JP2002532716A - 測定液中のイオン濃度を測定する装置 - Google Patents
測定液中のイオン濃度を測定する装置Info
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- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
- G01N27/4148—Integrated circuits therefor, e.g. fabricated by CMOS processing
Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、測定液（１２）中のイオン、特に水素（Ｈ＋）イオンの濃度を、少なくとも１つのイオンセンシティブ電界効果トランジスター（ｐＨ−ＩＳＦＥＴ）（２）によって測定する装置（１）であって、トランジスターは、この装置（１）の内部で、電気回路に組み込まれていて、この電気回路は測定液中のイオン濃度の尺度である出力信号（ＵｐＨ）を送出してなる装置（１）に関する。
【解決手段】出来る限り簡単に、特に、僅かな構成要素によって回路を設計するために、少なくとも１つｐＨ−ＩＳＦＥＴ（２）が、少なくとも３つの抵抗（Ｒ １，Ｒ２，Ｒ３）と共に、ブリッジ回路に接続されていること、が提案される。
Description
【０００１】
本発明は、測定液中のイオン、特に水素Ｈ＋イオンの濃度を、少なくとも１つ
のイオンセンシティブ電界効果トランジスター（ＩＳＦＥＴ）によって測定する
装置であって、トランジスターは、この装置の内部で、電気回路に組み込まれて
いて、この電気回路は測定液中のイオン濃度用の尺度を示す出力信号を送出して
なる装置に関する。
のイオンセンシティブ電界効果トランジスター（ＩＳＦＥＴ）によって測定する
装置であって、トランジスターは、この装置の内部で、電気回路に組み込まれて
いて、この電気回路は測定液中のイオン濃度用の尺度を示す出力信号を送出して
なる装置に関する。
【０００２】
このタイプの装置は、通常、測定液のｐＨ値を測定するために用いられる。ｐ
Ｈ値は、測定液中に溶けた多数の内容物質から、例えばＨ＋イオン又はＯＨ−イ
オンの濃度から測定される。
Ｈ値は、測定液中に溶けた多数の内容物質から、例えばＨ＋イオン又はＯＨ−イ
オンの濃度から測定される。
【０００３】 商業及び産業の排水浄化の際には、所定の内容物質を沈殿させ、水を中和しか
つ解毒するために、化学反応が用いられる。ｐＨ値は、これらの反応の正しい進
行のために、重要な役割を演じる。濾過装置における機械的な沈殿工程は、酸性
又はアルカリ性の排水によって悪影響を受けることがある。水の自己浄化の際の
、又は濾過装置の好気性及び嫌気性の生物学的段階における、生物学的工程は、
同様に、所定のｐＨ値に結びついており、このようなｐＨ値からの逸れの際に、
工程の進行は妨げられる。このような操作工程を自動化するために、ｐＨ値の連
続的な測定が不可欠である。
つ解毒するために、化学反応が用いられる。ｐＨ値は、これらの反応の正しい進
行のために、重要な役割を演じる。濾過装置における機械的な沈殿工程は、酸性
又はアルカリ性の排水によって悪影響を受けることがある。水の自己浄化の際の
、又は濾過装置の好気性及び嫌気性の生物学的段階における、生物学的工程は、
同様に、所定のｐＨ値に結びついており、このようなｐＨ値からの逸れの際に、
工程の進行は妨げられる。このような操作工程を自動化するために、ｐＨ値の連
続的な測定が不可欠である。
【０００４】 測定液中のＨ＋イオンの濃度を、例えばイオンセンシティブ電界効果トランジ
スター（ｐＨ−ＩＳＦＥＴ）によって、特に、水素ＩＳＦＥＴによって測定する
ことができる。複数のｐＨ−ＩＳＦＥＴは、従来のガラス電極用測定ユニットに
比べて、ｐＨ−ＩＳＦＥＴが老化し難く、従って、著しく長い耐用機関を有する
という利点を有する。ｐＨ−ＩＳＦＥＴのチャネルの抵抗によってゲート電位は
、測定液中のＨ＋イオンの濃度に対しリニアに変化する。それと同時に、ｐＨ−
ＩＳＦＥＴは、入力電圧に比例した出力信号を送出する。なお、ｐＨ−ＩＳＦＥ
Ｔには、一定のドレイン電流が流れる。また、出力信号は、測定液中に設けられ
、かつＨ＋イオン濃度によって影響を受けない基準電極を基準としたｐＨ−ＩＳ
ＦＥＴの出力電圧として測定される。
スター（ｐＨ−ＩＳＦＥＴ）によって、特に、水素ＩＳＦＥＴによって測定する
ことができる。複数のｐＨ−ＩＳＦＥＴは、従来のガラス電極用測定ユニットに
比べて、ｐＨ−ＩＳＦＥＴが老化し難く、従って、著しく長い耐用機関を有する
という利点を有する。ｐＨ−ＩＳＦＥＴのチャネルの抵抗によってゲート電位は
、測定液中のＨ＋イオンの濃度に対しリニアに変化する。それと同時に、ｐＨ−
ＩＳＦＥＴは、入力電圧に比例した出力信号を送出する。なお、ｐＨ−ＩＳＦＥ
Ｔには、一定のドレイン電流が流れる。また、出力信号は、測定液中に設けられ
、かつＨ＋イオン濃度によって影響を受けない基準電極を基準としたｐＨ−ＩＳ
ＦＥＴの出力電圧として測定される。
【０００５】 明細書導入部に記載のタイプの装置は、種々の実施の形態において、従来の技
術から知られている。これらの知られた装置は、特に、ｐＨ−ＩＳＦＥＴが装置
の電気回路に組み込まれている方法において、互いに異なっている。『イオンセ
ンシティブ電界効果トランジスターの分析的及び生物医学的適用』（Ｐ・ベルク
フェルト、Ａ・シバルト著、エルゼフィーア・サイエンス・パブリッシャーズＢ
．Ｖ、アムステルダム、１９８８、第８章、『ＩＳＦＥＴ計測』、１０１乃至１
０７頁）には、明細書導入部に記載のタイプの装置におけるｐＨ−ＩＳＦＥＴの
配線の種々の方法が開示されている。
術から知られている。これらの知られた装置は、特に、ｐＨ−ＩＳＦＥＴが装置
の電気回路に組み込まれている方法において、互いに異なっている。『イオンセ
ンシティブ電界効果トランジスターの分析的及び生物医学的適用』（Ｐ・ベルク
フェルト、Ａ・シバルト著、エルゼフィーア・サイエンス・パブリッシャーズＢ
．Ｖ、アムステルダム、１９８８、第８章、『ＩＳＦＥＴ計測』、１０１乃至１
０７頁）には、明細書導入部に記載のタイプの装置におけるｐＨ−ＩＳＦＥＴの
配線の種々の方法が開示されている。
【０００６】 そこでは、図８．３に、８．５章（前掲書１０４頁以下）に詳述される配線図
が示されており、ｐＨ−ＩＳＦＥＴは、（演算増幅器Ａ１，Ａ２，Ａ３を有する
）電位計用減算器に組み込まれる。しかも、ｐＨ−ＩＳＦＥＴは、電位計用減算
器の増幅率を調整可能な抵抗として設けられている。電位計用減算器は、一定の
電流Ｉを供給する電源と、調整可能な基準電圧Ｖｒｅｆとを有する給電装置を具
備する。電位計用減算器の入力端には、抵抗Ｒ１に、一定の電圧Ｉ・Ｒ１が加え
られる。電位計用減算器は、ｐＨ−ＩＳＦＥＴのチャンネルの抵抗に逆比例して
いる出力電圧を、出力信号として送出する。この出力電圧はインバーター（Ａ４ ）によって変換される。最後に、反転された出力電圧と、基準電圧Ｖｒｅｆとの
差分が演算増幅器（Ａ５）によって増幅される。終端の演算増幅器（Ａ５）の出
力は、演算増幅器の入力端に帰還されるので、帰還電流は抵抗（Ｒ２）を通って
流れる。このことによって、ｐＨ−ＩＳＦＥＴのソース・ドレイン電圧を制御す
ることができ、この制御によって、ドレイン電流（ＩＤ）及びドレイン・ソース
電圧（ＶＤＳ）を一定に保つことができる。
が示されており、ｐＨ−ＩＳＦＥＴは、（演算増幅器Ａ１，Ａ２，Ａ３を有する
）電位計用減算器に組み込まれる。しかも、ｐＨ−ＩＳＦＥＴは、電位計用減算
器の増幅率を調整可能な抵抗として設けられている。電位計用減算器は、一定の
電流Ｉを供給する電源と、調整可能な基準電圧Ｖｒｅｆとを有する給電装置を具
備する。電位計用減算器の入力端には、抵抗Ｒ１に、一定の電圧Ｉ・Ｒ１が加え
られる。電位計用減算器は、ｐＨ−ＩＳＦＥＴのチャンネルの抵抗に逆比例して
いる出力電圧を、出力信号として送出する。この出力電圧はインバーター（Ａ４ ）によって変換される。最後に、反転された出力電圧と、基準電圧Ｖｒｅｆとの
差分が演算増幅器（Ａ５）によって増幅される。終端の演算増幅器（Ａ５）の出
力は、演算増幅器の入力端に帰還されるので、帰還電流は抵抗（Ｒ２）を通って
流れる。このことによって、ｐＨ−ＩＳＦＥＴのソース・ドレイン電圧を制御す
ることができ、この制御によって、ドレイン電流（ＩＤ）及びドレイン・ソース
電圧（ＶＤＳ）を一定に保つことができる。
【０００７】 しかし乍ら、電位計用減算器におけるｐＨ−ＩＳＦＥＴの配線は、上記電気回
路を非常にコストをかけて実現しなければならないという欠点を有する。特に、
この回路は、非常に多くの構成要素、例えば演算増幅器（Ａ１，Ａ２，Ａ３）及
び６つのオーム抵抗（Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８）を必要とする。非
