CN101676714A - 整合式离子感测器 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种整合式离子感测器，所述整合式离子感测器是令一基板的表面具有一工作电极组以及一参考电极组，所述工作电极组包括一设置于基板表面的离子选择性电极、一与所述离子选择性电极电连接的导线以及覆盖于部分离子选择性电极和导线的阻绝层，所述参考电极组包括一设置于所述基板表面的参考电极、一与所述参考电极电连结的导线、覆盖于部分导线的阻绝层以及一设置于所述基板表面的外罩体，所述外罩体形成有一供液体流入外罩体内的交换界面，且所述外罩体内部填充有电解液；通过将参考电极与工作电极同时设置于同一基板上，使得使用者在操作上更为简便。
Description
技术领域
本发明涉及一种离子感测器，尤其是一种同时将工作电极以及参考电极设置于一基板上，以缩小空间且方便操作者使用的整合式离子感测器。
背景技术
电位分析法是一种藉由测量待测液中所解离的离子产生的电位，判断待测液的离子浓度以判别酸碱度等性质的方法。电位的测量需要有两个电极，其一是提供测量电位参考的电极，一般称为参考电极(或称参比电极)，其电极反应是可逆的，以迅速建立热力学平衡电位，以具有能够供仪器测量的稳定电位，常用的参考电极有甘汞电极和银-氯化银电极，但因银-氯化银电极可在高于60℃的系统中使用，所以使用范围较甘汞电极更广，而成为目前最佳的参考电极；而另一则是与待测液反应的工作电极(或称指示电极)，藉由参考电极和工作电极，与待测液中的离子形成回路，而产生电位差，因此由电位差的大小即可判读待测液的酸碱度。
请参看图6所示，传统的离子感测器是采用玻璃电极，其包括一参考电极管41、一工作电极管42以及连结所述电极41，42并显示电位差的显示器43，该参考电极管41于端部具有一液态连接性介面(如多孔性陶瓷材料)411，而内部填充有氯化钾导电液412，并设有一甘汞电极或银-氯化银电极413，该工作电极管42外侧包覆一保护层421，并于端部露出一球状的感应玻璃膜422，而内部则填充有氯化钾导电液423，且设有一氯化银电极424。
然而，由于这种传统的离子感测器体积大，而且又是以易碎的玻璃所制成，因此在使用上非常不方便，再者，在使用时还要特别注意工作电极管42的感应玻璃膜422表面不可有油渍、刮痕或其他脏污，以免降低电极的敏感度，而影响测量值的准确性。
有鉴于此，即发展出更便于使用的离子感测器，如美国第4,857,166号专利，并请参看图7所示，其是包括一感测盒体50以及一感测仪60，该感测盒体50包括一本体51以及一突出部52，该本体51内部具有两参考电极片，其一为传统玻璃参考电极片薄膜53所组成，以及另一则为MgF2或CaF2薄膜所组成的参考电极片54，以将待测液滴在所述电极片53，54上而进行反应，以减少参考电极的体积及提高测量的稳定度，该突出部52具有由该本体51内部所延伸而出的两参考电极片53，54，而该感测仪60具有一插孔61、一电路板(图中未示)以及一显示萤幕62，该插孔61是接受该感测盒体50的突出部52，以检测所述参考电极片53，54，并由电路板将其检测到的信号转换为数值显示于该显示萤幕62。
然而，这种整合式的离子感测器需使用两参考电极片53，54，以提高测量的稳定度。
再请参看美国第6,964,734号专利，并参看图8所示，其是揭露一整合式的参考电极，其包括一基板70，并于该基板70表面形成有一电极连接部71，且该电极连接部71的上表面部分涂布有绝缘膜72，以露出电极连接部71的末端，而于近该基板70一端处形成有与该电极连接部71连接的电极73以及遮罩住该电极73的半圆形多孔性高分子保护层74，该高分子保护层74内填充有电解液75，而该高分子保护层74朝异于该电极连接部71的方向延伸有一交换界面76。此种整合式离子感测器具有缩小的体积，具有易于携带及运送的优点。
然而，这些整合式的离子感测器是一参考电极，虽然，减少参考电极体积和可直接与感测盒体50接合的优点，但，在测量时尚须额外使用一工作电极，所以操作不便。再者，电解液75填充的空间仅在半圆形多孔性高分子保护层74内，因此所获得的数值可能会有不够准确的问题。
发明内容
本发明人有鉴于既有整合式离子感测器仅有参考电极，而无设置工作电极，所以需额外使用一工作电极，而增加操作上的复杂性，因此经过了长期的研究以及反复的试验之后，终于发明出此整合式离子感测器。
本发明的目的是在于提供一种同时将工作电极以及参考电极设置于一基板上，以缩小空间且方便操作者使用的整合式离子感测器。
为达上述目的，本发明的整合式离子感测器，其是令一基板的表面具有一工作电极组以及一参考电极组；
