DE3216791A1 - Verfahren und anordnung zur messung von ionenkonzentrationen - Google Patents

Verfahren und anordnung zur messung von ionenkonzentrationen

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DE3216791A1 DE19823216791 DE3216791A DE3216791A1 DE 3216791 A1 DE3216791 A1 DE 3216791A1 DE 19823216791 DE19823216791 DE 19823216791 DE 3216791 A DE3216791 A DE 3216791A DE 3216791 A1 DE3216791 A1 DE 3216791A1
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Manfred Dipl.-Phys. 7424 Heroldstatt Klein
Max Dr.Rer.Nat. 7900 Ulm Kuisl
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/414Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
    • G01N27/4148Integrated circuits therefor, e.g. fabricated by CMOS processing

Description

  • Beschreibung
  • Verfahren und Anordnung zur Messung von Ionenkonzentrationen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Messung von Ionenkonzentrationen in Lösungen nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 12.
  • Zur Bestimmung von Ionenkonzentrationen in Lösungen wer -den vielfach elektrochemische Verfahren eingesetzt. Ein.
  • fach zu handhabende und den modernen elektronischen Hilfsmit ein angepaßte Meßmethoden sind Potentialmessungen mit ionenselektiven Elektroden. Ionenselektive Elektroden sind elektrochemische Halbzellen, bei denen an der Phasengrenze Elektrodenmaterial Elektrolyt ciine Potentialdifferenz auftritt. Diese Potentialdifferenz ## steht in Zusammenhang mit der Konzentration (genauer Aktivität .a) der Ionenart, für welche die Elektrode empfindlich sein soll, Theoretisch wird diese Beziehung durch die Nernstsche Gleichung ## = ##o + z # F ln aMez+ (1) begründet. Hierin bedeutet T die absolute Temperatur, R die molare Gaskonatante, F die Faraday-Konstante und z die Wertigkeit der betrachteten Ionenart Mez+. açO <Po ist das Potential der Halbzelle für die Ionenaktivität aMez+ = 1. Das Potential ##o wird Standardpotential genannt. Es ist eine Vielzahl von ionensensitiven Elektroden bekannt. Es ist nicht nur die Bestimmung einfacher anorganischer Ionen möglich, sondern auch die von Aminosäuren und komplexen organischen Verbindungen wie z B.
  • Enzymen und Eiweißstoffen.
  • Potentialmessungen in der Elektrochemie werden durchgeführt, indem di Potentialdifferenz zwischen einer Meßelektrode und einer Bezugselektrode gemessen wird. Dabei sollte die Meßelektrode auf das nachzuweisende Ion möglichst selektiv ansprechenv Andererseits sollte aber die Bez'ugselektrode gegen Verunreinigungen in der Meßlösung (Elektrolyt) unempfindlich sein. Unter Umständen müssen die beiden Elektroden in getrennte Elektrolyte , einen zu messenden Elektrolyten sowie einen Bezugselektrolyten (Standardlösung), getaucht werden, die durch einen sogenannten Stromschlüssel miteinander verbunden sind. Ein Stromschlüssel besteht aus einem gebogenen Glasrohr oder einer Kapillare, die beide Elektrolyte verbindet und die eine Lösung eines Salzes enthält, dessen Kationen und Anionen die gleiche Beweglichkeit aufweisen. Eine derartige Anordnung ist sehr aufwendig.
  • Es ist eine Erfahrungstatsache in der Elektrochemie, daß die Werte für die absoluten Potential. an derartigen Elek- troden, insbesondere an ionensensitiven Elektroden, störende Schwankungen aufweisen, die beispielsweise durch unerwünschte chemische Veränderungen der Elektroden hervorgerufen werden. Daher ist es üblich, vor jedem Gebrauch einer Elektrode eine Eichung mit Hilfe einer Standardlösung vorzunehmen, Hingegen bleibt die Abhängigkeit des Potentials von der Aktivität des nachzuweisenden tons bedeutend besser konstant Bei vielen Elektroden wird sogar der von der Nernstschen Gleichung vorgegeben Wert erreicht. Vielfach wird daher für Reihenmessungen lediglich ein Eichpunkt bestimmt, der den Absolutbetrag des Potentials festlegt, während ma@ sich bei der Konzentrationsabhäng@gkeit des Potentials auf Herstellerangaben verläßt oder eine Abhängigkeit gemäß der Nernstschen Gleichung voraussetzt.