常に多くの構成要素の故に、回路の製造に時間がかかり、複雑な構成となる。ｐ
Ｈ−ＩＳＦＥＴの知られた配線は、更に、温度のドリフトに対し極めて作用を受
け易い。
路を非常にコストをかけて実現しなければならないという欠点を有する。特に、
この回路は、非常に多くの構成要素、例えば演算増幅器（Ａ１，Ａ２，Ａ３）及
び６つのオーム抵抗（Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８）を必要とする。非
常に多くの構成要素の故に、回路の製造に時間がかかり、複雑な構成となる。ｐ
Ｈ−ＩＳＦＥＴの知られた配線は、更に、温度のドリフトに対し極めて作用を受
け易い。
【０００８】
従って、本発明の課題は、明細書導入部に記載されたタイプの装置において、
ｐＨ−ＩＳＦＥＴを、出来る限り簡単な回路で、しかも僅かな構成要素で、更に
、温度のドリフトに対し余り作用を受けない回路に組み込めるように、構成し改
善することにある。
ｐＨ−ＩＳＦＥＴを、出来る限り簡単な回路で、しかも僅かな構成要素で、更に
、温度のドリフトに対し余り作用を受けない回路に組み込めるように、構成し改
善することにある。
【０００９】
この課題を解決するために、本発明は、少なくとも１つのｐＨ−ＩＳＦＥＴが
、少なくとも３つの抵抗と共に、ブリッジ回路に接続されていること、を提案す
る。
、少なくとも３つの抵抗と共に、ブリッジ回路に接続されていること、を提案す
る。
【００１０】 かくて、ｐＨ−ＩＳＦＥＴは、特に簡単に構成された回路に組み込まれている
。回路は極少数の構成要素からなり、従って、安価に製造することができる。本
発明に係わる装置は、回路の構造が簡単であるのに、ｐＨ−ＩＳＦＥＴの申し分
のない機能を保証するために、すべての必要な特徴を有する。かくて、回路内で
作動されるｐＨ−ＩＳＦＥＴは、例えば、ｐＨ−ＩＳＦＥＴにある入力電圧に比
例している出力信号を送出する。更に、出力信号は、測定液中のイオン濃度及び
測定液のｐＨ値のための確かな尺度である。測定液中のＨ＋イオン濃度の常用対
数と、装置の出力信号との間にリニアな関係があるのは好ましい。
。回路は極少数の構成要素からなり、従って、安価に製造することができる。本
発明に係わる装置は、回路の構造が簡単であるのに、ｐＨ−ＩＳＦＥＴの申し分
のない機能を保証するために、すべての必要な特徴を有する。かくて、回路内で
作動されるｐＨ−ＩＳＦＥＴは、例えば、ｐＨ−ＩＳＦＥＴにある入力電圧に比
例している出力信号を送出する。更に、出力信号は、測定液中のイオン濃度及び
測定液のｐＨ値のための確かな尺度である。測定液中のＨ＋イオン濃度の常用対
数と、装置の出力信号との間にリニアな関係があるのは好ましい。
【００１１】 本発明の好都合な実施の形態により、ブリッジ回路の給電点にはブリッジ電源
電圧が加えられること、及び、ブリッジ回路のダイアゴナル電圧は、第１の演算
増幅器のプラスの入力端とマイナスの入力端との間に加えられており、演算増幅
器の出力はブリッジ回路の２つの抵抗によって第１の演算増幅器の入力端に帰還
されていることが提案される。
電圧が加えられること、及び、ブリッジ回路のダイアゴナル電圧は、第１の演算
増幅器のプラスの入力端とマイナスの入力端との間に加えられており、演算増幅
器の出力はブリッジ回路の２つの抵抗によって第１の演算増幅器の入力端に帰還
されていることが提案される。
【００１２】 ｐＨ−ＩＳＦＥＴにあるドレイン・ソース電圧ＵＤＳはブリッジ電源電圧ＵＢ ＳＳ 及び抵抗Ｒ２及びＲ３によって調整される。これらの抵抗によって、第１の
演算増幅器の出力は、第１の演算増幅器の入力端に帰還されている。この場合、
以下の関係
演算増幅器の出力は、第１の演算増幅器の入力端に帰還されている。この場合、
以下の関係
【数１】 が成り立つ。このとき、ドレイン・ソース電流ＩＤＳを、ドレイン・ソース電圧
ＵＤＳ及び抵抗Ｒ１によって調整することができる。この抵抗によって，第１の
演算増幅器の出力は、第１の演算増幅器の入力端に帰還されている。この場合、
以下の関係
ＵＤＳ及び抵抗Ｒ１によって調整することができる。この抵抗によって，第１の
演算増幅器の出力は、第１の演算増幅器の入力端に帰還されている。この場合、
以下の関係
【数２】 が成り立つ。これらの関係によって、ｐＨ−ＩＳＦＥＴの動作点を、容易な方法
で、ブリッジ電源電圧ＵＢＳＳの変化なしに，調整することができる。
で、ブリッジ電源電圧ＵＢＳＳの変化なしに，調整することができる。
【００１３】 第１の演算増幅器の出力が、コンデンサーによって、第１の演算増幅器のマイ
ナスの入力端に帰還されていることは好ましい。このことによって、装置の振動
を抑えることができる。
ナスの入力端に帰還されていることは好ましい。このことによって、装置の振動
を抑えることができる。
【００１４】 本発明の好ましい実施の形態によれば、抵抗にオーム抵抗を使用している。し
かし、演算増幅器の出力を第１の演算増幅器の入力端に帰還するのに用いる抵抗
を、電源と取り替えることも考えられる。電源を、飽和で作動される電界効果ト
ランジスターによって実現化することができる。
かし、演算増幅器の出力を第１の演算増幅器の入力端に帰還するのに用いる抵抗
を、電源と取り替えることも考えられる。電源を、飽和で作動される電界効果ト
ランジスターによって実現化することができる。
【００１５】 出力信号がｐＨ−ＩＳＦＥＴのドレイン電位であることは好ましい。ドレイン
電位は、ｐＨ値の変化によって引き起こされるゲート電位の変化に応じて、リニ
アに変化する。何故ならば、演算増幅器はプラスの制御装置として作動している
からである。調整回路は伝達関数
電位は、ｐＨ値の変化によって引き起こされるゲート電位の変化に応じて、リニ
アに変化する。何故ならば、演算増幅器はプラスの制御装置として作動している
からである。調整回路は伝達関数
【数３】 を有する。回路が調整された状態では、ブリッジ回路は補償される。すなわち、
ダイアゴナル電圧Ｕｄ＝０である。ブリッジ回路が調整された状態では、ブリッ
ジの一方側で直列接続された２つの抵抗の間と、ブリッジの他方側にあるｐＨ−
ＩＳＦＥＴのドレインと抵抗との間とに同一の電位が加えられる。従って、ブリ
ッジ回路の調整された状態では、出力信号は、ブリッジの一方の側にある２つの
直列接続された抵抗の間でもピックアップすることができる。
ダイアゴナル電圧Ｕｄ＝０である。ブリッジ回路が調整された状態では、ブリッ
ジの一方側で直列接続された２つの抵抗の間と、ブリッジの他方側にあるｐＨ−
ＩＳＦＥＴのドレインと抵抗との間とに同一の電位が加えられる。従って、ブリ
ッジ回路の調整された状態では、出力信号は、ブリッジの一方の側にある２つの
直列接続された抵抗の間でもピックアップすることができる。
【００１６】 ブリッジ回路の３つの抵抗の各々を、当然ながら、多数の直列又は並列接続さ
れた抵抗と取り替えることもできる。出力信号を、これらの抵抗の間の任意の箇
所でピックアップすることができる。個々の抵抗の大きさに従って、かようにピ
ックアップされた出力信号を、ブリッジの一方の側にある２つの直列接続された
抵抗の間で、あるいは、ブリッジ回路の他方の側のｐＨ−ＩＳＦＥＴのドレイン
と抵抗との間でピックアップされた出力信号に対して、オフセット電圧だけ、シ
フトすることができる。かくて、（通常のｐH７の場合の）回路の零点を、ｐＨ
−ＩＳＦＥＴの他の操作レベル（特にドレイン・ソース電圧ＵＤＳ及びドレイン
・ソース電流ＩＤＳ）に無関係に調整することができる。
れた抵抗と取り替えることもできる。出力信号を、これらの抵抗の間の任意の箇
所でピックアップすることができる。個々の抵抗の大きさに従って、かようにピ
ックアップされた出力信号を、ブリッジの一方の側にある２つの直列接続された
抵抗の間で、あるいは、ブリッジ回路の他方の側のｐＨ−ＩＳＦＥＴのドレイン
と抵抗との間でピックアップされた出力信号に対して、オフセット電圧だけ、シ
フトすることができる。かくて、（通常のｐH７の場合の）回路の零点を、ｐＨ
−ＩＳＦＥＴの他の操作レベル（特にドレイン・ソース電圧ＵＤＳ及びドレイン
・ソース電流ＩＤＳ）に無関係に調整することができる。
【００１７】 装置の出力信号が温度の影響に左右されないことは好ましい。このためには、
本発明の好ましい実施の形態により、装置は、同様に測定液に設けられている基
準電極を有し、出力信号は、ｐＨ−ＩＳＦＥＴのドレイン電位と、基準電極の基
準電位との差に相当する出力電圧であること、が提案される。
本発明の好ましい実施の形態により、装置は、同様に測定液に設けられている基
準電極を有し、出力信号は、ｐＨ−ＩＳＦＥＴのドレイン電位と、基準電極の基
準電位との差に相当する出力電圧であること、が提案される。
【００１８】 本発明に係わる装置の好ましい実施の形態によれば、装置は、同様に測定液に
設けられている基準ＩＳＦＥＴを有し、出力信号は、ｐＨ−ＩＳＦＥＴのドレイ
ン電位と、基準ＩＳＦＥＴのドレイン電位との差に相当する出力電圧であること
