JPH0684949B2 - イオン濃度を測定する方法 - Google Patents
イオン濃度を測定する方法Info
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- JPH0684949B2 JPH0684949B2 JP57077591A JP7759182A JPH0684949B2 JP H0684949 B2 JPH0684949 B2 JP H0684949B2 JP 57077591 A JP57077591 A JP 57077591A JP 7759182 A JP7759182 A JP 7759182A JP H0684949 B2 JPH0684949 B2 JP H0684949B2
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- 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
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は所定のイオン種に対して異なる感度を有する２
つの感イオン性電界効果形トランジスタならびに導電性
の参照電極を溶液と接触させ、１つの感イオン性電界効
果形トランジスタのゲートと参照電極との間の電位差を
表わす第１の出発信号ならびに別の感イオン性電界効果
形トランジスタのゲートと参照電極との間の電位差を表
わす第２の出発信号を測定し、検出されるイオン濃度を
第１の出発信号と第２の出発信号との差から測定するこ
とにより、溶液のイオン濃度を測定する方法に関する。
つの感イオン性電界効果形トランジスタならびに導電性
の参照電極を溶液と接触させ、１つの感イオン性電界効
果形トランジスタのゲートと参照電極との間の電位差を
表わす第１の出発信号ならびに別の感イオン性電界効果
形トランジスタのゲートと参照電極との間の電位差を表
わす第２の出発信号を測定し、検出されるイオン濃度を
第１の出発信号と第２の出発信号との差から測定するこ
とにより、溶液のイオン濃度を測定する方法に関する。
溶液のイオン濃度測定には種々の電気化学的方法が使用
される。最近の電子的補助手段に適する操作の簡単な測
定法はイオン選択性電極による電位測定である。イオン
選択性電極は電極材料／電解液の相境界に電位差が生ず
る電気化学的半電池である。この電位差△は電極が感
ずるイオンの濃度（正確には活量ａ）に関係する。理論
的にこの関係はネルンストの式： で表わされる。ここにＴは絶対温度、Ｒは１モル当りの
気体定数、Ｆはフアラデー定数、ＺはこのイオンMeZ+の
原子価である。△０はイオン活量aMeZ+＝１に対する
半電池の電位である。電位△０は標準電位と称され
る。多数の感イオン性電極が公知である。簡単な無機イ
オンのみならず、アミノ酸および錯有機化合物たとえば
酵素およびタン白質の測定も可能である。
される。最近の電子的補助手段に適する操作の簡単な測
定法はイオン選択性電極による電位測定である。イオン
選択性電極は電極材料／電解液の相境界に電位差が生ず
る電気化学的半電池である。この電位差△は電極が感
ずるイオンの濃度（正確には活量ａ）に関係する。理論
的にこの関係はネルンストの式： で表わされる。ここにＴは絶対温度、Ｒは１モル当りの
気体定数、Ｆはフアラデー定数、ＺはこのイオンMeZ+の
原子価である。△０はイオン活量aMeZ+＝１に対する
半電池の電位である。電位△０は標準電位と称され
る。多数の感イオン性電極が公知である。簡単な無機イ
オンのみならず、アミノ酸および錯有機化合物たとえば
酵素およびタン白質の測定も可能である。
電気化学における電位測定は測定電極と参照電極の間の
電位差を測定して行われる。この場合測定電極は検出す
べきイオンにできるだけ選択的に応答しなければならな
い。しかし参照電極は測定溶液（電解液）中の不純物に
対し不感性でなければならない。場合により２つの電極
は別の電解液、すなわち測定すべき電解液と参照電解液
（標準溶液）へ浸漬し、これをいわゆる塩橋によつて互
いに結合しなければならない。塩橋は２つの電解液を結
合する彎曲したガラス管または毛管からなり、この管は
カチオンおよびアニオンが同じ移動度を有する塩の溶液
を含む。このような装置は非常に高価である。
電位差を測定して行われる。この場合測定電極は検出す
べきイオンにできるだけ選択的に応答しなければならな
い。しかし参照電極は測定溶液（電解液）中の不純物に
対し不感性でなければならない。場合により２つの電極
は別の電解液、すなわち測定すべき電解液と参照電解液
（標準溶液）へ浸漬し、これをいわゆる塩橋によつて互
いに結合しなければならない。塩橋は２つの電解液を結
合する彎曲したガラス管または毛管からなり、この管は
カチオンおよびアニオンが同じ移動度を有する塩の溶液
を含む。このような装置は非常に高価である。
この種の電極とくに感イオン性電極の絶対電位の値がた
