发明内容

除了其它目的，本发明的一个目的是提供离子选择性电极电池以及制备用于离子选择性电极电池的离子选择性电极(ISE)的方法，其至少部分地消除或减轻现有技术中的至少一些缺点，无论是在本文还是在其它地方指出的缺点。比如，本发明的实施例的目的是提供一种具有更快响应时间、准确度、精度和/或再现性的离子选择性电极电池。比如，本发明的实施例的目的是提供一种制备用于离子选择性电极电池的离子选择性电极(ISE)的方法，该方法减少制造复杂度和/或时间和/或可以原位执行。

第一方面提供了一种制备用于离子选择性电极电池的离子选择性电极(ISE)的方法，离子选择性电极电池包括ISE和参比电极(reference electrode，RE)，方法包括以下步骤：

将ISE和第二电极暴露于包括离子的溶液；

跨ISE和第二电极施加第一组电位差(potential difference，PD)中的具有极性的第一PD；以及

跨ISE和第二电极施加第二组电位差(PD)中的具有相反极性的第一PD。

第二方面提供了一种使用离子选择性电极电池确定溶液中离子的存在性的方法，离子选择性电极电池包括离子选择性电极(ISE)和参比电极(RE)，方法包括步骤：

使用溶液制备根据第一方面的ISE；以及

使用包括所制备的ISE的离子选择性电极电池，优选地在完成制备ISE的步骤的300s内，例如通过电位计的方式、通过电流计的方式和/或通过阻抗测定，来确定溶液中的离子的存在性。

第三方面提供了一种根据第一方面的方法制备的离子选择性电极(ISE)。

第四方面提供了一种离子选择性电极电池，其包括根据第三方面的离子选择性电极(ISE)和参比电极(RE)。

第五方面提供了一种用于制备用于离子选择性电极电池的离子选择性电极(ISE)的设备，离子选择性电极电池包括ISE和参比电极(RE)，其中，设备被配置成：

跨ISE和第二电极施加第一组电位差(PD)中的具有极性的第一PD；并且

跨ISE和第二电极施加第二组电位差(PD)中的具有相反极性的第一PD。

第六方面提供了一种离子选择性电极电池组件或用于离子选择性电极电池组件的套件，包括：

离子选择性电极电池，其包括离子选择性电极(ISE)和参比电极(RE)；和

根据第五方面的设备。

第七方面提供了一种使用原位相反极性来调节离子选择性电极ISE的用途。

本发明的详细描述

根据本发明，提供了一种制备用于离子选择性电极电池的离子选择性电极ISE的方法，如所附权利要求中阐述的。还提供了确定溶液中离子的存在性的方法、离子选择性电极电池、用于制备用于离子选择性电极电池的离子选择性电极ISE的设备、离子选择性电极电池组件、用于离子选择性电极电池组件的套件、以及使用原位相反极性来调节ISE的用途。本发明的其它特征将根据从属权利要求和下面的描述中变得清楚。

制备用于离子选择性电极电池的离子选择性电极ISE的方法

第一方面提供了一种制备用于离子选择性电极电池的离子选择性电极(ISE)的方法，离子选择性电极电池包括ISE和参比电极(RE)，该方法包括步骤：

将ISE和第二电极暴露于包括离子的溶液；

跨ISE和第二电极施加第一组电位差(PD)中的具有极性的第一PD；以及

跨ISE和第二电极施加第二组电位差(PD)中的具有相反极性的第一PD。

这样，与如前所述和如下面进一步详述的常规调节ISE相比，包括所制备的ISE的离子选择性电极电池的响应时间得到改善(例如减少)，同时还消除了常规的调节。应当理解，响应时间是使用可测量的离子选择性电极电池进行测量之前的时间，例如当可获得或获得稳定的信号时，例如与溶液中离子浓度有关的电位计测量、电流计测量和/或阻抗测量。即，该方法涉及：刚好在测量离子浓度之前，通常在例如几秒的较短持续时间内在ISE上施加电压脉冲(即，具有相反极性的第一PD和第二PD)。这允许ISE几乎立即达到稳态、电平衡和电极表面润湿，这产生了几秒内的稳定信号和在临床相关范围内的改进的传感器线性度。

通过消除常规的调节，可以快速制备包括所制造的(即，干燥的)ISE的所制造的离子选择性电极电池以用于测量(即离子存在性的确定)。这简化了离子选择性电极电池的分析方案，这使得这些分析方案能够更容易和/或广泛地部署，例如用于POC或现场应用。由于可以不需要对延长浸泡的鲁棒性，因此可以降低离子选择性电极电池的制造成本和/或复杂度，这允许例如为离子选择性电极电池选择更成本有效但更低电阻的基材。另外，避免了具有相对短的保存期限(即，保质期)的预调节(即，预浸泡)的离子选择性电极电池。通过由此改进包括所制备的ISE的离子选择性电极电池的响应时间，可以更快地执行溶液中离子存在性的定量和/或定性确定，这允许更高的效率和/或生产量，同时提供更响应的结果。这对于待分析的时间关键或时间敏感样品是重要的，例如当监测反应时或当进行中的反应随着时间的推移越来越多地抑制或干扰分析时。例如，血液的凝结和/或干燥抑制或干扰其中的感兴趣离子的分析。