が提案される。基準ＩＳＦＥＴが、本発明に係わる装置のｐＨ−ＩＳＦＥＴのよ
うに、ブリッジ回路に配線されているのは好ましい。この実施の形態によれば、
イオン濃度を測定するための従来のガラス電極のみを、ｐＨ−ＩＳＦＥＴと取り
替えるのではない。むしろ、従来のガラス電極として形成された基準電極をもＩ
ＳＦＥＴと取り替える。
設けられている基準ＩＳＦＥＴを有し、出力信号は、ｐＨ−ＩＳＦＥＴのドレイ
ン電位と、基準ＩＳＦＥＴのドレイン電位との差に相当する出力電圧であること
が提案される。基準ＩＳＦＥＴが、本発明に係わる装置のｐＨ−ＩＳＦＥＴのよ
うに、ブリッジ回路に配線されているのは好ましい。この実施の形態によれば、
イオン濃度を測定するための従来のガラス電極のみを、ｐＨ−ＩＳＦＥＴと取り
替えるのではない。むしろ、従来のガラス電極として形成された基準電極をもＩ
ＳＦＥＴと取り替える。
【００１９】 装置が、出来る限り低い光感度を有する出力信号を送出するように、本発明の
好都合な実施の形態によれば、ｐＨ−ＩＳＦＥＴのドレイン電位及び電位シフト
電極の擬似基準電位は第１の差分信号となり、基準ＩＳＦＥＴのドレイン電位及
び擬似基準電位は第２の差分信号となり、出力信号は第１の差分信号と第２の差
分信号との差に相当しており、ｐＨ−ＩＳＦＥＴと基準ＩＳＦＥＴとのゲート領
域には同一の照明状況が支配していること、が提案される。電位シフト電極は、
銀層又は塩化銀層を有する金属ピンとして形成されていることは好ましい。基準
ＩＳＦＥＴは一定のｐＨ値（例えばｐＨ＝７）を有する測定チャンバーに設けら
れている。測定チャンバーはダイヤフラムによって測定液とつながっている。
好都合な実施の形態によれば、ｐＨ−ＩＳＦＥＴのドレイン電位及び電位シフト
電極の擬似基準電位は第１の差分信号となり、基準ＩＳＦＥＴのドレイン電位及
び擬似基準電位は第２の差分信号となり、出力信号は第１の差分信号と第２の差
分信号との差に相当しており、ｐＨ−ＩＳＦＥＴと基準ＩＳＦＥＴとのゲート領
域には同一の照明状況が支配していること、が提案される。電位シフト電極は、
銀層又は塩化銀層を有する金属ピンとして形成されていることは好ましい。基準
ＩＳＦＥＴは一定のｐＨ値（例えばｐＨ＝７）を有する測定チャンバーに設けら
れている。測定チャンバーはダイヤフラムによって測定液とつながっている。
【００２０】 この装置では、ｐＨ−ＩＳＦＥＴ及び基準ＩＳＦＥＴは、電位シフト電極の擬
似基準電位に関していわゆる差分モードで作動される。差分の形成の故に、ｐＨ
−ＩＳＦＥＴ及び基準ＩＳＦＥＴの、２つの差分信号における、光に左右される
信号成分は、ほぼ完全に補償される。かくて、出力信号も、照明状況に最も大幅
に左右されず、ｐＨ−ＩＳＦＥＴ及び基準ＩＳＦＥＴのゲート領域における同一
の照明状況では、完全に左右されない。
似基準電位に関していわゆる差分モードで作動される。差分の形成の故に、ｐＨ
−ＩＳＦＥＴ及び基準ＩＳＦＥＴの、２つの差分信号における、光に左右される
信号成分は、ほぼ完全に補償される。かくて、出力信号も、照明状況に最も大幅
に左右されず、ｐＨ−ＩＳＦＥＴ及び基準ＩＳＦＥＴのゲート領域における同一
の照明状況では、完全に左右されない。
【００２１】 電位シフト電極の擬似基準電位に関し差分モードで作動されるこの装置の場合
でも、ｐＨ−ＩＳＦＥＴが、少なくとも３つの抵抗と共に、ブリッジ回路内に接
続されているのは好ましい。電位シフト電極の擬似基準電位に関する装置の作動
は、前記利点を有するが、請求項１の特徴部分のこれらの特徴を有するわけでは
ない。従って、この特許の保護は、請求項１の特徴部分に記載された特徴を有し
ない、最後に記述されたタイプの装置にも及ぶ。
でも、ｐＨ−ＩＳＦＥＴが、少なくとも３つの抵抗と共に、ブリッジ回路内に接
続されているのは好ましい。電位シフト電極の擬似基準電位に関する装置の作動
は、前記利点を有するが、請求項１の特徴部分のこれらの特徴を有するわけでは
ない。従って、この特許の保護は、請求項１の特徴部分に記載された特徴を有し
ない、最後に記述されたタイプの装置にも及ぶ。
【００２２】 ブリッジ電源電圧が一定であるのは好ましい。一定のブリッジ電源電圧は、出
来る限り安定的な出力電圧を発生させるために、本発明に係わる装置の回路の演
算増幅器に用いられる。出力電圧の安定性はブリッジ電源電圧のそれよりも良い
わけではない。従って、ブリッジ電源電圧を出来る限り安定的に保つためには、
出来る限り安定的な電圧源が重要である。
来る限り安定的な出力電圧を発生させるために、本発明に係わる装置の回路の演
算増幅器に用いられる。出力電圧の安定性はブリッジ電源電圧のそれよりも良い
わけではない。従って、ブリッジ電源電圧を出来る限り安定的に保つためには、
出来る限り安定的な電圧源が重要である。
【００２３】 一定の電圧を発生させる種々の可能性が知られている。特に好ましい実施の形
態によれば、ブリッジ電源電圧はいわゆるバンドギャップダイオードのバンドス
ペース基準電圧であることが提案される。
態によれば、ブリッジ電源電圧はいわゆるバンドギャップダイオードのバンドス
ペース基準電圧であることが提案される。
【００２４】 ｐＨ−ＩＳＦＥＴのドレイン・ソース電圧が測定工程中一定であることは好ま
しい。これに加えて又は他に、ｐＨ−ＩＳＦＥＴのドレイン・ソース電流は測定
工程中一定である。ドレイン・ソース電圧及びドレイン・ソース電流が一定であ
る動作状態は、定電荷モード（ＣＣＭ）とも呼ばれる。ＩＳＦＥＴのゲートはコ
ンデンサーである。ＣＣＭでのＩＳＦＥＴの作動によって、コンデンサーの電荷
は一定であり、これによって、再電荷工程は生じない。このことによって、ＩＳ
ＦＥＴは従来技術よりも速く応答し、より正確な測定値をもたらす。何故ならば
、ヒステリシス効果も生じることがないからである。
しい。これに加えて又は他に、ｐＨ−ＩＳＦＥＴのドレイン・ソース電流は測定
工程中一定である。ドレイン・ソース電圧及びドレイン・ソース電流が一定であ
る動作状態は、定電荷モード（ＣＣＭ）とも呼ばれる。ＩＳＦＥＴのゲートはコ
ンデンサーである。ＣＣＭでのＩＳＦＥＴの作動によって、コンデンサーの電荷
は一定であり、これによって、再電荷工程は生じない。このことによって、ＩＳ
ＦＥＴは従来技術よりも速く応答し、より正確な測定値をもたらす。何故ならば
、ヒステリシス効果も生じることがないからである。
【００２５】
【発明の実施の形態】 以下、図面を参照して、本発明の２つの好ましい実施の形態を詳述する。図１
では、本発明に係わる装置の全体に参照符号１が付されている。装置１はイオン
センシティブ電界効果トランジスター（ｐＨ−ＩＳＦＥＴ）２が組み込まれてい
る電子回路を有する。ｐＨ−ＩＳＦＥＴ２によって、測定液中のイオン濃度を測
定することができる。そのとき、イオン濃度から、測定液のｐＨ値を算出するこ
とができる。
では、本発明に係わる装置の全体に参照符号１が付されている。装置１はイオン
センシティブ電界効果トランジスター（ｐＨ−ＩＳＦＥＴ）２が組み込まれてい
る電子回路を有する。ｐＨ−ＩＳＦＥＴ２によって、測定液中のイオン濃度を測
定することができる。そのとき、イオン濃度から、測定液のｐＨ値を算出するこ
とができる。
【００２６】 ｐＨ−ＩＳＦＥＴ２は、３つの抵抗（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３）と共に、ブリッジ回
路に接続されている。２つの給電点３を介して、一定のブリッジ電源電圧ＵＢＳ Ｓ がブリッジ回路に加えられる。ブリッジ回路のダイアゴナル電圧ＵＤは第１の
演算増幅器ＯＰのプラス入力端４とマイナス入力端５との間に加えられる。演算
増幅器ＯＰの出力は、ブリッジ回路の３つの抵抗のうちの２個（Ｒ１，Ｒ２）に
よって、演算増幅器ＯＰの入力端４，５へ帰還される。演算増幅器ＯＰのマイナ
スの入力端５にはｐＨ−ＩＳＦＥＴ２のドレイン電位ＦＤが加えられる。演算増
幅器ＯＰは回路内でプラスの調整器として作動する。この理由から、ドレイン電
位ＦＤはゲート電位ＦＧに応動する。第１の演算増幅器ＯＰは対称的に配線され
ている。すなわち、演算増幅器の入力端４，５には、アースに関してほぼ同一の
インピーダンスがある。このことは、入力端４，５でのコモンモード干渉が、温
度による抵抗の変化によっても、より良く補償され、このことが演算増幅器ＯＰ
のより良好な直線性をもたらす、という利点を有する。
路に接続されている。２つの給電点３を介して、一定のブリッジ電源電圧ＵＢＳ Ｓ がブリッジ回路に加えられる。ブリッジ回路のダイアゴナル電圧ＵＤは第１の
演算増幅器ＯＰのプラス入力端４とマイナス入力端５との間に加えられる。演算
増幅器ＯＰの出力は、ブリッジ回路の３つの抵抗のうちの２個（Ｒ１，Ｒ２）に
よって、演算増幅器ＯＰの入力端４，５へ帰還される。演算増幅器ＯＰのマイナ
スの入力端５にはｐＨ−ＩＳＦＥＴ２のドレイン電位ＦＤが加えられる。演算増
幅器ＯＰは回路内でプラスの調整器として作動する。この理由から、ドレイン電