  • In die Messung des Potentials gehen die Eigenschaften beider Elektroden ein, der MeB- sowie der Bezugselektrode.
  • Bei Bezugselektroden können Schwankungen des (Bezugs-) Po tentials von ungefähr 5% auftreten.
  • Als Meßelektrode ist auch ein sogenannter ionensenaitiver der Feldeffekttransistor (ISFET) anwendbar, beispielsweise in der Zeitschrift Ion-Selective Elektrode Review, Vol. 1, 1979, Seiten 31 bis 79, J. Janata and R.J. Huber "Ion-Sensitive Field Effect Transistors", beschrieben ist. Derartige ionensensitive Feldeffekttransistoren (ISFETs) ermög -lichen ebenfalls eine Umwandlung der Ionenkonzentrationen einer Lösung in ein elektrisches Signals Dabei entsteht ein Potentialunterschied zwischen der Lösung und dem ionensensitiven Gate des ISFETs Jedoch wird diese Potentialdifferenz nicht unmittelbar gemessen, sondern der dadurch beeinfIußte Drain-Source-Strom des ISFETs. Der Drain-Source- Strom ist daher ein Maß für das elektrisch Potential an der Gate-Elektrod*, die beim ISFET unmittelbar mit der zu messenden Elektrolyten in Verbindung steht, Als Bezug und zur Festlegung des Arbeitspunktes ist jedoch auch in diesem Falle ein Bezugselektrode notwendig, die das Gatepotential bestimmt. Letztenendes ist daher beim Einsatz von-ISFETs wiederum die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Bezugselektrode maßgebend. Bei einer derartigezs Verwendung eines ISFT als Meßelektrode- ist daher kein grundsätz@icher Fortschritt zu erreichen gegenüber der klassischen Potentialmessung mit zwei EIektroden.
  • Der Erfindung liegt daher di. Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Anordnung zur Messung von Ionenkonzentrationen in Lösungen anzugeben. derart, daß insbesondere eine weitgehend Unabhängigkeit von Bezugselektrodea sowie Standardlösungen zur Eichung der Anordnung erreicht wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche t und 12 angegebenen: Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.
  • Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß Bezugs- unddder Meßelektroden verwendbar sind, die starke zeitlich. Schwankungen des absoluten elektrischen Potentials aufweisen, ohne daß dadurch die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit von Ionenkonzentrationsmessungen im wesentlichen beeinflußt wird, Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß Ionenkonzentrationsmessungen weitgehend unabhängig sind insbesonder VO(. Material sowie dem konstruktiven Aufbau der Bezugs- und/oder Meßelektroden, die daher einfach und billig herstellbar sind, Ein dritter Vorteil besteht darin, daA insbesondere bei genauen Reihenmessungen weitgehend auf zeitraubende Erst-und oder Zwischen@ichungen der Konzentrationsanzeigeeinrichtung verzichtet werden kann.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von AusfUhrungs beispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt FIG, t ein schematisches Diagramm zur Erläuterung deo Erfindungsgedanken@ FIG. 2 eine schematische Darstöllung eines Ausführungsbeispiels FIG. 3 eine schematische Darstellung einer Kennlinie einer verwendeten Meßelektrode.