进一步地，与如前所述的调节离子选择性电极电池的常规方法相比，可以提高测量(即，离子存在性的确定)的准确度、精度和/或再现性。特别地，根据第一方面的制备离子选择性电极电池的方法增强了能斯特响应和/或改善了ISE的线性。另外，由于包括所制备的ISE的离子选择性电极电池的响应时间得到改善，因此可以在信号稳定的同时进行更多的测量，由此改善例如测量的相对标准偏差(relative standard deviation，RSD)。

此外，根据第一方面的制备离子选择性电极电池的方法可以原位执行。即，可以使用待分析的样品制备离子选择性电极电池，其中，待分析的样品提供包括离子的溶液，使得使用相同的溶液执行在其中制备ISE和使用离子选择性电极电池测量其中的离子。因此，例如，可以连续地执行制备和测量。例如，离子选择性电极电池可以浸入待分析的样品中，例如液体、悬浮液、浆液或润湿的颗粒，在其中制备离子选择性电极电池，随后确定样品中离子的存在性。例如，可以将一定量的待分析样品沉积在离子选择性电极电池上，用其制备离子选择性电极电池，随后确定样品中离子的存在性。以示例的方式，为了分析血液样品中的K⁺，可以根据第一方面的方法使用血液制备离子选择性电极电池，随后例如立即确定血液中K⁺的存在性。这样，简化了血液样品中K⁺的分析，使得该分析可以在POC时例如由患者进行。

另外，由于跨ISE和第二电极施加了相反极性的电位差，因此降低了例如溶液-膜界面处的离子的浓度极化。特别地，如果相反极性电位差具有相等的幅值和/或持续时间，则预期离子的浓度极化较低或没有。

应当理解，通过跨ISE和第二电极施加电位差，例如第一组PD中的第一PD和/或第二组PD中的第一PD，在它们之间提供例如感应的电流，该电流具有根据所施加的电位差的极性的方向。

因此，根据第一方面的方法可以等同地和/或类似地描述为一种制备用于离子选择性电极电池的离子选择性电极(ISE)的方法，离子选择性电极电池包括ISE和参比电极(RE)，方法包括以下步骤：

将ISE和第二电极暴露于包括离子的溶液；

在ISE与第二电极之间提供第一组电流中的具有方向的第一电流；以及

在ISE与第二电极之间提供第二组电流中的具有相反方向的第一电流。

ISE

国际理论和应用化学联合会(International Union of Pure and AppliedChemistry，IUPAC)金皮书定义了基于作为识别元件的薄膜或选择性膜的作为电化学传感器的离子选择性电极(也称为工作电极(working electrode，WE))、以及相当于第零(在氧化还原电解质中的惰性金属)、第1、第2和第3类的其它半电池的电化学半电池。这些设备与涉及氧化还原反应的系统(第零、第1、第2和第3类电极)不同，尽管它们通常包含第2类电极作为“内”或“内部”参比电极。电位差响应具有与跨过相界的选择性渗透质量传递(通过离子交换、溶剂萃取或一些其它机制)相关联的吉布斯(Gibbs)能变化作为其主要分量。离子选择性电极必须与参比电极(即“外”或“外部”参比电极)结合使用，以形成完整的电化学电池。所测量的电位差(离子选择性电极对外参比电极电位)线性依赖于溶液中给定离子的活性的对数。注释：不推荐术语“离子专性电极”。术语“专性”意味着电极不响应于另外的离子。由于没有电极是真正专性于一种离子的，因此更适当地推荐术语“离子选择性”。“选择性离子敏感电极”是描述离子选择性电极的少量使用的术语。“主要”或“初级”离子是电极被设计为测量的那些离子。从来不能确定最灵敏地测量“主要”离子，例如硝酸根离子选择性电极。

IUPAC金皮书将离子选择性电极电池定义为离子选择性电极连同参比电极。通常，电池包含两个参比电极(内部和外部)以及薄膜或膜识别-换能元件。然而，除了这种常规类型的电池(在膜的两侧上溶液接触)之外，还存在与膜的一侧线接触的电池布置(所有固态和被复线类型)。

应当理解，根据这些IUPAC金皮书的定义，ISE因此是离子选择性电极，RE是参比电极。

在离子选择性电极中使用的离子选择性膜有四种主要类型：玻璃、固态、液基和复合电极。在一个示例中，ISE包括和/或是玻璃膜ISE、固态ISE、液基ISE或复合电极ISE。