位ＦＤはゲート電位ＦＧに応動する。第１の演算増幅器ＯＰは対称的に配線され
ている。すなわち、演算増幅器の入力端４，５には、アースに関してほぼ同一の
インピーダンスがある。このことは、入力端４，５でのコモンモード干渉が、温
度による抵抗の変化によっても、より良く補償され、このことが演算増幅器ＯＰ
のより良好な直線性をもたらす、という利点を有する。
【００２７】 測定液のｐＨ値の変化によって、ｐＨ−ＩＳＦＥＴ２のゲート電位ＦＧが変化
する。このことはチャネル抵抗の変化、つまりドレイン電位ＦＤの変化をもたら
す。演算増幅器ＯＰのマイナスの入力端５に加えられるドレイン電位ＦＤは、さ
らに装置１から取り出される。ドレイン電位ＦＤと基準電位ＦＲＥＦとの差は、
出力電圧ＵｐＨと呼ばれる。出力電圧ＵｐＨは装置１の出力信号であり、測定液
のｐＨ値に比例している。回路の出力電圧ＵｐＨは、回路の対称的な構造に基づ
き、温度に大幅に左右されない。図１に示した装置１では、基準電位ＦＲＥＦは
、同様に測定液中に設けられている基準電極６によって、発生される。しかし、
基準電極６を、本発明に係わる他の装置（図２を参照）と取り替えることも考え
られる。この場合、本発明に係わる装置のドレイン電位を基準電位ＦＲＥＦとし
て用いることも考えられる。
する。このことはチャネル抵抗の変化、つまりドレイン電位ＦＤの変化をもたら
す。演算増幅器ＯＰのマイナスの入力端５に加えられるドレイン電位ＦＤは、さ
らに装置１から取り出される。ドレイン電位ＦＤと基準電位ＦＲＥＦとの差は、
出力電圧ＵｐＨと呼ばれる。出力電圧ＵｐＨは装置１の出力信号であり、測定液
のｐＨ値に比例している。回路の出力電圧ＵｐＨは、回路の対称的な構造に基づ
き、温度に大幅に左右されない。図１に示した装置１では、基準電位ＦＲＥＦは
、同様に測定液中に設けられている基準電極６によって、発生される。しかし、
基準電極６を、本発明に係わる他の装置（図２を参照）と取り替えることも考え
られる。この場合、本発明に係わる装置のドレイン電位を基準電位ＦＲＥＦとし
て用いることも考えられる。
【００２８】 装置１の抵抗Ｒ４，Ｒ５及び他の回路７は分圧器として作用する。かくて、給
電点３同士の間には、動作電圧＋ＵＢ，−ＵＢとは異なる電圧（ブリッジ電源電
圧ＵＢＳＳ）が調整可能に加えられる。ブリッジ電源電圧ＵＢＳＳは、固定の基
準電位のない、いわゆる浮動する電圧基準である。他の回路７の上の給電点３で
は、＋ＵＢ−ＵＲ４と−ＵＢ＋ＵＢＳＳ＋ＵＲ５との間の電位が調整可能に加え
られる。他の回路７の下の給電点３には、＋ＵＢ−ＵＢＳＳ−ＵＲ４と−ＵＢ＋
ＵＲ５との間の電位が調整可能に加えられる。しかし乍ら、２つの給電点３の間
には、常に、ブリッジ電源電圧ＵＢＳＳが加えられる。
電点３同士の間には、動作電圧＋ＵＢ，−ＵＢとは異なる電圧（ブリッジ電源電
圧ＵＢＳＳ）が調整可能に加えられる。ブリッジ電源電圧ＵＢＳＳは、固定の基
準電位のない、いわゆる浮動する電圧基準である。他の回路７の上の給電点３で
は、＋ＵＢ−ＵＲ４と−ＵＢ＋ＵＢＳＳ＋ＵＲ５との間の電位が調整可能に加え
られる。他の回路７の下の給電点３には、＋ＵＢ−ＵＢＳＳ−ＵＲ４と−ＵＢ＋
ＵＲ５との間の電位が調整可能に加えられる。しかし乍ら、２つの給電点３の間
には、常に、ブリッジ電源電圧ＵＢＳＳが加えられる。
【００２９】 図２には、基準電極６に代わって基準ＩＳＦＥＴ８が用いられる、本発明に係
わる装置１が示されている。図２の装置１が、出来る限り低い光感度を有する出
力信号ＵｐＨを送出するように、ｐＨ−ＩＳＦＥＴ２のドレイン電位ＦＤ及び電
位シフト電極９の擬似基準電位は第１の差分信号Ｕｄｆｆ１となり、基準ＩＳＦ
ＥＴ８のドレイン電位ＦＲＥＦ及び擬似基準電位は第２の差分信号Ｕｄｆｆ２と
なる。出力信号ＵｐＨは第１の差分信号Ｕｄｆｆ１と第２差分信号Ｕｄｆｆ２と
の差に相当する。ｐＨ−ＩＳＦＥＴ２と基準ＩＳＦＥＴ８とのゲート領域には同
一の照明状況が支配していることが好ましい。電位シフト電極９は、銀層又は塩
化銀層を有する金属ピンとして形成されていることは好ましい。基準ＩＳＦＥＴ
８は一定のｐＨ値（例えばｐＨ＝７）を有する基準溶液１３が入っている測定チ
ャンバー１０に設けられている。測定チャンバー１０はダイヤフラム１１によっ
て測定液１２とつながっている。
わる装置１が示されている。図２の装置１が、出来る限り低い光感度を有する出
力信号ＵｐＨを送出するように、ｐＨ−ＩＳＦＥＴ２のドレイン電位ＦＤ及び電
位シフト電極９の擬似基準電位は第１の差分信号Ｕｄｆｆ１となり、基準ＩＳＦ
ＥＴ８のドレイン電位ＦＲＥＦ及び擬似基準電位は第２の差分信号Ｕｄｆｆ２と
なる。出力信号ＵｐＨは第１の差分信号Ｕｄｆｆ１と第２差分信号Ｕｄｆｆ２と
の差に相当する。ｐＨ−ＩＳＦＥＴ２と基準ＩＳＦＥＴ８とのゲート領域には同
一の照明状況が支配していることが好ましい。電位シフト電極９は、銀層又は塩
化銀層を有する金属ピンとして形成されていることは好ましい。基準ＩＳＦＥＴ
８は一定のｐＨ値（例えばｐＨ＝７）を有する基準溶液１３が入っている測定チ
ャンバー１０に設けられている。測定チャンバー１０はダイヤフラム１１によっ
て測定液１２とつながっている。
【００３０】
以上詳述したように本発明によれば、ｐＨ−ＩＳＦＥＴを、出来る限り簡単な
回路で、しかも僅かな構成要素で、更に、温度のドリフトに対し余り作用を受け
ず、高い測定精度を有する回路に組み込めるように、構成し改善することができ
る。
回路で、しかも僅かな構成要素で、更に、温度のドリフトに対し余り作用を受け
ず、高い測定精度を有する回路に組み込めるように、構成し改善することができ
る。
【図１】 第１の実施の形態に記載された、本発明に係わる装置の配線図を示している。
【図２】 第２の実施の形態に記載された、本発明に係わる装置の略図を示している。
１…装置、 ２…イオンセンシティブ電界効果トランジスター（ｐＨ−ＩＳＦＥＴ）、 ３…給電点、 ４、５…入力端、 ６…基準電極、 ８…基準ＩＳＦＥＴ、 ９…電位シフト電極、 １０…測定チャンバー、 １１…ダイヤフラム、 １２…測定液、 ＯＰ…演算増幅器、 Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…抵抗。
【手続補正書】
【提出日】平成１３年９月２８日（２００１．９．２８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】 測定液中のイオン濃度を測定する装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、測定液中のイオン、特に水素（Ｈ＋）イオンの濃度を測定する装置 に関する。この測定は、測定液に設けられた少なくとも１つのイオンセンシティ ブ電界効果トランジスター（ｐＨ−ＩＳＦＥＴ）によってなされる。このトラン ジスターは複数の抵抗と共にブリッジ回路に接続されている。ブリッジ回路の給 電点にはブリッジ電源電圧がある。装置は測定液中のイオン濃度の尺度を示す出 力信号を送出する。装置は、同様に測定液に設けられている基準電極を有する。
【０００２】
【従来の技術】 このタイプの装置は、通常、測定液のｐＨ値を測定するために用いられる。ｐ
Ｈ値は、測定液中に溶けた多数の内容物質から、例えばＨ＋イオン又はＯＨ−イ
オンの濃度から測定される。
Ｈ値は、測定液中に溶けた多数の内容物質から、例えばＨ＋イオン又はＯＨ−イ
オンの濃度から測定される。
【０００３】 商業及び産業の排水浄化の際には、所定の内容物質を沈殿させ、水を中和しか
つ解毒するために、化学反応が用いられる。ｐＨ値は、これらの反応の正しい進
行のために、重要な役割を演じる。濾過装置における機械的な沈殿工程は、酸性
又はアルカリ性の排水によって悪影響を受けることがある。水の自己浄化の際の
、又は濾過装置の好気性及び嫌気性の生物学的段階における、生物学的工程は、
同様に、所定のｐＨ値に結びついており、このようなｐＨ値からの逸れの際に、
工程の進行は妨げられる。このような操作工程を自動化するために、ｐＨ値の連
続的な測定が不可欠である。
つ解毒するために、化学反応が用いられる。ｐＨ値は、これらの反応の正しい進
行のために、重要な役割を演じる。濾過装置における機械的な沈殿工程は、酸性
又はアルカリ性の排水によって悪影響を受けることがある。水の自己浄化の際の
、又は濾過装置の好気性及び嫌気性の生物学的段階における、生物学的工程は、
同様に、所定のｐＨ値に結びついており、このようなｐＨ値からの逸れの際に、
工程の進行は妨げられる。このような操作工程を自動化するために、ｐＨ値の連
続的な測定が不可欠である。
【０００４】 測定液中のＨ＋イオンの濃度を、例えばイオンセンシティブ電界効果トランジ
スター（ｐＨ−ＩＳＦＥＴ）によって、特に、水素ＩＳＦＥＴによって測定する
ことができる。複数のｐＨ−ＩＳＦＥＴは、従来のガラス電極用測定ユニットに
比べて、老化し難く、従って、著しく長い耐用機関を有するという利点を有する