  • Di'. Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, daß es Meßelektroden gibt, die zwar gegenüber den zu messenden Ionen unterschiedliche Empfindlichkeiten aufweisen, jedoch gegenüber den übrigen Ionen, z.B. denen des Ldsungsmittels, im wesentlichen die gleiche Empfindlichkeit zeigen. Ein derartiges Verhalten wird anhand der FIQ. 1 näher erläutert. Auf der Abzisse ist die zu messende Konzentration K einer Ionenart aufgetragen. Die Ordinate zeigt das AusgangssignaI V von erfindungsgemäßen Meßelektroden Ist bzw. IS2. Diese Ausgangssignale sind mit VIS1 bzw. VIS2 bezeichnet und lediglich zum besseren Verständnis der Erfindung derart normiert dargestellt, daß bei der Konzentration Ko der gleiche Wert des Ausgangssignals vorhanden ist. Da die Meßelektroden IS1 und IS2 gegenüber den zu messenden tonen unterschiedliche Empfindlichkeiten besitzen, ergeben sich zur Zeit to die mit VIS1(to) bzw.
  • VIS2(to) bezeichneten konzentrationsabhängigen Ausgangssignale- Wird eine derartige Messung zu einer späteren Zeit t1 mit denselben Meßelektroden IS1 bzw. IS2 wiederholt, so ergeben sich überraschenderweise die gestrichelt dargestellten Ausgangssignale VIS1(t1) bzw. IS2(t1), die im wesentlichen um den gleichen Betrag V gegenüber des ursprünglichen Ausgangssignalen verschoben sind, Bei des Meßelektroden IS1 bzw. IS2 verändern sich also lediglich die absoIuten Werte der Ausgangssignale in gleicher Weise@ und un den gleichen Betrag, die konzentrationsabhängigen Eigenschaften (Empfindlichkeit) gegenüber dem zu messenden Ion- und/oder tonengemisch bleiben jedoch im wesentlichen unverändert. Ein. Verschiebung der Ausgangsaignale um den Betrag #V während der Zeitdifferenz #t = tt - t kana viele Ursachen haben, z.B, Temperaturänderung der Lösung, chemische und/oder physikalische Veränderungen der Oberflächen der Elektroden.
  • Es ist daher erfindungsgemäß möglich, aus derartigen Ausgangssignalen VIS1 und VIS2 gemäß FIG. 1 die Konzentration K des zu messenden Ion: oder Ionengemisches zu berechnen. Dieses wird im folgenden für ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem als HelNelektroden zwei ionensensitive Feldeffekttransistoren (ISFETs) verwendet werden, die unterschiedliche Empfindlichkeiten gegenüber einen nachzuweisenden Ion besitzen. Wird ein ISFET im sogenannten Sättigungsbereich betrieben, dann gilt für den Drainstrom ID = α/2 (VG - VT)2.
  • Hierin bedeutet α einen Struktur- und Geometriefaktor, in dem gemäß α = µ W/L # Co die Gateweite W, die Gatelänge L des ISFETs, die Beweglichkeit µ der Ladungsträger im Kanalbereich und die Gatekapazität Co enthalten sind. VG ist dfr am Gate des ISFET anliegend@ elektrische Spannung, VT stellt die Einsatzspannung dar, bot welcher der ISFET elektrisch zu: leiten beginnt; VT wird im allgemeinen durch di. verwendete Halbleiter-Technologie festgelegt. Diese Beziehunge@ sind Grundlagen der sogenannten MOS-Technologie. Beim ISFET wird die Gatespannung VG jedoch nicht über eine metallische Schicht an das Gato gelegt, sondern mit Hilfe einer Bezugselektrode über einen flüssigen Elektrolyten.
  • Außerdem enthält diese Gatespannung VG bei fest eingestellte Bezugspotential rEL an der Bezugselektrode eine zusätzlich. elektrische Spannung VIS, welche durch die Ionensensitivität des ISFET-Gates gegenüber den zu messenden Ionen der Lösung zustande kommt. Diese zusätzliche Spannung VIS verändert sich mit der Ionenkonzentration der Lösung. Voraussetzungsgemäß ist die Empfindlichkeit der beiden ISFETs unterschiedlich. Für beide ISFETs IS1 Bzw. IS2 sind daher die konzentrationsabhängigen elektrischen Spannungen VIS1 bzw. VIS2 darstellbar als um die Faktoren k1 bzw. k2 modifizierte Nernst-Gleichungen: RT VIS1 = Vo1 + k1 # In aMez+ für IS1 und (2) RT VIS2 = Vo2 + k2 # In aMez+ für IS2, (3) zF wobei Voi bzw, Võ2 elektrische Standardspannungen sind, die dem Standardpotential ##o der Formel (i) entsprechen.