玻璃膜通常由离子交换型玻璃(硅酸盐或硫族化物)制成，但通常适用于一些单电荷阳离子，例如H⁺、Na⁺和Ag⁺。硫族化物玻璃还对双电荷金属离子(例如Pb²⁺和Cd²⁺)具有选择性。

晶体膜由单一物质的单晶或多晶制成，并赋予ISE良好的选择性，因为只有能将其自身引入晶体结构的离子才可能干扰电极响应。

离子交换树脂膜基于包括特定离子交换物质(树脂)的有机聚合物膜。使用离子交换树脂膜的ISE被广泛使用，包括用于阴离子的分析。使用特定的树脂允许制备用于数十种不同离子的ISE，单原子或多原子离子均可。然而，这种ISE往往具有低的化学和物理耐久性以及“存活时间”。已经专门针对各种碱金属离子(Li⁺、Na⁺、K⁺、Rb⁺和Cs⁺)开发了碱金属ISE。各碱金属离子被包封在分子空穴中，空穴的尺寸设计为与离子匹配。例如，包括例如缬氨霉素或钾离子载体III的离子载体的聚合物基膜可用于确定K⁺。已经专门针对各种碱金属离子(Be²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺和Ba²⁺)开发了碱土金属ISE。各碱金属离子被包封在分子空穴中，空穴的尺寸设计为与离子匹配。例如，包括例如镁离子载体I的离子载体的聚合物基膜可以用于确定Mg²⁺，或包括例如钙离子载体IV的离子载体的聚合物基膜可以用于确定Ca²⁺。

酶电极不是真正的离子选择性电极，但通常被认为在离子专性电极主题内。这种电极的特征在于双重反应机制，其中，酶与特定物质反应，并且该反应的产物(通常为H⁺或OH^-)通过真正的ISE(例如pH选择性电极)检测。示例是葡萄糖选择性电极。

在一个示例中，ISE包括选自包括以下各项的组的膜：玻璃膜、晶体膜和离子交换膜，例如聚合物基膜。

制备离子选择性电极

该方法是制备离子选择性电极电池，其中，离子选择性电极电池包括ISE和RE。应当理解，该方法是制备用于电位计、电流计和/或阻抗测量的ISE。特别地，制备ISE的方法可以被认为或称为调节、预调节或处理ISE的方法，然而这种调节与常规调节形成对比，如本文所述的。

离子选择性电极电池

在一个示例中，离子选择性电极电池包括：ISE和RE，其设置在基材上，如下所述；以及各自的迹线，其用于将ISE和RE电联接到电路，例如电位计电路(例如包括电位计)和/或电流计电路(也称为安培计电路)，例如由ISE提供。因此，应当理解，离子选择性电极电池不包括电位计电路(例如包括电位计)和/或电流计电路。这样，可以降低离子选择性电极电池的成本和/或复杂度，使得离子选择性电极电池可以是单次使用(即，一次性)的离子选择性电极电池，其可电联接到例如由根据第五方面的设备提供的电位计电路和/或电流计电路。双电极离子选择性电极电池(即包括ISE和RE)可以用于电位计测量。在一个示例中，离子选择性电极电池包括对电极(counter electrode，CE)(也称为辅助电极(auxiliaryelectrode，AE))。三电极离子选择性电极电池(即包括ISE、RE和CE)可以用于电位计和/或电流计测量。在一个示例中，离子选择性电极电池是包括ISE和RE的双电极离子选择性电极电池。在一个示例中，离子选择性电极电池是包括ISE、RE和对电极CE的三电极离子选择性电极电池。在一个示例中，第二电极是RE或CE。在一个优选示例中，离子选择性电极电池是包括ISE、RE和对电极CE的三电极离子选择性电极电池，其中，第二电极是CE。

能斯特响应

通常，离子选择性电极ISE是将溶液中的特定离子的离子活度转换成电气响应(例如电位)的换能器(也称为传感器)。根据能斯特方程，电位理论上取决于离子活度的对数：

其中，

E是预期的电位；

E⁰是标准电位；

R是通用气体常数；

T是绝对温度；

Z_I是离子(也称为感兴趣的离子或初级离子)上的电荷；

F是法拉第常数；以及

a_I是溶液中离子的活度。

因此，如果离子活度a_I的x10变化分别对于单价和二价离子导致电位E的约60mV或30mV变化，则ISE表现出能斯特响应。相反，当离子活度a_I的x10变化导致电位E的显著较大变化时，ISE表现出超能斯特响应，例如对于单价离子超过60mV、120mV、240mV或甚至700mV。

通常，离子活度a_I是在以下意义上的混合物中离子的“有效浓度”的量度：离子的化学势以与其依赖于理想溶液的浓度相同的方式依赖于实际溶液的活度。然而，实际中通常使用离子的浓度，而不是离子的活度a_I。

聚合物基ISE通常包括：离子载体，其通过与感兴趣离子形成稳定的络合物而赋予膜选择性；离子交换剂，其提供电中性并确保选择渗透性；和聚合物基体，其向膜提供支撑和机械功能。现在，由相界电位E_PB决定聚合物基ISE响应：