。ｐＨ−ＩＳＦＥＴのチャネルの抵抗によってゲート電位は、測定液中のＨ＋イ
オンの濃度に対しリニアに変化する。それと同時に、ｐＨ−ＩＳＦＥＴは、入力
電圧に比例した出力信号を送出する。なお、ｐＨ−ＩＳＦＥＴには、一定のドレ
イン電流が流れる。また、出力信号は、測定液中に設けられ、かつＨ＋イオン濃
度によって影響を受けない基準電極を基準としたｐＨ−ＩＳＦＥＴの出力電圧と
して測定される。
スター（ｐＨ−ＩＳＦＥＴ）によって、特に、水素ＩＳＦＥＴによって測定する
ことができる。複数のｐＨ−ＩＳＦＥＴは、従来のガラス電極用測定ユニットに
比べて、老化し難く、従って、著しく長い耐用機関を有するという利点を有する
。ｐＨ−ＩＳＦＥＴのチャネルの抵抗によってゲート電位は、測定液中のＨ＋イ
オンの濃度に対しリニアに変化する。それと同時に、ｐＨ−ＩＳＦＥＴは、入力
電圧に比例した出力信号を送出する。なお、ｐＨ−ＩＳＦＥＴには、一定のドレ
イン電流が流れる。また、出力信号は、測定液中に設けられ、かつＨ＋イオン濃
度によって影響を受けない基準電極を基準としたｐＨ−ＩＳＦＥＴの出力電圧と
して測定される。
【０００５】 公知文献EP 0 155 725 A1には、ｐＨ−ＩＳＦＥＴ及び基準ＩＳＦＥＴが２つ
の抵抗と共にブリッジ回路に接続された、明細書導入部に記載されたタイプの装 置が記載されている。公知文献US 4,334,880には、明細書導入部に記載されたタ イプで、但し基準電極を有しない他の装置が記載されている。この他の装置にお いて、ｐＨ−ＩＳＦＥＴは３つの抵抗と共にブロック回路に接続されている。２ つの装置の出力信号としては、ブリッジ回路のダイアゴナル電圧が取り出される 。測定工程中に、ｐＨ−ＩＳＦＥＴの伝導度は測定液中のイオン濃度に従って変 化する。このことによって、測定用ブリッジは不平衡にされ、ダイアゴナル電圧 が生じる。
の抵抗と共にブリッジ回路に接続された、明細書導入部に記載されたタイプの装 置が記載されている。公知文献US 4,334,880には、明細書導入部に記載されたタ イプで、但し基準電極を有しない他の装置が記載されている。この他の装置にお いて、ｐＨ−ＩＳＦＥＴは３つの抵抗と共にブロック回路に接続されている。２ つの装置の出力信号としては、ブリッジ回路のダイアゴナル電圧が取り出される 。測定工程中に、ｐＨ−ＩＳＦＥＴの伝導度は測定液中のイオン濃度に従って変 化する。このことによって、測定用ブリッジは不平衡にされ、ダイアゴナル電圧 が生じる。
【０００６】 従来の技術から知られた装置は、特に、ｐＨ−ＩＳＦＥＴが装置の回路に組み
込まれている方法において、互いに異なっている。また、『イオンセンシティブ
電界効果トランジスターの分析的及び生物医学的適用』（Ｐ・ベルクフェルト、
Ａ・シバルト著、エルゼフィーア・サイエンス・パブリッシャーズＢ．Ｖ、アム
ステルダム、１９８８、第８章、『ＩＳＦＥＴ計測』、１０１乃至１０７頁）に
は、明細書導入部に記載のタイプの装置におけるｐＨ−ＩＳＦＥＴの配線の種々
の方法が開示されている。
込まれている方法において、互いに異なっている。また、『イオンセンシティブ
電界効果トランジスターの分析的及び生物医学的適用』（Ｐ・ベルクフェルト、
Ａ・シバルト著、エルゼフィーア・サイエンス・パブリッシャーズＢ．Ｖ、アム
ステルダム、１９８８、第８章、『ＩＳＦＥＴ計測』、１０１乃至１０７頁）に
は、明細書導入部に記載のタイプの装置におけるｐＨ−ＩＳＦＥＴの配線の種々
の方法が開示されている。
【０００７】 そこには、図８．３に、８．５章（前掲書１０４頁以下）に詳述される配線図
が示されている。すなわち、ｐＨ−ＩＳＦＥＴは、（演算増幅器Ａ１，Ａ２，Ａ ３ を有する）電位計用減算器に組み込まれている。しかも、ｐＨ−ＩＳＦＥＴは
、電位計用減算器の増幅率を調整可能な抵抗として設けられている。電位計用減
算器は、一定の電流Ｉを供給する電源と、調整可能な基準電圧Ｖｒｅｆとを有す
る給電装置を具備する。電位計用減算器の入力端には、抵抗Ｒ１に、一定の電圧
Ｉ・Ｒ１が加えられる。電位計用減算器は、ｐＨ−ＩＳＦＥＴのチャンネルの抵
抗に逆比例している出力電圧を、出力信号として送出する。この出力電圧はイン
バーター（Ａ４）によって変換される。最後に、反転された出力電圧と、基準電
圧Ｖｒｅｆとの差分が演算増幅器（Ａ５）によって増幅される。終端の演算増幅
器（Ａ５）の出力は、演算増幅器の入力端に帰還されるので、帰還電流は抵抗（
Ｒ２）を通って流れる。このことによって、ｐＨ−ＩＳＦＥＴのソース・ドレイ
ン電圧を制御することができ、この制御によって、ドレイン電流（ＩＤ）及びド
レイン・ソース電圧（ＶＤＳ）を一定に保つことができる。
が示されている。すなわち、ｐＨ−ＩＳＦＥＴは、（演算増幅器Ａ１，Ａ２，Ａ ３ を有する）電位計用減算器に組み込まれている。しかも、ｐＨ−ＩＳＦＥＴは
、電位計用減算器の増幅率を調整可能な抵抗として設けられている。電位計用減
算器は、一定の電流Ｉを供給する電源と、調整可能な基準電圧Ｖｒｅｆとを有す
る給電装置を具備する。電位計用減算器の入力端には、抵抗Ｒ１に、一定の電圧
Ｉ・Ｒ１が加えられる。電位計用減算器は、ｐＨ−ＩＳＦＥＴのチャンネルの抵
抗に逆比例している出力電圧を、出力信号として送出する。この出力電圧はイン
バーター（Ａ４）によって変換される。最後に、反転された出力電圧と、基準電
圧Ｖｒｅｆとの差分が演算増幅器（Ａ５）によって増幅される。終端の演算増幅
器（Ａ５）の出力は、演算増幅器の入力端に帰還されるので、帰還電流は抵抗（
Ｒ２）を通って流れる。このことによって、ｐＨ−ＩＳＦＥＴのソース・ドレイ
ン電圧を制御することができ、この制御によって、ドレイン電流（ＩＤ）及びド
レイン・ソース電圧（ＶＤＳ）を一定に保つことができる。
【０００８】 しかし乍ら、電位計用減算器におけるｐＨ−ＩＳＦＥＴの配線は、上記電気回
路を非常にコストをかけて実現しなければならないという欠点を有する。特に、
この回路は、非常に多くの構成要素、例えば演算増幅器（Ａ１，Ａ２，Ａ３）及
び６つのオーム抵抗（Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８）を必要とする。非
常に多くの構成要素の故に、回路の製造に時間がかかり、複雑な構成となる。ｐ
Ｈ−ＩＳＦＥＴの知られた配線は、更に、温度のドリフトに対し極めて作用を受
け易い。
路を非常にコストをかけて実現しなければならないという欠点を有する。特に、
この回路は、非常に多くの構成要素、例えば演算増幅器（Ａ１，Ａ２，Ａ３）及
び６つのオーム抵抗（Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８）を必要とする。非
常に多くの構成要素の故に、回路の製造に時間がかかり、複雑な構成となる。ｐ
Ｈ−ＩＳＦＥＴの知られた配線は、更に、温度のドリフトに対し極めて作用を受
け易い。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】 従って、本発明の課題は、明細書導入部に記載されたタイプの装置において、
ｐＨ−ＩＳＦＥＴを、出来る限り簡単な回路で、しかも僅かな構成要素で、更に
、温度のドリフトに対し余り作用を受けることなく、高い測定精度を有する回路
に組み込めるように、構成し改善することにある。
ｐＨ−ＩＳＦＥＴを、出来る限り簡単な回路で、しかも僅かな構成要素で、更に
、温度のドリフトに対し余り作用を受けることなく、高い測定精度を有する回路
に組み込めるように、構成し改善することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】 この課題を解決するために、本発明は、ｐＨ−ＩＳＦＥＴが、少なくとも３つ の抵抗と共に、ブリッジ回路に接続されており、ブリッジ回路のダイアゴナル電 圧は、第１の演算増幅器のプラスの入力端とマイナスの入力端との間にかけられ ており、演算増幅器の出力はブリッジ回路の２つの抵抗によって第１の演算増幅 器の入力端に帰還されており、装置の出力信号は、ｐＨ−ＩＳＦＥＴのドレイン 電位と、基準電極の基準電位との差に相当する出力電圧であること、を提案する 。
【００１１】 かくて、ｐＨ−ＩＳＦＥＴは、特に簡単に構成された回路に組み込まれている
。回路は極少数の構成要素からなり、従って、安価に製造することができる。本
発明に係わる装置は、回路の構造が簡単であるのに、ｐＨ−ＩＳＦＥＴの申し分
のない機能を保証するために、すべての必要な特徴を有する。かくて、回路内で
作動されるｐＨ−ＩＳＦＥＴは、例えば、ｐＨ−ＩＳＦＥＴにある入力電圧に比
例している出力信号を送出する。更に、出力信号は、測定液中のイオン濃度及び
測定液のｐＨ値のための確かな尺度を示す。測定液中のＨ＋イオン濃度の常用対
数と、装置の出力信号との間にリニアな関係があるのは好ましい。
。回路は極少数の構成要素からなり、従って、安価に製造することができる。本
