DE2618738B2

DE2618738B2 - Elektrodenanordnung zur potentiometrischen Analyse

Info

Publication number: DE2618738B2
Application number: DE19762618738
Authority: DE
Inventors: Franz Josef Prof. Dr. 3550 Marburg Haberich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-04-28
Filing date: 1976-04-28
Publication date: 1979-01-25
Also published as: DE2618738A1; DE2618738C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung zur potentiometrischen Analyse von Flüssigkeiten mit einer ionenselektiven Meßelektrode und einer Bezugselektrode, welche in eine Meßlösung eintauchbar sind, und aus einem Hohlkörper mit einem darin enthaltenen Bezugshalbelement bestehen, und einem mit den beiden Meßelektroden zu einem kompakten Bauteil vereinigten Impedanzwandler.

Bei einer Elektrodenanordnung der eingangs beschriebenen Art zur pH-Bestimmung (DE-OS 16 73 178) ist es bereits bekannt, in die Meßelektrode einen Feldeffekttransistor einzubauen, dessen Gate-Elektrode mit dem Halbelement verbunden ist und dessen drain-Elektrode und Source-Elektrode über Drähte nach außen geführt sind. Diese Source-Elektrode ist mit dem nicht-invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers verbunden. Die drain-Elektrode ist mit dem einen festen Anschluß eines Potentiometers verbunden, dessen anderer fester Anschluß an Masse liegt. Das Halbelement der Bezugselektrode liegt am Abgriff des Potentiometers. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers liegt ebenfalls über ein Potentiometer an Masse. Da die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Halbelementen auftritt, wird durch den allein mit dem Halbclement der Meßelektrode verbundenen Feldeffekttransistor noch nicht die gewünschte Umwandlung der zwischen den beiden Halbelementen vorhandenen hohen Impedanz erreicht. Es ist deshalb noch ein Nachgleich über mehrere Potentiometer erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrodenanordnung der eingangs beschriebenen Art zwecks der Vermeidung des schädlichen Einflusses von Schaltkapazitäten und zur Schaffung definierter und nicht nachkorrigierbarer Verhältnisse noch kleiner um kompakter zu gestalten.

Die Erfindung ist dadurch gelöst, daß der Impedanzwandler in integrierter p.'anarer Schaltungstechnik ι derart ausgeführt ist, daß die beiden Halbelemente direkt auf die den Eingangselektroden entsprechenden Inseln aufgesetzt sind, und daß die Inseln mit einer Metallschicht bedeckt sind, welche aus demselben Material besteht, wie die Halbelemente.

Die Ausführung des Impedanz-Wandlers in integrierter planarer Schaltungstechnik hat den Vorteil, daß die Anschlußkontakte für den invertierenden und den

nicht-invertierenden Eingang in einer Ebene eng beieinander liegen. Der Abstand der Eingangskontakte kann beim Entwurf des Planarmodells entsprechend dem notwendigen oder gewünschten Abstand der Halbelemente gewählt werden. Die Halbelemente können dementsprechend unter äußerst kurzer Leitungsfühning mit den erwähnten Eingangskonfakten verbunden werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch die Elektrodenanordnung; Fig.2 eine vergrößerte Darstellung von Fig. ί, welche die Ausführung des Impedanz-Wandlers in integrierter planarer Technik erkennen läßt.

Die in F i g. 1 dargestellte Elektrodenanordnung zur potentiometrischen Analyse besteht aus einem eine Meßlösung 2 enthaltenden Behälter 1. In die Meßlösung 2 sind eine Bezugselektrode und eine Meßelektrode eingetaucht

Die Bezugselektrode besteht aus einem Glashohlkörper 3, der im eingetauchten Bereich eine trichterartige Öffnung 4 und einen eingepaßten konischen Glasstopfen 5 aufweist Der mit dem Stopfen 5 verschlossene Trichter 4 bildet einen sog. Stromschlüssel, durch den Ionen hindurchwandern können.

In dem Hohlkörper 3 befindet sich eine Innenlösung 6, in die ein Halbelement 7 eintaucht. Dieses besteht aus Silber und ist mit einer Schicht Silberchlorid bedeckt. Das Ha'belcment 7 bildet mit der Innenlösung 6 eine sog. unpolarisierbare Einheit.