  • Der Drainstrom an den beiden betrachteten ISFETs IS1 und IS2 ergibt sich dann zu @1 ID1 = (VEL - VT + VIS1)2 für IS1 und (4) α2 ID2 = (VEL - VT + VIS2)2 für IS2. (5) 2 Wenn beide ISFETs in der gleichen Halbleiter-Technologie gefertigt werden, ist die Einsatzspannung VT für beide identisch. Außerdem wird während der Messung für beide ISFETs dieselbe Bezugselektrode verwendet, das Bezugspotential VEL ist daher ebenfalls identisch. Im allgemeinen wird auch α1 = α2 gelten. dies ist aber keine notwendige Voraussetzung, denn der Fall α1 # α2 kann eine vorteilhafte Schaltungsauslegung ermöglichen. Aus den beiden Gleichungen (4) und (5) für die Drainströme können durch algebraische Umformungen wie Radizierung und Bildung der Differenz die unbekannten Größen VEL und VT eliminiert werden. Als Ergebnis ergibt sich die Formel: Diese Differenz kann z.B. schaltungstechnisch nachgebildet -werden. Aus den Gleichungen (2) und (3) folgt andererseits VIS1 - VIS2 = Vo1 - Vo2 + (k1-k2) ## ln aMez+ (7) Damit ist gezeigt, daß dieser Meßwert eine eindeutige Funktion der Ionenaktivität aMez+ in der Lösung ist und keine Abhängigkeit vom Potential der Bezugselektrode besteht. Mit einer geeigneten, nicht dargestellten Schaltungsanordnung, die z.B. Analog-Digitalwandler sowie einen sogenannten Mikroprozessor enthält, ist es daher möglich, die Drainströme 1D1 und ID2 gemaß den Formeln (6) und (7> derart auszuwerten, daß t.B. die Konentration und/oder die Aktivität des zu messenden Ions oder Ionengemisches unmittelbar angezeigt wird.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel wird etfindungsgemäß entsprechend FIG. 2, mindestens eine Meßelektrode IS1, IS2, in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls ISFETs, mit einem im wesentlichen konstanten elektrischen Strom betrieben und die sich einstellenden, konzentrations- und/ oder aktivitätsabhängigen elektrischen Spannungen ausgewertet.
  • in einem elektrisch@ nichtleitenden Gefäß 20, das mit einem zu messenden Elektrolyten 21 gefüllt ist, befinden sich mindestens eine Bezugselektrode B sowie zwei Meßelektroden IS1 und IS2, z.B. ISFETS. Um einen konstanten Drainstrom 1ot bzw. ID2 zu erhalten, wird die jeweilige Gatespannung, in diesem Falle das elektrische Potential zwischen der Bezugs- und einer Meßelektrode, entsprechend nachgeregelt. Dazu wird der Spannungsabfall an einem Referenz-Spannungsteiler 24 bzw. 25 verglichen, der einstellbar sein kann. Dieser Vergleich wird durch einen Operationsverstärker 26 bzw. 27 durchgefuhrt, der seine Ausgangsspannung so lange nachregelt, bis der durch die Gatespannung geänderte Drainstrom wieder seinen ursprünglichen Wert erreicht. Diese Änderung der Ausgangsspannung wird an Ausgangsklemmen 28 bzw. 29 abgegriffen und ausgewertet, z B. mit Hilfe einer nicht dargestellten Subtrahieranordnung oder mit Hilfe der elektronischen Datenverarbeitung (Mikroprozessor). Mit den Bezugszeichen 30 bzw, 31 sind die erforderlichen Vdersorgungs-Spannungsquellen bezeichnet. Die Potentiale in den beiden Kreisen verschieben sich bei einer Änderung der Bezugselektroden in gleicher Weise, bei Änderung der Ionenkonzentration jedoch unterschiedlich.