其中，

a_I，aq是离子在水相中的活度；并且

a_I，org是离子在有机相中的活度。

为了表现出能斯特响应，在有机相的大部分中的离子的活度a_I，org必须保持恒定并且独立于样品。因此，在这种情况下，E_PB可以简化为能斯特方程：

常规上，聚合物基ISE必须暴露于感兴趣离子，以允许离子载体螯合感兴趣离子。这种众所周知的常规过程被称为调节，涉及在可以耗费12至72小时的过程中将ISE暴露于溶液中高浓度的感兴趣离子。在此期间，膜变得水合，并且理想地通过离子交换过程达到平衡，在离子交换过程中，来自溶液的感兴趣的离子理想地完全替代膜中具有相同电荷的离子。对于阳离子选择性膜，该常规调节的已建立的平衡过程可由下式表示：

其中，

L是与感兴趣离子I^z+形成离子-离子载体络合物的配体，化学计量为n；并且

是离子交换剂，由亲脂阴离子R^-和阳离子M⁺组成。

阳离子M⁺将分到水相并与感兴趣的离子I^z+交换。亲脂性阴离子R^-将保留在膜中，以保持电中性并允许选择渗透性。这种长时间的调节有效地阻止了这些聚合物基ISE的实际和高效应用。

丝网印刷电极

在一个示例中，ISE和/或RE是丝网印刷电极(screen-printed electrode，SPE)，例如丝网印刷在由聚合材料形成的基材上，聚合材料例如为聚酯(Polyester，PE)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、陶瓷或纸。其它基材是已知的。通常，丝网印刷以可再现、低成本和一次性的形式提供SPE的制造，同时允许容易地结合化学官能化的材料。丝网印刷工艺具有三个优于常规电极制造方法的主要优点：电极面积、电极厚度和电极组成容易控制；通过重复电极提供实验结果的统计验证；以及催化剂可以加入到丝网印刷墨液(浆料)。然而，丝网印刷通常限于平面基材。

在一个示例中，ISE至少部分地包括碳、金和/或铂和/或由其形成。优选地，ISE至少部分地包括碳和/或由碳形成，例如通过将碳墨丝网印刷到基材上而形成。

在一个示例中，ISE包括离子选择性涂层，例如覆盖碳、金和/或铂。在一个示例中，离子选择性涂层包括提供基体的聚合膜，例如基于中性载体的溶剂聚合膜，例如基于增塑的聚氯乙烯(Poly(vinyl chloride)，PVC)、聚氨酯或UV可固化树脂(例如具有丙烯酸单体的PU丙烯酸酯)，其中包括离子载体，例如缬氨霉素、钾离子载体III、镁离子载体I或钙离子载体IV。

在一个优选示例中，ISE包括碳和覆盖在碳上的离子选择性涂层，其中，离子选择性涂层包括提供基体的聚合膜，例如基于中性载体的溶剂聚合膜，例如基于增塑的聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯或UV可固化树脂(例如具有丙烯酸单体的PU丙烯酸酯)，其中包括离子载体，例如缬氨霉素、钾离子载体III、镁离子载体I或钙离子载体IV。

在一个示例中，RE包括和/或是Ag或Ag/AgCl参比电极。在一个优选示例中，RE是Ag/AgCl参比电极，例如，通过将Ag/AgCl墨丝网印刷到基材上而提供。在一个示例中，RE包括和/或是固态RE，例如基于掺杂的共轭和氧化还原聚合物、聚合物复合材料和/或聚合物电解质，例如聚吡咯、聚胺和/或聚噻吩的衍生物。在一个示例中，RE包括和/或是掺杂有聚(苯乙烯磺酸盐)(Poly(styrenesulfonate)，PSS)参比电极的聚(3，4-乙烯二氧噻吩)(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)，PEDOT)。其它RE是已知的，包括金属和/或碳RE，例如饱和甘汞电极、铜-硫酸铜(II)电极、钯-氢电极和汞-硫酸亚汞电极。

在一个示例中，离子选择性电极电池包括对电极(CE)。在一个示例中，CE至少部分地包括碳、金和/或铂和/或由其形成，如关于ISE描述的。在一个优选示例中，CE至少部分地包括碳和/或由碳形成，例如通过将碳墨丝网印刷到基材上而形成，如关于ISE描述的。在一个示例中，CE是未涂布的(即与ISE相反)。

暴露

方法包括：将ISE和第二电极暴露于包括离子的溶液。应当理解，将ISE和第二电极暴露于包括离子的溶液包括经由包括离子的溶液电联接ISE和第二电极。例如，包括离子的溶液可以润湿ISE、第二电极以及它们之间。例如，包括离子的溶液，例如液滴或其层，可以从ISE延伸到第二电极。例如，ISE和第二电极可以浸入包含离子的溶液中。