该工作电极组包括一离子选择性电极、一导线以及阻绝层，该离子选择性电极是设置于该基板的表面，而该导线是经由连接线与该离子选择性电极连结，而该阻绝层是覆盖于部分离子选择性电极、连接线和导线，以确保反应信号是由离子选择性电极经连接线传递至导线；
该参考电极组包括一参考电极、一导线、阻绝层以及一外罩体，该参考电极是设置于该基板的表面，而该导线是直接与该参考电极电连结，而该阻绝层是覆盖于部分参考电极及导线，以确保反应信号是经由该参考电极传递至导线，该外罩体是设置于该基板表面，以遮罩该参考电极、导线以及阻绝层，且该外罩体连通有一供液体进出外罩体内的交换界面(junction)，且该外罩体内部填充有电解液。
较佳的是，该基板可为聚酯(PET)基板、聚甲基乙烯酸甲酯(PMMA)基板或其他高分子材料、印刷电路板(PCB)、玻璃基板(glass)、硅晶片(silicon wafer)等。
较佳的是，该离子选择性电极是离子敏感场效晶体管(ISFET)、延伸栅极场效晶体管(EGFET)、氧化铟锡(ITO)镀膜芯片、二氧化锡(SnO2)镀膜芯片等。
较佳的是，该导线可为银、铜、金、铝或其合金的金属导电材料，亦可为多晶硅、碳、氧化铟锡等半导体材料。
较佳的是，该连接线可藉由导电胶、导电胶带或其他如铝、铜、金、银或其合金等金属连接线连接导线。
较佳的是，该工作电极组或参考电极组的阻绝层是如环氧树脂胶或紫外线硬化胶(UV胶)的非导电胶等绝缘材料，也可为二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)等半导体材料，或可为外罩体结构的一部份。
较佳的是，该参考电极为氯化银(AgCl)。
较佳的是，该交换界面是以多孔性材质所制成，最佳的是具有均匀孔洞以及良好亲水性的多孔性材质，其可为如聚氯乙烯(PVC)等多孔性高分子材料、如分子筛等多孔性陶瓷、多孔性金属如铝等易于产生多孔性孔洞的金属、多孔性微机电材料或毛细纤维等，该交换界面位置可在外罩体或基板上，供液体进出外罩体内。
较佳的是，该外罩体是以塑胶如聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、丙烯腈树脂(ABS)、亦可使用陶瓷等非导电性材料所制成的结构。
较佳的是，该电解液是氯化钾(KCl)、氢氯酸(HCl)或其他于所属领域中具有通常知识者可知的电解液。
其中，该基板具有二表面，该工作电极组和参考电极组可分别设置于该基板的相对两面，也可二者皆设置于该基板的同一表面。
藉由本发明所提供的结构，可让参考电极与工作电极同时设置于同一基板上，使得使用者在操作上更为简便。
附图说明
图1是本发明一实施例的侧面剖视图。
图2是本发明一实施例的工作电极组的立体图。
图3是本发明另一实施例的侧面剖视图。
图4是本发明另一实施例的参考电极组的立体图。
图5是本发明又一实施例的俯视图。
图6是既有采用玻璃电极的离子感测器的示意图。
图7是既有离子感测器的立体图。
图8是既有整合式离子感测器的侧面剖视图。
附图标号
基板10 工作电极组20
离子选择性电极21 导线22
近端221 远端222
阻绝层23 连接线24
间隔25 参考电极组30
参考电极31 导线32
近端321 远端322
阻绝层33 外罩体34
交换界面341，343和344 电解液342
参考电极管41 液态连接性介面411
导电液412 电极413
工作电极管42 保护层421
感应玻璃膜422 导电液423
氯化银电极424 显示器43
感测盒体50 本体51
突出部52 参考电极片53
工作电极片54 感测仪60
插孔61 显示萤幕62
基板70 电极连接部71
绝缘膜72 电极73
高分子保护层74 电解液75
交换界面76
具体实施方式
请参看图1所示，其是本发明的整合式离子感测器的一实施例，其是令一基板10的二表面分别设有一工作电极组20以及一参考电极组30；
该工作电极组20包括一离子选择性电极21、一导线22以及一阻绝层23，该离子选择性电极21是设置于该基板10的一表面，而该导线22的近端221是与该离子选择性电极21经由连接线24连结，于本实施例中，该导线22是利用一连接线24与该离子选择性电极21电连接，而该导线22的远端222是可伸入一检测器(图中未示)以结合使用，而其中该离子选择性电极21部分与外界接触(使用时可与待测液接触)，与待测液的反应信号是由离子选择性电极21经连接线传递至导线22的远端222；