  • Die Bezugselektrode B dient erfindungsgemäß Iediglich zur Einstellung eines Arbeitspunktes der Meßelektroden Ist bzw. IS2, wodurch das Meßergebnis unabhängig wird vom elektrischen Bezugapotential d-r Bezugselektrode B und/ oder eventuell störenden elektrischen Potentialen des Elektrolyten und/oder den Meßelektroden IS1 BZW. IS2. Daher ist dis Art der Bezugselektrode B, z.9. ein elektrisch leitendes Gefäß 20, weitgehend frei wählbar, solange ein dadurch vorgegebenes Bezugspotontial innerhalb eines Wertbereiches liegt, der durch eine vorgegebene Kennlinie der verwendeten Meßelektroden bestimmt ist. Werden als Meßelektroden IS1 bzw. IS2 die beispielhaft genannten ISFETs verwendet, so hat die Kennlinie im wesentlichen einen in FIG. 3 dargestellten Verlauf. In FIG. 3 ist der Drainstrom ID eines ISFETs als Funktion von dessen Gatespannung VG aufgetragen und mit dem Begriff "Sättigung" ein Bereich bezeichnet, in dem diä Formeln (4) bzw. (5) gelten. Im Bereich der Sättigung ist der Drainstrom 10 eines ISFET im wesentlichen proportional zum Quadrat des am Gate anliegenden elektrischen Potentials. Bei ISFETs liegt die in FIG. 3 gestrichelt eingezeichnete Grenze des Bereiches der Sättigung bei einer Gatespannung VG von ungefähr 1V bis 10 V. Diese Grenze ergibt sich aus der Formel VG = VD + VT, wobei VD bzw. VT die Drain- bzw. Einsatzspannung des ISFET bedeuten. Die eingangs genannten störenden Schwankungen der Bezugselektrode a sind dagegen@ wesentlich kleiner, im allgemeinen kleiner als 10 mV-Es zur hervorgehoben werden, daß jeder der beiden ISFETs im Vergleich zur Bezugselektrode arbeitet, daß sich alsoz.B. ein Drainstrom gemäß dem Bezugspotential einstellt@ Das elektrische Potential der Bezugselektrode darf sich daher@ im Bereich der Sättigung biliobig ändern, ohne daß das durch Differenzbildung gewonnene Meßergehnis wesentlich b@@influßt wird, ES entfällt daherdie sonst nötig@-Verwendung von genau hergestellte@@ und damit teuren Bezugselektroden, auch bei genauen elektrochemischen Messungen. Jedes Metall sowie andere beliebige Elektrodenmaterialien sind in gleicher Weise als Bezugselektrode geeignet. IN einer gewerblichen Anwendung, z.B. Haushaltsgeräten, ist es möglich, Gefäßinnenwände oder metallische Rohrwandunge@@ als Bezugselektrode zu benutzen. Lediglich eine Forderung ist an d.i Bezugselektrod@ zu steIlen: Sie muX einen genügend hohen elektrischen Austauschstrom zulassen, der eine Umladung der Gates der ISFETs ermöglicht.
  • Die Erfindung ist auf beliebig. Meßelektroden anwendbar, die lediglich für ein zu messendes Ion oder Ionengemisch unterschiedliche Empfindlichkeiten besitzen, für die übrigen Ione@ jedoch im wesentlichen die gleiche Empfindlichkeit haben.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, die Kennlinien@ der verwendeten Meßelektroden IS1 und IS2 derart zu kompensiere@@, daß die Messung z.B. nicht nur auf den genannte@@ Bereich der Sättigung beschränkt ist, sonder@@ im wesentlichen an einem beliebigen Punkt der Kennlinie der Meßelektrode möglich ist. Eine derartige Kompensation erfolgt beispielsweise in einer Schaltungsanordnung gemäß FIG. 2 dadurch. daß die Bezugselektrode B und die Meßelektroden ISt bzw. 152 in den Rückkopplungszweigen der Operationsverstärker 27 bzw. 26 angeordnet werden. Durch die derartig aufgebauten Regelkreise sind daher Kennlinien gemäß FIG, 3 sowie Störungen kompenaierbart die auf beide Meßelektroden gleichartie einwirken.