発明に係わる装置は、回路の構造が簡単であるのに、ｐＨ−ＩＳＦＥＴの申し分
のない機能を保証するために、すべての必要な特徴を有する。かくて、回路内で
作動されるｐＨ−ＩＳＦＥＴは、例えば、ｐＨ−ＩＳＦＥＴにある入力電圧に比
例している出力信号を送出する。更に、出力信号は、測定液中のイオン濃度及び
測定液のｐＨ値のための確かな尺度を示す。測定液中のＨ＋イオン濃度の常用対
数と、装置の出力信号との間にリニアな関係があるのは好ましい。
【００１２】 ｐＨ−ＩＳＦＥＴにあるドレイン・ソース電圧ＵＤＳはブリッジ電源電圧ＵＢ ＳＳ 及び抵抗Ｒ２及びＲ３によって調整される。これらの抵抗によって、第１の
演算増幅器の出力は、第１の演算増幅器の入力端に帰還されている。この場合、
以下の関係
演算増幅器の出力は、第１の演算増幅器の入力端に帰還されている。この場合、
以下の関係
【数１】 が成り立つ。このとき、ドレイン・ソース電流ＩＤＳを、ドレイン・ソース電圧
ＵＤＳ及び抵抗Ｒ１によって調整することができる。この抵抗によって，第１の
演算増幅器の出力は、第１の演算増幅器の入力端に帰還されている。この場合、
以下の関係
ＵＤＳ及び抵抗Ｒ１によって調整することができる。この抵抗によって，第１の
演算増幅器の出力は、第１の演算増幅器の入力端に帰還されている。この場合、
以下の関係
【数２】 が成り立つ。これらの関係によって、ｐＨ−ＩＳＦＥＴの動作点を、容易な方法
で、ブリッジ電源電圧ＵＢＳＳの変化なしに，調整することができる。
で、ブリッジ電源電圧ＵＢＳＳの変化なしに，調整することができる。
【００１３】 ドレイン電位は、ｐＨ値の変化によって引き起こされる、ゲート電位の変化に 応じて、 リニアに変化する。何故ならば、演算増幅器はプラスの制御装置として
作動しているからである。調整回路は伝達関数
作動しているからである。調整回路は伝達関数
【数３】 を有する。回路が調整された状態では、ブリッジ回路は補償される。すなわち、
ダイアゴナル電圧Ｕｄ＝０である。ブリッジ回路が調整された状態では、ブリッ
ジ回路の一方側で直列接続された２つの抵抗の間と、ブリッジ回路の他方側にあ
るｐＨ−ＩＳＦＥＴのドレインと抵抗との間とに同一の電位が加えられる。従っ
て、ブリッジ回路が調整された状態では、出力信号は、ブリッジ回路の一方の側
にある２つの直列接続された抵抗の間でもピックアップすることができる。
ダイアゴナル電圧Ｕｄ＝０である。ブリッジ回路が調整された状態では、ブリッ
ジ回路の一方側で直列接続された２つの抵抗の間と、ブリッジ回路の他方側にあ
るｐＨ−ＩＳＦＥＴのドレインと抵抗との間とに同一の電位が加えられる。従っ
て、ブリッジ回路が調整された状態では、出力信号は、ブリッジ回路の一方の側
にある２つの直列接続された抵抗の間でもピックアップすることができる。
【００１４】 ブリッジ回路の３つの抵抗の各々を、当然ながら、多数の直列又は並列接続さ
れた抵抗と取り替えることもできる。出力信号を、これらの抵抗の間の任意の箇
所でピックアップすることができる。個々の抵抗の大きさに従って、かようにピ
ックアップされた出力信号を、ブリッジ回路の一方の側にある２つの直列接続さ
れた抵抗の間で、あるいは、ブリッジ回路の他方の側のｐＨ−ＩＳＦＥＴのドレ
インと抵抗との間でピックアップされた出力信号に対して、オフセット電圧だけ
、シフトすることができる。かくて、（通常のｐH７の場合の）回路の零点を、
ｐＨ−ＩＳＦＥＴの他の操作レベル（特にドレイン・ソース電圧ＵＤＳ及びドレ
イン・ソース電流ＩＤＳ）に無関係に調整することができる。
れた抵抗と取り替えることもできる。出力信号を、これらの抵抗の間の任意の箇
所でピックアップすることができる。個々の抵抗の大きさに従って、かようにピ
ックアップされた出力信号を、ブリッジ回路の一方の側にある２つの直列接続さ
れた抵抗の間で、あるいは、ブリッジ回路の他方の側のｐＨ−ＩＳＦＥＴのドレ
インと抵抗との間でピックアップされた出力信号に対して、オフセット電圧だけ
、シフトすることができる。かくて、（通常のｐH７の場合の）回路の零点を、
ｐＨ−ＩＳＦＥＴの他の操作レベル（特にドレイン・ソース電圧ＵＤＳ及びドレ
イン・ソース電流ＩＤＳ）に無関係に調整することができる。
【００１５】 装置の出力信号は温度の影響に左右されない。何故ならば、装置は、同様に測 定液に設けられている基準電極を有しているからである。出力信号は、ｐＨ−Ｉ ＳＦＥＴのドレイン電位と、基準電極の基準電位との差に相当する出力電圧であ る。
【００１６】 本発明に係わる装置の好ましい実施の形態によれば、装置は、同様に測定液に
設けられている基準ＩＳＦＥＴを有し、出力信号は、ｐＨ−ＩＳＦＥＴのドレイ
ン電位と、基準ＩＳＦＥＴのドレイン電位との差に相当する出力電圧であること
が提案される。基準ＩＳＦＥＴが、本発明に係わる装置のｐＨ−ＩＳＦＥＴのよ
うに、ブリッジ回路に配線されているのは好ましい。この実施の形態によれば、
イオン濃度を測定するための従来のガラス電極のみを、ｐＨ−ＩＳＦＥＴと取り
替えるのではない。むしろ、従来のガラス電極として形成された基準電極をもＩ
ＳＦＥＴと取り替える。
設けられている基準ＩＳＦＥＴを有し、出力信号は、ｐＨ−ＩＳＦＥＴのドレイ
ン電位と、基準ＩＳＦＥＴのドレイン電位との差に相当する出力電圧であること
が提案される。基準ＩＳＦＥＴが、本発明に係わる装置のｐＨ−ＩＳＦＥＴのよ
うに、ブリッジ回路に配線されているのは好ましい。この実施の形態によれば、
イオン濃度を測定するための従来のガラス電極のみを、ｐＨ−ＩＳＦＥＴと取り
替えるのではない。むしろ、従来のガラス電極として形成された基準電極をもＩ
ＳＦＥＴと取り替える。
【００１７】 第１の演算増幅器の出力が、コンデンサーによって、第１の演算増幅器のマイ ナスの入力端に帰還されていることは好ましい。このことによって、装置の振動 を抑えることができる。
【００１８】 本発明の好ましい実施の形態によれば、抵抗にオーム抵抗を使用している。し かし、演算増幅器の出力を第１の演算増幅器の入力端に帰還するのに用いる抵抗 を、電源と取り替えることも考えられる。なお、この電源は、飽和で作動される 電界効果トランジスターによって実現できる。
【００１９】 装置が、出来る限り低い光感度を有する出力信号を送出するように、本発明の
好都合な実施の形態によれば、ｐＨ−ＩＳＦＥＴのドレイン電位及び電位シフト
電極の擬似基準電位は第１の差分信号となり、基準ＩＳＦＥＴのドレイン電位及
び擬似基準電位は第２の差分信号となり、出力信号は第１の差分信号と第２の差
分信号との差に相当しており、ｐＨ−ＩＳＦＥＴと基準ＩＳＦＥＴとのゲート領
域には同一の照明状況が支配していること、が提案される。電位シフト電極は、
銀層又は塩化銀層を有する金属ピンとして形成されていることは好ましい。基準
ＩＳＦＥＴは一定のｐＨ値（例えばｐＨ＝７）を有する測定チャンバーに設けら
れている。測定チャンバーはダイヤフラムによって測定液とつながっている。
好都合な実施の形態によれば、ｐＨ−ＩＳＦＥＴのドレイン電位及び電位シフト
電極の擬似基準電位は第１の差分信号となり、基準ＩＳＦＥＴのドレイン電位及
び擬似基準電位は第２の差分信号となり、出力信号は第１の差分信号と第２の差
分信号との差に相当しており、ｐＨ−ＩＳＦＥＴと基準ＩＳＦＥＴとのゲート領
域には同一の照明状況が支配していること、が提案される。電位シフト電極は、
銀層又は塩化銀層を有する金属ピンとして形成されていることは好ましい。基準
ＩＳＦＥＴは一定のｐＨ値（例えばｐＨ＝７）を有する測定チャンバーに設けら
れている。測定チャンバーはダイヤフラムによって測定液とつながっている。
【００２０】 この装置では、ｐＨ−ＩＳＦＥＴ及び基準ＩＳＦＥＴは、電位シフト電極の擬
似基準電位に関していわゆる差分モードで作動される。差分の形成の故に、ｐＨ
−ＩＳＦＥＴ及び基準ＩＳＦＥＴの、２つの差分信号における、光に左右される
信号成分は、ほぼ完全に補償される。かくて、出力信号も、照明状況に最も大幅
に左右されず、ｐＨ−ＩＳＦＥＴ及び基準ＩＳＦＥＴのゲート領域における同一
の照明状況では、完全に左右されない。
似基準電位に関していわゆる差分モードで作動される。差分の形成の故に、ｐＨ
−ＩＳＦＥＴ及び基準ＩＳＦＥＴの、２つの差分信号における、光に左右される
信号成分は、ほぼ完全に補償される。かくて、出力信号も、照明状況に最も大幅
に左右されず、ｐＨ−ＩＳＦＥＴ及び基準ＩＳＦＥＴのゲート領域における同一
の照明状況では、完全に左右されない。
【００２１】 電位シフト電極の擬似基準電位に関し差分モードで作動されるこの装置の場合
でも、ｐＨ−ＩＳＦＥＴが、少なくとも３つの抵抗と共に、ブリッジ回路内に接
続されているのは好ましい。電位シフト電極の擬似基準電位に関する装置の作動
は、前記利点を有するが、請求項１の特徴部分のこれらの特徴を有するわけでは
ない。従って、この特許の保護は、請求項１の特徴部分に記載された特徴を有し
ない、最後に記述されたタイプの装置にも及ぶ。