在一个示例中，将ISE和第二电极暴露于包括离子的溶液包括经由包括离子的溶液电联接(例如电子地、离子地、阳离子地和/或阴离子地)ISE和第二电极。在一个示例中，将ISE和第二电极暴露于包括离子的溶液包括和/或通过将ISE和第二电极与包括离子的溶液接触，例如润湿。在一个示例中，将ISE和第二电极暴露于包括离子的溶液包括和/或通过将包括离子的溶液，例如液滴或其层，从ISE向第二电极沉积到离子选择性电极电池上。在一个示例中，将ISE和第二电极暴露于包括离子的溶液包括和/或通过将ISE和第二电极浸入包括离子的溶液中。

在一个示例中，离子选择性电极电池包括CE，并且方法包括：将CE暴露于包括离子的溶液，如关于ISE和/或RE描述的。在一个优选示例中，第二电极是CE。

离子

在一个示例中，离子是单价离子，例如单价阳离子或单价阴离子。在一个示例中，离子是碱金属阳离子，例如Li⁺、Na⁺、K⁺、Rb⁺或Cs⁺。在一个示例中，离子是碱土金属阳离子，例如Be²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺或Ra²⁺。在一个示例中，离子是过渡金属阳离子(例如Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu或Zn的阳离子)或第二行过渡金属阳离子(例如Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag或Cd的阳离子)或重金属阳离子(例如Pb的阳离子)。

在一个示例中，离子是单价阴离子(例如F^-、Cl^-、Br、I^-、CN^-、NO₃ ^-或HCO₃ ^-)、二价阴离子(例如HPO₄ ^2-、S^2-或SO₄ ^2-)或三价阴离子(例如PO₄ ^3-)。NO₃ ^-、PO₄ ^3-和/或K⁺通常针对土壤测试而测量，因为这些常量营养素对于植物生长是重要的。例如Mg²⁺、Cu²⁺和/或Zn²⁺的微量营养素也可以针对土壤测试而测量。

溶液

在一个示例中，溶液是水溶液。在一个示例中，溶液是悬浮液、浆液或混合物的一部分。在一个示例中，溶液是样品，例如环境化学、食品研究、生物医学、生物化学或生物物理样品。在一个示例中，溶液由生物流体提供，生物流体例如为血液、全血、血浆、血清、尿液、粘液、唾液和/或汗液。

第一组PD中的第一PD

方法包括：跨ISE和第二电极施加第一组PD中的具有极性的第一PD。应当理解，ISE和RE暴露于包括离子的溶液，同时跨ISE和第二电极施加第一组PD中的具有极性的第一PD，其中，ISE和RE经由包括离子的溶液电联接。

在一个示例中，第一组PD中的第一PD包括波形的一部分，例如正部分或负部分，波形例如为单向、双向、周期、非周期、对称、非对称、简单和/或复杂波形，例如正弦波形、矩形波形、方波形、脉冲波形、斜坡波形、锯齿波形和/或三角波形。其它波形是已知的。在一个示例中，第一组PD包括M个PD，该M个PD包括第一PD，其中，M是至少为1的自然数，例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000或更大。第一组PD中的M个PD可以如关于第一组PD中的第一PD所描述的那样。替代性地，第一组PD中的M个PD可以具有相互不同的幅值和/或持续时间。

第二组PD中的第一PD

方法包括：跨ISE和第二电极施加第二组PD中的具有相反极性的第一PD。

应当理解，ISE和第二电极暴露于包括离子的溶液，同时跨ISE和第二电极施加第二组PD中的具有极性的第一PD，其中，ISE和第二电极经由包括离子的溶液电联接。

应当理解，第二组PD中的第一PD的相反极性因此与第一组PD中的第一PD的极性相反。例如，如果第一组PD中的第一PD的极性为正，则第二组PD中的第一PD的相反极性因此为负。相反，如果第一组PD中的第一PD的极性为负，则第二组PD中的第一PD的相反极性因此为正。换言之，该方法包括：跨ISE和第二电极施加具有相反极性的PD。

在一个示例中，第二组PD中的第一PD包括波形的一部分，例如正部分或负部分，波形例如为单向、双向、周期、非周期、对称、非对称、简单和/或复杂波形，例如正弦波形、矩形波形、方波形、脉冲波形、斜坡波形、锯齿波形和/或三角波形。其它波形是已知的。在一个示例中，第二组PD包括N个PD，该N个PD包括第一PD，其中，N是至少为1的自然数，例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000或更大。第二组PD中的N个PD可以如关于第二组PD中的第一PD所描述的那样。替代性地，第二组PD中的N个PD可以具有相互不同的幅值和/或持续时间。

应当理解，跨ISE和第二电极施加第二组PD中的具有相反极性的第一PD的步骤可以在跨ISE和第二电极施加第一组PD中的具有极性的第一PD的步骤之前和/或之后执行。例如，可以跨ISE和第二电极施加正电压，随后跨ISE和第二电极施加负电压，反之亦然。