  • Es ist möglich, daß durch beide Meßelektroden IS1, 152 ein elektrischer Strom mit unterschiedlicher Stromstärke fließt und daß beide Meßeloktroden nicht genau gleichartig aufgebaut sind, worunter z.B. ein ungleicher Abstand zur Bezugselektrode gemeint ist, denn derartige Abweichungen bewirken lediglich eine anordnungsbedingt@ Verschiebung der-Ausgangssignale, z.8. der Spannungen an den Klemmen 28, 29. Derartige Verschiebungen sind bestimmbar, z.B. mittels einer Eichlösung, und können daher bei den Messungen berücksichtigt werden bzw. einmal in einer Meßanordnung eingestellt werden als sogenannte Gerätekonstante.
  • Weiterhin ist es erfindungsgemäß möglich, die Meßelektroden mit Gleich- oder Wechselstrom oder einer Überlagerung von beiden, z.B. Gleichstrom mit überlagertem Wechselstromanteil, zu betreiben, falls dieses für bestimmte Messungen erforderlich sein sollte. In einem derartigen Fall müßte eine entsprechende Auswerteschaltung zur Verarbeitung der genannten Ströme geeignet sein.
  • In den beschriebenen Busfüluungsboispielen besitzen die Meßelektroden IS1, IS2 für die zu messenden Ionen unterschiedliche Empfindlichkeiten, die beispielsweise dadurch erzeugt werden, daß die Meßelektroden IS1, IS2, z.B.
  • ISFET's, verschieden große ionensensitive Gate-Flächen besitzen.
  • In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel werden Meßelektroden verwendet, die bei gleicher Temperatur gleiche Empfindlichkeiten für die zu messenden Ionen besitzen. Erfindungsgemäß werden dis benötigten unterschiedlichen Empfindlichkeiten dadurch erzeugt, daB zwischen den Meßelektroden ein bestimmberer (bekannter und/ oder meßbarer) Temperaturunterschied aufrecht erhalten wird. Dann entsteht, gemäß der eingangs erwähntea Nernstschen Gleichung (1), ebenfalls eine auswertbare Potentialdifferenz aw. Der benötigte Temperaturunterschied ist beispielsweise dadurch herstellbar, daß eine der MeBelektroden direkt oder inderekt durch einem elektrischen Strom geheizt wird oder daß zwischen den Meßelektroden in der zu messenden Lösung ein Temperaturunterschied aufrecht erhalten wird.
  • Es ist möglich, daA ß ein derartiger Temperaturunterschied in unerwünschter Weise eine Verschiebung der elektrischen Werte, z.B. des Arbeitspunktes, der Meßelektroden und/oder der daran angeschlossenen Auswerteschaltung bewirkt. Eine derartige Verschiebung ist bestimmbar, z.B. in Form einer Eichkurve, und wird bei der Auswertung der Messung berücksichtigt.