Die Meßelektrode besteht aus einem Glashohlkörper 11, der im eingetauchten Bereich eine Öffnung aufweist, die mit einer ionensensitiven Membran 12 verschlossen ist. Diese Membran 12 spricht nur auf bestimmte Arten von Ionen an. In dem Hohlkörper 11 befindet sich wiederum eine Innenlösung 13, welche mit einem Halbelement 14 eine unpolarisierbare Einheit bildet.

Die beiden Glashohlkörper 3, 11 sind zu einem einzigen Glashohlkörper 20 mit gemeinsamer Trennwand 18 vereinigt.

Das an dem Halbelement 14 auftretende Potential ist eine Funktion der Konzentration der in der Meßlösung 2 befindlichen Ionen, auf die die ionensensitive Membran 12 anspricht. Auch an dem Halbelement 7 der Bezugselektrode steht ein Potential. Gemessen werden soll die Differenz der Potentiale, die an den Halbelementen 7 und 14 entstehen.

In dem gemeinsamen Glashohlkörper 2Ό befindet sich oberhalb der Bezugselektrode und der Meßelektrode ein Impedanz-Wandler 123. Dieser ist durch seine Anordnung in dem Glashohlkörper 20 mit den beiden Elektroden zu einem kompakten Bauteil vereinigt worden. Die Halbelemente 7 und 14 sind mit den Eingangsanschlüssen des als Operations-Verstärkers ausgebildeten Impedanz-Wandlers 123 in noch zu beschreibender Weise auf kürzestmöglichen Wege verbunden. Er weist bekanntlich einen invertierenden und einen nicht-invertierenden Eingang auf. Beide Eingänge sind sehr hochohmig. Der Ausgang ist niederohmig, der Verstärkungsgrad ist hoch. Der Impedanz-Wandler 123 erhält zwei symmetrische Versorgungsgleichspannungen + t/_sund — Ub.

In Fig.2 ist nur der vordere Teil des Impedanz-Wandlers 123 gezeigt. Er ist in integrierter Planartechnik ausgeführt. Die beiden Eingänge sind von zwei MOS-FET 126, 127 gebildet. Es soll hier nur der Transistor 126 beschrieben werden. In ein n-Substrat 128 sind zwei />Inseln 129, 130

eindotiert, zwischen denen sich ein p-Kanal 131 erstreckt. Diep-Inseln 129,130 und der p-Kanal 131 sind von einer Siliciumdioxydschicht 132 bedeckt Über dem p-Kanal 131 ist auf die Siliciumdioxydschicht 132 eine Silberschicht aufgedampft, die den gate-Kontakt bildet Auf diesen ist direkt das Halbelement 14 aufgesetzt, welches ebenfalls aus Silber besteht und außen mit einer Silberchloridschicht bedeckt ist Das Halbelement 14 kann auch weggelassen werden, so daß die aufgedampfte Silberschicht nach Bedeckung mit Silberchlorid und bei Kontaki mit der Innenlösung selbst als Halbelement

wirkt Von der p-lnsel 130 ist ein source-Anschlußkontakt durch die Siliciumdioxydschicht 132 hindurchgeführt Von der p-lnsel 129 ist ein drain-Anschiußkontakt durch die Siliciumdioxydschicht 132 hindurchgeführr. Die weiteren Verbindungen des source-Anschlußkontaktes und des drain-Anschlußkontaktes sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt Wesentlich ist hier, daß das Halbelement 14 direkt auf die den gate-Kontakt bildende Metallschicht 132, d. h. also ohne Zwischenleitung aufgesetzt ist. Die Verhältnisse bei dem Feldeffekttransistor 127 sind analog.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Elektrodenanordnung zur potentiometrischen Analyse von Flüssigkeiten mit einer ionenselektiven Meßelektrode und einer Bezugselektrode, welche in eine Meßlösung eintauchbar sind und aus einem Hohlkörper mit einem darin enthaltenen Bezugshalbeiement bestehen, und einem mit den beiden Meßelektroden zu einem kompakten Bauteil vereinigten Impedanzwandler, dadurch gekennzeichnet, daß der Impedanzwandler in integrierter planarer Schaltungstechnik derart ausgeführt ist, daß die beiden Halbelemente (7, 14) direkt auf die den Eingangselektroden entsprechenden Inseln aufgesetzt sind, und daß die Inseln mit einer Metallschicht (132) bedeckt sind, welche aus demselben Material besteht, wie die Halbelemente (7,14).