(fù)合物。
15. 如權(quán)利要求13的所述系統(tǒng)，其中，將所述檢測裝置配置為在存在包括二氧化硅物質(zhì)的無機(jī)物的情況下測量對(duì)應(yīng)于所述金屬復(fù)合物的所述第二電流。
16. 如權(quán)利要求13的所述系統(tǒng)，其中，所述導(dǎo)電元件包括鉍、金、碳或滎中至少之一。
17. 如權(quán)利要求13的所述系統(tǒng)，其中，所述導(dǎo)電元件包括絲網(wǎng)印刷電極。
18. 如權(quán)利要求13的所述系統(tǒng)，其中，將所述檢測裝置配置為溶出伏安計(jì)。
19. 如權(quán)利要求18的所述系統(tǒng)，其中，所述溶出伏安計(jì)包括一次性的溶出伏安計(jì)。
20. 如權(quán)利要求13的所述系統(tǒng)，其中，所述檢測裝置配置為通過施加由掃描電位跟隨 的富集電位來測量所述第一電流和所述第二電流。
21. 方法，包括在不存在目標(biāo)非電活性材料的情況下，檢測電活性材料的第一電活性； 在存在所述目標(biāo)非電活性材料的情況下，檢測所述電活性材料的第二電活性； 獲得所述第一電活性和所述第二電活性之間的差值；以及 根據(jù)所獲得的差值，識(shí)別所述目標(biāo)非電活性材料的濃度。
22. 如權(quán)利要求21的所述方法，其中，檢測所述第一電活性和所述第二電活性包括施 加由掃描電位跟隨的富集電位。
23. 如權(quán)利要求21的所述方法，其中，所述檢測所述第一電活性和所述第二電活性包 括檢測緩沖溶液中金屬復(fù)合物的所述第一電活性和所述第二電活性。
24. 如權(quán)利要求21的所述方法，其中，所述識(shí)別所述目標(biāo)非電活性材料的濃度包括識(shí) 別目標(biāo)二氧化硅物質(zhì)的濃度。
全文摘要
用于使用電化學(xué)檢測來測量液體中非電活性材料的系統(tǒng)和裝置。在不存在目標(biāo)非電活性材料的情況下，檢測電活性材料的第一電活性(步驟120)。在存在目標(biāo)非電活性材料的情況下，檢測電活性材料的第二電活性(步驟130)。獲得第一電活性和第二電活性之間的差值，并且根據(jù)所獲得的差值，識(shí)別目標(biāo)非電活性材料的濃度(步驟140)。
文檔編號(hào)G01N27/42GK101765767SQ200780053577
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2007年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月29日
發(fā)明者史蒂芬·馬比克, 塞利娜·勒尼尼文, 約瑟夫·王, 阿瑞斯托特里斯·蒂米特拉克寶羅斯 申請(qǐng)人:代表亞利桑那大學(xué)的亞利桑那校董會(huì);米利波爾公司