请附加参看图2所示，该参考电极组30包括一参考电极31、一导线32、一阻绝层33以及一外罩体34，该参考电极31是氯化银(AgCl)，其设置于该基板10相对于该离子选择性电极21的另一表面，而该导线32的近端321是与该参考电极31连接，远端322则是对应于该工作电极组20的导线22，以与一检测器(图中未示)结合使用，而该阻绝层23是覆盖于部分导线32，以保护该导线32，该外罩体34是设置于该基板10表面，以遮罩该参考电极31、导线32以及阻绝层33，且该外罩体34有一供待测液进出外罩体34内的交换界面(junction)341，且该外罩体34内部填充有氯化钾(KCl)电解液342。
请附加参看图3及图4所示，本发明的另一实施例，其结构大致与上述实施例相同，其不同之处在于该交换界面343是穿设于于基板10上，亦连通于该外罩体34内部。
本发明的另外一种设计是将工作电极组20的阻绝层23或参考电极组30的阻绝层33，与外罩体34整合在一起，也就是，阻绝层23或阻绝层33可为外罩体结构的一部份。
请参看图5所示，其是本发明的另一实施例，其中工作电极组20和参考电极组30的结构皆与上述实施例相同，其不同之处在于该工作电极组20和参考电极组30是设置于该基板10的同一表面。
藉由本发明在基板10上设置有工作电极组20和参考电极组30，因此具有较传统离子测试器更小的体积，也能使得操作人员只需要利用本发明，而无须再合并使用其他装置，即可测量待测液中的离子浓度，因此在操作上更为简便。
Claims (18)
1.一种整合式离子感测器，其特征在于，所述整合式离子感测器是令一基板的表面具有一工作电极组以及一参考电极组；
所述工作电极组包括一离子选择性电极、一导线以及阻绝层，所述离子选择性电极是设置于所述基板的表面，而所述导线是经由连接线与所述离子选择性电极连结，而所述阻绝层是覆盖于部分离子选择性电极、连接线和导线，以确保反应信号是由离子选择性电极经连接线传递至导线；
所述参考电极组包括一参考电极、一导线、阻绝层以及一外罩体，所述参考电极是设置于所述基板的表面，而所述导线是直接与所述参考电极电连结，而所述阻绝层是覆盖于部分参考电极及导线，以确保反应信号是经由所述参考电极传递至导线，所述外罩体是设置于所述基板表面，以遮罩所述参考电极、导线以及阻绝层，且所述外罩体连通有一供液体进出外罩体内的交换界面，且所述外罩体内部填充有电解液。
2.如权利要求1所述的整合式离子感测器，其特征在于，所述基板具有二表面，所述工作电极组和参考电极组是分别设置于所述基板的相对两面上。
3.如权利要求1所述的整合式离子感测器，其特征在于，所述基板具有二表面，所述工作电极组和参考电极组是设置于所述基板的同一表面。
4.如权利要求1、2或3所述的整合式离子感测器，其特征在于，所述交换界面是穿设于所述外罩体。
5.如权利要求1、2或3所述的整合式离子感测器，其特征在于，所述交换界面是穿设于所述基板。
6.如权利要求1、2或3所述的整合式离子感测器，其特征在于，所述基板为聚酯基板、聚甲基乙烯酸甲酯基板、印刷电路板、玻璃基板或硅晶片。
7.如权利要求1所述的整合式离子感测器，其特征在于，所述离子选择性电极是离子敏感场效晶体管、延伸栅极场效晶体管、氧化铟锡镀膜芯片或二氧化锡镀膜芯片。
8.如权利要求1所述的整合式离子感测器，其特征在于，所述导线为金属导电材料或半导体材料，所述金属导电材料是选自由银、铜、金、铝或其二者或二者以上的合金所组成的群组，所述半导体材料为多晶硅、碳或氧化铟锡。
9.如权利要求1所述的整合式离子感测器，其特征在于，所述离子选择性电极是以导电胶、导电胶带或金属连接线与导线连接。
10.如权利要求1所述的整合式离子感测器，其特征在于，所述工作电极组与参考电极组的阻绝层是绝缘材料或半导体材料，所述绝缘材料是环氧树脂胶或紫外线硬化胶，所述半导体材料为二氧化硅或氮化硅。
11.如权利要求1所述的整合式离子感测器，其特征在于，所述参考电极为氯化银。
12.如权利要求1所述的整合式离子感测器，其特征在于，所述交换界面是多孔性材质，其为多孔性高分子材料、多孔性陶瓷、多孔性金属、多孔性微机电材料或毛细纤维。
13.如权利要求1所述的整合式离子感测器，其特征在于，所述外罩体是非导电性材料所制成的结构，所述外罩体的非导电性材料为塑胶如聚碳酸酯、聚乙烯、丙烯腈树脂，或为陶瓷等非导电性材料所制成的结构。
14.如权利要求1所述的整合式离子感测器，其特征在于，所述电解液是氯化钾。
15.如权利要求13所述的整合式离子感测器，其特征在于，所述外罩体与阻绝层是一体成形。
16.如权利要求12所述的整合式离子感测器，其特征在于，所述多孔性高分子材料为聚氯乙烯。
17.如权利要求12所述的整合式离子感测器，其特征在于，所述多孔性陶瓷为分子筛。
18.如权利要求12所述的整合式离子感测器，其特征在于，所述多孔性金属为铝。
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