  • L e e r s e i t e

Claims (16)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Messung von Ionenkonzentrationen in Lösungen unter Verwendung ionensensitiver Meß- und Bezugselektroden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei ionensensitive Meßelektroden (IS1, IS2) verwendet werden, die lediglich gegenüber dem zu messenden Ion oder Ionengemisch unterschiedliche, konzentrations- und/oder aktivitätsabhängige Empfindlichkeiten besitzen, daß mindestens eine gemeinsame Bezugselektrode (B) verwendet wird, durch die lediglich mindestens etn Arbeitspunkt der Meßelektroden (IS1, IS2) eingestöllt wird, daß die Ausgangssignale der Meßelektroden (IS1, IS2) derart ausgewertet werden, daß im wesentlichen eine Unabhängigkeit von die Messung störenden Eigenschaften der Bezugs- und/oder Meßelektroden erreicht wird, und daß zumindest die zwei Meßelektroden (Ist-, IS2) unmittelbar in die zu messende Lösung eintauchen.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Meßelektroden (IS1, IS2) durch mindestens eine Dlfferenzbildung ausgewertet werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßelektroden (IS1, IS2) mindestens zwei ionensensitive Feldeffekttransistoren (ISFETs) mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten verwendet werden und daß die Ausgangs signale der Feldeffekttransistoren im wesentlichen ausgewertet werden gemäß der Formel wobei VIS1, VIS2 unterschiedliche Empfindlichkeiten der beiden Feldeffekttransistoren gegenüber zu messenden Ionen bedeuten, ID1 und ID2 bezeichnen die Drainströme der Feld-- -effekttransistoren, die durch Struktur- und Geometriefaktoren α1 bzw. α2 gekennzeichnet werden.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Arbeitspunkteinstellung eines ISFET ein Draintrom ge wählt wird, der im wesentlichen proportional ist zum Quadrat der elektrischen Spannung, die am Gate des ISFET anliegt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Meßelektroden (Ist, IS2) mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten bei jeweils einem im wesentlichen konstanten elektrischen Strom verwendet werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß eine im wesentlichen konzentrations- und/oder aktivitätsabhängige elektrische Spannungsdifferenz ausgewertet wird, die aus den elektrischen Spannungen gebildet wird, die zur Aufrechterhaltung der konstanten Ströme benötigt werden.
  7. .7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, insbesondere zur Verwendung in Haushaltsgeräten, dadurch gekennzeichnet, daß als Bezugselektrode (B) ein elektrisch leitender Bereich des die Lösung enthaltenden Gehäuses verwendet wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bezugselektrode (B) verwendet wird, deren elektrischer Austauschitrom größer ist als der zur elektrischen Umladung der Meßeloktroden (IS1, rS2) benötigte.
  9. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zweier Ausgangssignale ausgewertet wird, die von einer Anordnung erzeugt werden, die die Kennlinien der Meßelektroden (IS1, Ii2) im wesentlichen kompensiert.
  10. 10, Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Meßelektrode mit einem elektrischen Gleich- oder Wechselstrom oder mit einer Uberlagerung von beiden betrieben wird.
  11. tt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einmal eine elektrische Spannungs- und/oder Stromdifferenz bestimmt Wird, die sich einstellt bei mindestens zwei unterachiedlich empfindlichen Meßelektroden (Ist, IS2), die in mindestens eine vorgegebene Lösung eintauchan, und daß eine derartige Differenz bei konzentrations- und/oder aktivitätsabhängigen Messungen berücksichtigt wird.
  12. 12, Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Meßelektrode (IS1, IS2) sowie zumindest ein Teil einer Auswerteschaltung zu einem integrierten Bauelement zussmmengefaßt sind.
  13. 13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßelektroden (IS1, IS2) ionensensitive Feldeffekttransistoren verwendet sind, deren Gates derart ausgebildet sind, daß unterschiedliche Empiindlichkeiten für zu messende Ionen entstehen.
  14. 14. Anordnung nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Regelkreis vorhanden ist, der einen durch mindestens eine Meßelektrode fließenden elektrischen Strom im wesentlichen konstant hält und daß eine dazu benötigte elektrische Spannung auswertbar ist.
  15. 15. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindesteas zwei Meßelektroden (IS1, IS2) vorhanden sind, zwischen denen ein bestimmbarer Temperaturunterschied besteht, der unterschiedliche und auswertbare Empfindlichkeiten für die zu messenden Ionen bewirkt.
  16. 16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektroden (IS1, I92) bei gleicher Temperatur im wesentlichen die gleiche Empfindlichkeit besitzen gegenüber den zu messenden Ionen.
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