でも、ｐＨ−ＩＳＦＥＴが、少なくとも３つの抵抗と共に、ブリッジ回路内に接
続されているのは好ましい。電位シフト電極の擬似基準電位に関する装置の作動
は、前記利点を有するが、請求項１の特徴部分のこれらの特徴を有するわけでは
ない。従って、この特許の保護は、請求項１の特徴部分に記載された特徴を有し
ない、最後に記述されたタイプの装置にも及ぶ。
【００２２】 ブリッジ電源電圧が一定であるのは好ましい。一定のブリッジ電源電圧は、出
来る限り安定的な出力電圧を発生させるために、本発明に係わる装置の回路の演
算増幅器に用いられる。出力電圧の安定性はブリッジ電源電圧のそれよりも良い
わけではない。従って、ブリッジ電源電圧を出来る限り安定的に保つためには、
出来る限り安定的な電圧源が重要である。
来る限り安定的な出力電圧を発生させるために、本発明に係わる装置の回路の演
算増幅器に用いられる。出力電圧の安定性はブリッジ電源電圧のそれよりも良い
わけではない。従って、ブリッジ電源電圧を出来る限り安定的に保つためには、
出来る限り安定的な電圧源が重要である。
【００２３】 一定の電圧を発生させる種々の可能性が知られている。特に好ましい実施の形
態によれば、ブリッジ電源電圧はいわゆるバンドギャップダイオードのバンドス
ペース基準電圧として形成されていることが提案される。
態によれば、ブリッジ電源電圧はいわゆるバンドギャップダイオードのバンドス
ペース基準電圧として形成されていることが提案される。
【００２４】 ｐＨ−ＩＳＦＥＴのドレイン・ソース電圧が測定工程中一定であることは好ま
しい。これに加えて又は他に、ｐＨ−ＩＳＦＥＴのドレイン・ソース電流は測定
工程中一定である。ドレイン・ソース電圧及びドレイン・ソース電流が一定であ
る動作状態は、定電荷モード（ＣＣＭ）とも呼ばれる。ＩＳＦＥＴのゲートはコ
ンデンサーである。ＣＣＭでのＩＳＦＥＴの作動によって、コンデンサーの電荷
は一定であり、これによって、再電荷工程は生じない。このことによって、ＩＳ
ＦＥＴは従来技術よりも速く応答し、より正確な測定値をもたらす。何故ならば
、ヒステリシス効果も生じることがないからである。
しい。これに加えて又は他に、ｐＨ−ＩＳＦＥＴのドレイン・ソース電流は測定
工程中一定である。ドレイン・ソース電圧及びドレイン・ソース電流が一定であ
る動作状態は、定電荷モード（ＣＣＭ）とも呼ばれる。ＩＳＦＥＴのゲートはコ
ンデンサーである。ＣＣＭでのＩＳＦＥＴの作動によって、コンデンサーの電荷
は一定であり、これによって、再電荷工程は生じない。このことによって、ＩＳ
ＦＥＴは従来技術よりも速く応答し、より正確な測定値をもたらす。何故ならば
、ヒステリシス効果も生じることがないからである。
【００２５】
【発明の実施の形態】 以下、図面を参照して、本発明の２つの好ましい実施の形態を詳述する。図１
では、本発明に係わる装置の全体に参照符号１が付されている。装置１はイオン
センシティブ電界効果トランジスター（ｐＨ−ＩＳＦＥＴ）２が組み込まれてい
る電子回路を有する。ｐＨ−ＩＳＦＥＴ２によって、測定液中のイオン濃度を測
定することができる。そのとき、イオン濃度から、測定液のｐＨ値を算出するこ
とができる。
では、本発明に係わる装置の全体に参照符号１が付されている。装置１はイオン
センシティブ電界効果トランジスター（ｐＨ−ＩＳＦＥＴ）２が組み込まれてい
る電子回路を有する。ｐＨ−ＩＳＦＥＴ２によって、測定液中のイオン濃度を測
定することができる。そのとき、イオン濃度から、測定液のｐＨ値を算出するこ
とができる。
【００２６】 ｐＨ−ＩＳＦＥＴ２は、３つの抵抗（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３）と共に、ブリッジ回
路に接続されている。また、２つの給電点３介して、一定のブリッジ電源電圧Ｕ ＢＳＳ がブリッジ回路に加えられる。ブリッジ回路のダイアゴナル電圧ＵＤは第
１の演算増幅器ＯＰのプラス入力端４とマイナス入力端５との間に加えられる。
演算増幅器ＯＰの出力は、ブリッジ回路の３つの抵抗のうちの２個（Ｒ１，Ｒ２ ）によって、演算増幅器ＯＰの入力端４，５へ帰還される。演算増幅器ＯＰのマ
イナスの入力端５にはｐＨ−ＩＳＦＥＴ２のドレイン電位ＦＤが加えられる。演
算増幅器ＯＰは回路内でプラスの調整器として作動する。この理由から、ドレイ
ン電位ＦＤはゲート電位ＦＧに応動する。第１の演算増幅器ＯＰは対称的に配線
されている。すなわち、演算増幅器の入力端４，５には、アースに関してほぼ同
一のインピーダンスがある。このことは、入力端４，５でのコモンモード干渉が
、温度による抵抗の変化によっても、より良く補償され、このことが演算増幅器
ＯＰのより良好な直線性をもたらす、という利点を有する。
路に接続されている。また、２つの給電点３介して、一定のブリッジ電源電圧Ｕ ＢＳＳ がブリッジ回路に加えられる。ブリッジ回路のダイアゴナル電圧ＵＤは第
１の演算増幅器ＯＰのプラス入力端４とマイナス入力端５との間に加えられる。
演算増幅器ＯＰの出力は、ブリッジ回路の３つの抵抗のうちの２個（Ｒ１，Ｒ２ ）によって、演算増幅器ＯＰの入力端４，５へ帰還される。演算増幅器ＯＰのマ
イナスの入力端５にはｐＨ−ＩＳＦＥＴ２のドレイン電位ＦＤが加えられる。演
算増幅器ＯＰは回路内でプラスの調整器として作動する。この理由から、ドレイ
ン電位ＦＤはゲート電位ＦＧに応動する。第１の演算増幅器ＯＰは対称的に配線
されている。すなわち、演算増幅器の入力端４，５には、アースに関してほぼ同
一のインピーダンスがある。このことは、入力端４，５でのコモンモード干渉が
、温度による抵抗の変化によっても、より良く補償され、このことが演算増幅器
ＯＰのより良好な直線性をもたらす、という利点を有する。
【００２７】 測定液のｐＨ値の変化によって、ｐＨ−ＩＳＦＥＴ２のゲート電位ＦＧが変化
する。このことはチャネル抵抗の変化、つまりドレイン電位ＦＤの変化をもたら
す。演算増幅器ＯＰのマイナスの入力端５に加えられるドレイン電位ＦＤは、さ
らに装置１から取り出される。ドレイン電位ＦＤと基準電位ＦＲＥＦとの差は、
出力電圧ＵｐＨと呼ばれる。出力電圧ＵｐＨは装置１の出力信号であり、測定液
のｐＨ値に比例している。回路の出力電圧ＵｐＨは、回路の対称的な構造に基づ
き、温度に大幅に左右されない。図１に示した装置１では、基準電位ＦＲＥＦは
、同様に測定液中に設けられている基準電極６によって、発生される。しかし、
基準電極６を、本発明に係わる他の装置（図２を参照）と取り替えることも考え
られる。この場合、本発明に係わる装置のドレイン電位を基準電位ＦＲＥＦとし
て用いることも考えられる。
する。このことはチャネル抵抗の変化、つまりドレイン電位ＦＤの変化をもたら
す。演算増幅器ＯＰのマイナスの入力端５に加えられるドレイン電位ＦＤは、さ
らに装置１から取り出される。ドレイン電位ＦＤと基準電位ＦＲＥＦとの差は、
出力電圧ＵｐＨと呼ばれる。出力電圧ＵｐＨは装置１の出力信号であり、測定液
のｐＨ値に比例している。回路の出力電圧ＵｐＨは、回路の対称的な構造に基づ
き、温度に大幅に左右されない。図１に示した装置１では、基準電位ＦＲＥＦは
、同様に測定液中に設けられている基準電極６によって、発生される。しかし、
基準電極６を、本発明に係わる他の装置（図２を参照）と取り替えることも考え
られる。この場合、本発明に係わる装置のドレイン電位を基準電位ＦＲＥＦとし
て用いることも考えられる。
【００２８】 装置１の抵抗Ｒ４，Ｒ５及び他の回路７は分圧器として作用する。かくて、給
電点３同士の間には、動作電圧＋ＵＢ，−ＵＢとは異なる電圧（ブリッジ電源電
圧ＵＢＳＳ）が調整可能に加えられる。ブリッジ電源電圧ＵＢＳＳは、固定の基
準電位のない、いわゆる浮動する電圧基準である。他の回路７の、上の給電点３
では、＋ＵＢ−ＵＲ４と−ＵＢ＋ＵＢＳＳ＋ＵＲ５との電位が調整可能に加えら
れる。他の回路７の、下の給電点３には、＋ＵＢ−ＵＢＳＳ−ＵＲ４と−ＵＢ＋
ＵＲ５との電位が調整可能に加えられる。しかし乍ら、２つの給電点３の間には
、常に、ブリッジ電源電圧ＵＢＳＳが加えられる。
電点３同士の間には、動作電圧＋ＵＢ，−ＵＢとは異なる電圧（ブリッジ電源電
圧ＵＢＳＳ）が調整可能に加えられる。ブリッジ電源電圧ＵＢＳＳは、固定の基
準電位のない、いわゆる浮動する電圧基準である。他の回路７の、上の給電点３
では、＋ＵＢ−ＵＲ４と−ＵＢ＋ＵＢＳＳ＋ＵＲ５との電位が調整可能に加えら
れる。他の回路７の、下の給電点３には、＋ＵＢ−ＵＢＳＳ−ＵＲ４と−ＵＢ＋
ＵＲ５との電位が調整可能に加えられる。しかし乍ら、２つの給電点３の間には
、常に、ブリッジ電源電圧ＵＢＳＳが加えられる。
【００２９】 図２には、基準電極６に代わって基準ＩＳＦＥＴ８が用いられる、本発明に係
わる装置１が示されている。図２の装置１が、出来る限り低い光感度を有する出
力信号ＵｐＨを送出するように、ｐＨ−ＩＳＦＥＴ２のドレイン電位ＦＤ及び電
位シフト電極９の擬似基準電位は第１の差分信号Ｕｄｆｆ１となり、基準ＩＳＦ