在一个示例中，方法包括：施加第一组PD中的第一PD和第二组PD中的第一PD，以提供双向、对称或非对称的矩形波形或方波形，优选地是双向、非对称的矩形波形。

在一个示例中，第一组PD包括M个PD，该M个PD包括其第一PD，和/或其中，第二组PD包括N个PD，该N个PD包括其第一PD，其中，M和N是至少为1的自然数，并且其中，M+N大于或等于3，其中，方法包括：交替地施加第一组PD中的至少一个PD和施加第二组PD中的至少一个PD。换言之，第一组PD和第二组PD的相应PD可以交替地施加。

在一个示例中，方法包括：交替施加第一组PD中的M个PD和第二组PD中的N个PD，以提供双向、对称或非对称的矩形波或方波，优选地是双向、非对称的矩形波形。

在一个示例中，第一组PD中的第一PD是恒定的和/或第二组PD中的第一PD是恒定的。

在一个示例中，施加第一组PD中的第一PD和/或第二组PD中的第一PD至少部分地包括发起进入和/或离开ISE的离子通量。不希望受任何理论的约束，第一组PD中的第一PD和/或第二组PD中的第一PD的幅值应足够大，以发起进入膜中的离子通量，使得膜可被电预调节且在较大程度上变得可被离子接近。应当理解，发起进入和/或离开ISE的离子通量取决于极性以及离子是阴离子还是阳离子。

在一个示例中，施加第一组PD中的第一PD和/或第二组PD中的第一PD包括施加第一组PD中的具有至多ISE的损坏阈值的幅值的第一PD。不希望受任何理论的约束，虽然第一组PD和/或第二组PD中的第一PD的幅值应足够大以发起离子通量，如上所述，但第一组PD和/或第二组PD中的第一PD的幅值不应大到损坏膜，例如其表面。

在一个示例中，施加第二组PD中的第一PD和/或第一组PD中的第一PD包括至少部分地去除ISE的多余表面电荷。不希望受任何理论的约束，该步骤可以去除过多的表面电荷(例如由膜和溶液的双层产生的放电电容器产生的表面电荷)，和/或使电气响应测量期间的电位漂移最小化，电气响应测量例如为电位(例如开路电位(open circuit potential，OCP)(即电位计)测量、电流测量和/或阻抗测量。

在一个示例中，施加第二组PD中的第一PD和/或第一组PD中的第一PD包括施加第二组PD中的第一PD和/或第一组PD中的第一PD，该第一PD具有在ER/8到8xER的范围内、优选在ER/4到4xER的范围内、更优选在ER/2到2xER的范围内、更优选在3xER/4到5xER/4的范围内、最优选在7xER/8到9xER/8的范围内的幅值，其中，ER是至少部分地由于离子引起的离子选择性电极电池的电气响应ER。在一个示例中，施加第二组PD中的第一PD和/或第一组PD中的第一PD包括施加第二组PD中的第一PD和/或第一组PD中的第一PD，该第一PD具有在OCP/8到8xOCP的范围内、优选在OCP/4到4xOCP的范围内、更优选在OCP/2到2xOCP的范围内、更优选在3xOCP/4到5xOCP/4的范围内、最优选在7xOCP/8到9xOCP/8的范围内的幅值，其中，OCP是至少部分地由于离子引起的ISE与RE之间的开路电位OCP。例如，如果预期的OCP是200rnV，则第一组PD中的第一PD和/或第二组PD中的第一PD的幅值可在25mV到1600mV的范围内，优选在50mV到800mV的范围内，更优选在100mV到200mV的范围内，甚至更优选在150mV到250mV的范围内，最优选在175mV到225mV的范围内。不希望受任何理论的约束，第一组PD中的第一PD和/或第二组PD中的第一PD的幅值优选尽可能接近电气响应，例如OCP，以便避免膜附近的干扰离子平衡，该干扰离子平衡在电气响应(例如OCP)测量期间可能发起不希望的电位漂移。在一个示例中，施加第二组PD中的第一PD和/或第一组PD中的第一PD包括施加第二组PD中的第一PD和/或第一组PD中的第一PD，该第一PD具有在0.1mV到5000mV的范围内、优选在1mV到1000mV的范围内、更优选在10mV到750mV的范围内、更优选在50mV到500mV的范围内、最优选在100mV到250mV的范围内的幅值。在一个示例中，至少部分地根据溶液来确定第二组PD中的第一PD和/或第一组PD中的第一PD的最大幅值，例如以便减少和/或避免溶液中包括的溶剂的氧化和/或还原。例如，对于水溶液，最大幅值可对应于-1.23V对Ag/AgCl的水电解池在25℃、pH 0下的标准电位。

在一个示例中，施加第一组PD中的第一PD包括在持续时间内施加第一组PD中的第一PD，该持续时间在1μs至100s、10μs至100s、100μs至100s、1ms至100s的范围内，优选地在1μs至10s、10μs至10s、100μs至10s、1ms至10s、100ms至10s的范围内，更优选地在1μs至5s、10μs至5s、100μs至5s、1ms至5s、10ms至5s、100ms至5s、1s至5s的范围内，例如3s；和/或

施加第二组PD中的第一PD包括在持续时间内施加第二组PD中的第一PD，该持续时间在1μs至100s、10μs至100s、100μs至100s、1ms至100s的范围内，优选地在1μs至10s、10μs至10s、100μs至10s、1ms至10s、100ms至10s的范围内，更优选地在1μs至5s、10μs至5s、100μs至5s、1ms至5s、10ms至5s、100ms至5s、1s至5s的范围内，例如3s。

在一个示例中，施加第二组PD中的第一PD包括在施加第一组PD中的第一PD之后的一个时段内施加第二组PD中的第一PD，其中，该时段在0ms至100s、1μs至100s、10μs至100s、100μs至100s、1ms至100s的范围内，优选地在1μs至10s、10μs至10s、100μs至10s、1ms至10s、100ms至10s的范围内，更优选地在1μs至5s、10μs至5s、100μs至5s、1ms至5s、10ms至5s、100ms至5s、1s至5s的范围内，例如20ms。换言之，该时段包括和/或是延迟。即，施加第二组PD中的第一PD可以是在施加第一组PD中的第一PD之后不久施加，优选地是在施加第一组PD中的第一PD之后立即施加。

在一个示例中，方法包括：在施加第一组PD中的第一PD的同时和/或在施加第二组PD中的第一PD的同时测量ISE与第二电极之间的电流。在一个示例中，离子选择性电极电池包括对电极CE，并且方法包括：在施加第一组PD中的第一PD的同时和/或在施加第二组PD中的第一PD的同时测量ISE与CE之间的电流。发明人已经确定，所测量的电流可以提供关于溶液的离子活度和/或关于ISE、RE和/或CE的有用信息。该信息可以用于校准离子选择性电极电池(即自校准、自动校准)和/或校正溶液和/或ISE、RE和/或CE，例如由于制造公差。

控制

在一个示例中，跨ISE和第二电极施加第一组PD中的具有极性的第一PD包括控制第一组PD中的第一PD，例如根据阈值、作为时间的函数的期望PD分布、和/或例如来自在施加第一组PD中的第一PD时测量的电位差、电流和/或阻抗的反馈。换言之，施加第一组PD中的第一PD可以是电压控制的。这样，离子选择性电极电池可以例如根据其设计或制造单独地制备，以考虑储存期间的劣化(即老化)和/或特别地考虑离子和/或溶液。相反，在一个示例中，方法包括：在ISE与第二电极之间提供第一组电流中的具有方向的第一电流，其中，提供第一组电流中的第一电流包括控制第一组电流中的第一电流，例如根据阈值、作为时间的函数的期望电流分布、和/或例如来自在施加第一组PD中的第一PD时测量的电位差、电流和/或阻抗的反馈。换言之，提供第一组电流中的第一电流可以是电流控制的。可以类似地提供阻抗控制。可类似地控制跨ISE和第二电极施加第二组PD中的具有相反极性的第一电位差PD和/或在ISE与第二电极之间提供第二组电流中的具有相反方向的第一电流，如上面分别相对于第一组PD中的第一PD及第一组电流的第一电流所描述的。

优选的示例

在一个优选示例中，方法制备用于离子选择性电极电池的离子选择性电极ISE，离子选择性电极电池包括ISE和参比电极RE，方法包括以下步骤：

将ISE和第二电极暴露于包括离子的溶液；

跨ISE和第二电极施加第一组电位差PD中的具有极性的第一PD；以及

跨ISE和第二电极施加第二组电位差PD中的具有相反极性的第一PD；

其中，ISE是固态ISE，其具有离子选择性涂层，例如离子交换树脂膜，优选聚合物基膜，例如基于增塑的聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯或UV可固化树脂(例如具有丙烯酸单体的PU丙烯酸酯)，包括离子载体，例如缬氨霉素、钾离子载体III、镁离子载体I或钙离子载体IV；

其中，离子选择性电极电池是包括ISE、RE和对电极CE的三电极离子选择性电极电池，其中，第二电极是CE；

其中，ISE、RE和/或CE至少部分地包括碳、金和/或铂和/或由其形成，例如其中，ISE、RE和/或CE是丝网印刷电极SPE，其至少部分地包括碳和/或由碳形成，优选地通过将碳墨丝网印刷在基材上形成；