ＥＴ８のドレイン電位ＦＲＥＦ及び擬似基準電位は第２の差分信号Ｕｄｆｆ２と
なる。出力信号ＵｐＨは第１の差分信号Ｕｄｆｆ１と第２差分信号Ｕｄｆｆ２と
の差に相当する。ｐＨ−ＩＳＦＥＴ２と基準ＩＳＦＥＴ８とのゲート領域には同
一の照明状況が支配していることが好ましい。電位シフト電極９は、銀層又は塩
化銀層を有する金属ピンとして形成されていることは好ましい。基準ＩＳＦＥＴ
８は、一定のｐＨ値（例えばｐＨ＝７）を有する基準溶液１３が入っている測定
チャンバー１０に設けられている。測定チャンバー１０は、ダイヤフラム１１に
よって測定液１２とつながっている。
わる装置１が示されている。図２の装置１が、出来る限り低い光感度を有する出
力信号ＵｐＨを送出するように、ｐＨ−ＩＳＦＥＴ２のドレイン電位ＦＤ及び電
位シフト電極９の擬似基準電位は第１の差分信号Ｕｄｆｆ１となり、基準ＩＳＦ
ＥＴ８のドレイン電位ＦＲＥＦ及び擬似基準電位は第２の差分信号Ｕｄｆｆ２と
なる。出力信号ＵｐＨは第１の差分信号Ｕｄｆｆ１と第２差分信号Ｕｄｆｆ２と
の差に相当する。ｐＨ−ＩＳＦＥＴ２と基準ＩＳＦＥＴ８とのゲート領域には同
一の照明状況が支配していることが好ましい。電位シフト電極９は、銀層又は塩
化銀層を有する金属ピンとして形成されていることは好ましい。基準ＩＳＦＥＴ
８は、一定のｐＨ値（例えばｐＨ＝７）を有する基準溶液１３が入っている測定
チャンバー１０に設けられている。測定チャンバー１０は、ダイヤフラム１１に
よって測定液１２とつながっている。
【００３０】
【発明の効果】 以上詳述したように本発明によれば、ｐＨ−ＩＳＦＥＴを、出来る限り簡単な
回路で、しかも僅かな構成要素で、更に、温度のドリフトに対し余り作用を受け
ず、高い測定精度を有する回路に組み込めるように、構成し改善することができ
る。
回路で、しかも僅かな構成要素で、更に、温度のドリフトに対し余り作用を受け
ず、高い測定精度を有する回路に組み込めるように、構成し改善することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態に記載された、本発明に係わる装置の配線図を示している。
【図２】 第２の実施の形態に記載された、本発明に係わる装置の略図を示している。
【符号の説明】 １…装置、 ２…イオンセンシティブ電界効果トランジスター（ｐＨ−ＩＳＦＥＴ）、 ３…給電点、 ４、５…入力端、 ６…基準電極、 ８…基準ＩＳＦＥＴ、 ９…電位シフト電極、 １０…測定チャンバー、 １１…ダイヤフラム、 １２…測定液、 ＯＰ…演算増幅器、 Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…抵抗。
Claims (12)
- 【請求項１】 測定液（１２）中のイオン、特に水素（Ｈ＋）イオンの濃度
を、少なくとも１つのイオンセンシティブ電界効果トランジスター（ｐＨ−ＩＳ
ＦＥＴ）（２）によって測定する装置であって、前記トランジスターは、この装
置（１）の内部で、電気回路に組み込まれていて、この電気回路は前記測定液（
１２）中のイオン濃度の尺度を示す出力信号を送出してなる装置（１）において
、 少なくとも１つのｐＨ−ＩＳＦＥＴ（２）は、少なくとも３つの抵抗（Ｒ１，
Ｒ２，Ｒ３）と共に、ブリッジ回路に接続されていること、を特徴とする装置（
１）。 - 【請求項２】 前記ブリッジ回路の給電点（３）にはブリッジ電源電圧（Ｕ ＢＳＳ ）が加えられ、及び、前記ブリッジ回路のダイアゴナル電圧（ＵＤ）は、
第１の演算増幅器（ＯＰ）のプラスの入力端（４）とマイナスの入力端（５）と
の間に加えられ、前記演算増幅器の出力は前記ブリッジ回路の２つの抵抗（Ｒ１ ，Ｒ２）によって前記第１の演算増幅器（ＯＰ）の前記入力端（４，５）に帰還
されていること、を特徴とする請求項１に記載の装置（１）。 - 【請求項３】 前記第１の演算増幅器（ＯＰ）の出力は、コンデンサーによ
って、前記第１の演算増幅器（ＯＰ）の前記マイナスの入力端（５）に帰還され
ていること、を特徴とする請求項２に記載の装置（１）。 - 【請求項４】 前記抵抗（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３）はオーム抵抗であること、を
特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の装置（１）。 - 【請求項５】 出力信号は前記ｐＨ−ＩＳＦＥＴ（２）のドレイン電位（Ｆ Ｄ ）であること、を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の装置（１）
。 - 【請求項６】 前記装置（１）の出力信号は温度の影響に左右されないこと
、を特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の装置（１）。 - 【請求項７】 前記装置（１）は、同様に前記測定液（１２）に設けられて
いる基準電極（６）を有し、出力信号は、前記ｐＨ−ＩＳＦＥＴ（２）の前記ド
レイン電位（ＦＤ）と、前記基準電極（６）の基準電位（ＦＲＥＦ）との差に相
当する出力電圧（ＵｐＨ）であること、を特徴とする請求項６に記載の装置（１
）。 - 【請求項８】 前記装置（１）は、同様に前記測定液（１２）に設けられて
いる基準ＩＳＦＥＴ（８）を有し、出力信号は、前記ｐＨ−ＩＳＦＥＴ（２）の
前記ドレイン電位（ＦＤ）と、前記基準ＩＳＦＥＴ（８）の基準電位（ＦＲＥＦ ）との差に相当する出力電圧（ＵｐＨ）であること、を特徴とする請求項６に記
載の装置（１）。 - 【請求項９】 前記ｐＨ−ＩＳＦＥＴ（２）の前記ドレイン電位（ＦＤ）及
び電位シフト電極（９）の擬似基準電位は第１の差分信号（Ｕｄｆｆ１）であり
、前記基準ＩＳＦＥＴ（８）のドレイン電位（ＦＤ）及び擬似基準電位は第２の
差分信号（Ｕｄｆｆ２）であり、出力信号（ＵｐＨ）は第１の差分信号（Ｕｄｆ ｆ１ ）と第２の差分信号（Ｕｄｆｆ２）との差に相当し、前記ｐＨ−ＩＳＦＥＴ
（２）と前記基準ＩＳＦＥＴ（８）とのゲート領域には同一の照明状況が支配し
ていること、を特徴とする請求項８に記載の装置（１）。 - 【請求項１０】 前記ブリッジ電源電圧（ＵＢＳＳ）はバンドギャップダイ
オードのバンドスペース基準電圧であること、を特徴とする請求項１乃至９のい
ずれか１に記載の装置（１）。 - 【請求項１１】 前記ｐＨ−ＩＳＦＥＴ（２）のドレイン・ソース電圧（Ｕ ＤＳ ）は測定工程中一定であること、を特徴とする請求項１乃至１０のいずれか
１に記載の装置（１）。 - 【請求項１２】 前記ｐＨ−ＩＳＦＥＴ（２）のドレイン・ソース電流（Ｉ ＤＳ ）は測定工程中一定であること、を特徴とする請求項１乃至１１のいずれか
１に記載の装置（１）。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19857953.5 | 1998-12-16 | ||
| DE19857953A DE19857953C2 (de) | 1998-12-16 | 1998-12-16 | Vorrichtung zum Messen der Konzentration von Ionen in einer Meßflüssigkeit |
| PCT/EP1999/009804 WO2000036408A1 (de) | 1998-12-16 | 1999-12-11 | Vorrichtung zum messen der konzentration von ionen in einer messflüssigkeit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002532716A true JP2002532716A (ja) | 2002-10-02 |
Family
ID=7891228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000588597A Pending JP2002532716A (ja) | 1998-12-16 | 1999-12-11 | 測定液中のイオン濃度を測定する装置 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6624637B1 (ja) |
| EP (1) | EP1153286B1 (ja) |
| JP (1) | JP2002532716A (ja) |
| AT (1) | ATE289064T1 (ja) |
| CA (1) | CA2354424A1 (ja) |
| DE (2) | DE19857953C2 (ja) |
| WO (1) | WO2000036408A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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