其中，RE包括和/或是Ag或Ag/AgCl参比电极；并且

其中，将ISE和第二电极暴露于包括离子的溶液包括润湿ISE、第二电极以及它们之间。

确定溶液中离子存在性的方法

第二方面提供了一种使用离子选择性电极电池来确定溶液中离子的存在性的方法，离子选择性电极电池包括离子选择性电极ISE和参比电极RE，方法包括以下步骤：

使用溶液制备根据第一方面的ISE；以及

使用包括所制备的ISE的离子选择性电极电池，优选地在完成制备ISE的步骤的300s内，确定溶液中的离子的存在性，例如通过电位计、通过电流计和/或通过阻抗确定。

这样，通过使用溶液制备根据第一方面的ISE，随后例如通过电位计、电流计和/或阻抗确定溶液中离子的存在性，如上所述，由此原位执行制备，同时如上所述，改善了测量的响应时间、准确度、精度和/或再现性。

离子、溶液、离子选择性电极电池、ISE、RE传感器和/或使用ISE例如通过电位计、通过电流计和/或通过阻抗确定溶液中离子的存在性可以如关于第一方面所述。

在一个示例中，使用离子选择性电极电池例如通过电位计、通过电流计和/或通过阻抗确定溶液中离子的存在性是在完成离子选择性电极电池的制备的300s内，优选120s内，更优选60s内，甚至更优选30s内，最优选10s内，例如5s、4s、3s、2s或1s内。即，确定溶液中离子的存在性可以在制备离子选择性电极电池之后不久执行，优选在制备离子选择性电极电池之后立即执行。

离子选择性电极

第三方面提供了一种根据第一方面制备的离子选择性电极ISE。离子选择性电极电池、ISE、RE和/或第二电极可以如关于第一方面和/或第二方面所述。

这样，通过使用溶液制备根据第一方面的ISE，随后使用离子选择性电极电池例如通过电位计、通过电流计和/或通过阻抗确定溶液中离子的存在性，如上所述，改善了测量的响应时间、准确度、精度和/或再现性。

离子选择性电极电池

第四方面提供了一种离子选择性电极电池，包括根据第三方面的离子选择性电极ISE和参比电极RE。

离子选择性电极电池、ISE、RE和/或第二电极可以如关于第一方面、第二方面和/或第三方面所述。

设备

第五方面提供了一种用于制备用于离子选择性电极电池的离子选择性电极(ISE)的设备，离子选择性电极电池包括ISE和参比电极RE，其中，设备被配置成：

跨ISE和第二电极施加第一组电位差(PD)中的具有极性的第一PD；并且

跨ISE和第二电极施加第二组PD中的具有相反极性的第一PD。

离子选择性电极电池、ISE、RE、第二电极、第一组PD中的具有极性的第一PD和/或第二组PD中的具有相反极性的第一PD可以如关于第一方面、第二方面、第三方面和/或第四方面所述。

在一个示例中，设备包括电源，其被配置成跨越ISE和第二电极施加第一组PD中的具有极性的第一电位差PD和/或跨越ISE和第二电极施加第二组PD中的具有相反极性的第一电位差PD。

在一个示例中，设备包括控制器，例如包括处理器和存储器，被配置成控制跨ISE和第二电极的第一组PD中的具有极性的第一电位差(PD)和/或跨ISE和第二电极的第二组PD中的具有相反极性的第一电位差PD。

在一个示例中，设备包括用于测量跨ISE和第二电极的电压的电位计、用于测量ISE与第二电极之间的电流的电流计和/或用于测量离子选择性电极电池的阻抗的装置。

离子选择性电极电池组件

第六方面提供了一种离子选择性电极电池组件或用于离子选择性电极电池组件的套件，包括：

离子选择性电极电池，其包括离子选择性电极(ISE)和参比电极(RE)；和

根据第五方面的设备。

用途

第七方面提供了使用原位相反极性来调节离子选择性电极(ISE)的用途，用于确定溶液中离子的存在性。这样，可以改善ISE的响应时间和/或基线稳定性。与调节ISE的常规方法相反，方法涉及在可能耗费12小时至72小时的过程中将ISE暴露于高浓度的特定离子；在与确定离子相同的溶液中(即原位)对ISE施加相反极性；有效地调节ISE，如本文所述。

定义

在整个说明书中，术语“包括”意指包括指定的组分，但不排除存在其它组分。术语“基本上由……构成”意指包括指定的组分，但排除除了作为杂质存在的材料、作为用于提供组分的过程的结果而存在的不可避免的材料和为了实现本发明的技术效果以外的目的而添加的组分(例如着色剂等)之外的其它组分。

术语“由……构成”意指包括指定的组分但排除其它组分。

在任何适当的时候，取决于上下文，术语“包括”的使用也可以包括“基本上由……构成”的含义，并且也可以包括“由……构成”的含义。

本文阐述的可选特征可以单独使用或者在适当的情况下彼此组合使用，并且尤其是在所附权利要求中阐述的组合中使用。如本文所述的本发明的各个方面或示例性实施例的可选特征在适当的情况下也可应用于本发明的所有其它方面或示例性实施例。换言之，阅读本说明书的技术人员应当将本发明的各个方面或示例性实施例的可选特征视为在不同方面和示例性实施例之间是可互换的且可组合的。