とえば電極の不所望の化学変化によつて生ずる妨害的変
動を示すことは電気化学の経験的事実である。それゆえ
電極を使用する前に標準溶液により較正する手段が常用
される。これに反し電位と検出すべきイオンの活量の関
係は著しく良好に一定である。多くの電極でネルンスト
の式によつてあらかじめ与えられた値が達成される。そ
れゆえしばしば連続測定のため電位の絶対値を決定する
較正点だけは測定するけれど、電位の濃度依存性はメー
カのデータに頼り、またはネルンストの式による関係を
前提とする。電位の測定には２つの電極、測定および参
照電極の特性が影響する。参照電極では約５％の（参
照）電位の変動が生じうる。
とえば電極の不所望の化学変化によつて生ずる妨害的変
動を示すことは電気化学の経験的事実である。それゆえ
電極を使用する前に標準溶液により較正する手段が常用
される。これに反し電位と検出すべきイオンの活量の関
係は著しく良好に一定である。多くの電極でネルンスト
の式によつてあらかじめ与えられた値が達成される。そ
れゆえしばしば連続測定のため電位の絶対値を決定する
較正点だけは測定するけれど、電位の濃度依存性はメー
カのデータに頼り、またはネルンストの式による関係を
前提とする。電位の測定には２つの電極、測定および参
照電極の特性が影響する。参照電極では約５％の（参
照）電位の変動が生じうる。
測定電極としてはたとえば雑誌Ion-Selective Electrod
e Review Vol.1,1979年31〜79ページのJ.Janataおよび
R.J.Huberによる論文“Ion-Sensitive Field Effect Tr
ansister"に記載されるいわゆる感イオン性電界効果形
トランジスタ（ISFET）も使用される。このような感イ
オン性電界効果形トランジスタ（ISFETs）により同様溶
液のイオン濃度を電気信号に変換することができる。こ
の場合溶液とISFETsの感イオン性ゲートの間に電位差が
発生する。しかしこの電位差は直接測定されずに、それ
によつて影響されるISFETsのドレイン−ソース電流が測
定される。ドレイン−ソース電流はそれゆえISFETsで測
定すべき電解液と直接結合しているゲート電極の電位の
尺度である。しかし参照として、かつ動作点を決定する
ため、この場合もゲート電位を決定する参照電極が必要
である。それゆえ結局ISFETsを使用する場合、同様参照
電極の精度および再現性が決定的である。測定電極とし
てISFETをこのように使用する場合、したがつて従来の
２電極による電位測定に比して少しも基本的進歩は達成
されない。
e Review Vol.1,1979年31〜79ページのJ.Janataおよび
R.J.Huberによる論文“Ion-Sensitive Field Effect Tr
ansister"に記載されるいわゆる感イオン性電界効果形
トランジスタ（ISFET）も使用される。このような感イ
オン性電界効果形トランジスタ（ISFETs）により同様溶
液のイオン濃度を電気信号に変換することができる。こ
の場合溶液とISFETsの感イオン性ゲートの間に電位差が
発生する。しかしこの電位差は直接測定されずに、それ
によつて影響されるISFETsのドレイン−ソース電流が測
定される。ドレイン−ソース電流はそれゆえISFETsで測
定すべき電解液と直接結合しているゲート電極の電位の
尺度である。しかし参照として、かつ動作点を決定する
ため、この場合もゲート電位を決定する参照電極が必要
である。それゆえ結局ISFETsを使用する場合、同様参照
電極の精度および再現性が決定的である。測定電極とし
てISFETをこのように使用する場合、したがつて従来の
２電極による電位測定に比して少しも基本的進歩は達成
されない。
それゆえ本発明の目的はとくに参照電極とほぼ無関係で
あり、かつ装置較正用標準溶液を使用する必要のない、
溶液のイオン濃度を測定する方法を得ることである。
あり、かつ装置較正用標準溶液を使用する必要のない、
溶液のイオン濃度を測定する方法を得ることである。
この目的は、本発明によれば、２つの感イオン性電界効
果形トランジスタの動作点を調節するために、それぞれ
の感イオン性電界効果形トランジスタに所定のドレイン
電流を供給し、 ２つの調節された動作点を参照電極とそれぞれの感イオ
ン性電界効果形トランジスタのゲートとの間のそのつど
の電位差を別々に制御することによって溶液の濃度変動
に依存せずに一定に保持し、 それぞれ２つの制御される電位差に相当する電圧を第１
の出発信号および第２の出発信号として使用することに
よって解決される。有利な実施態様は、特許請求の範囲
第１項から第５項までのいずれか１項に記載されてい
る。絶対電位の時間的変動が大きい参照電極または測定
電極を、それによつてイオン濃度測定の精度および再現
性にほとんど影響を与えることなく検出しうることにあ
る。第２の利点はイオン濃度測定が参照電極または測定
電極のとくに材料および構造にほとんど無関係なことに
あり、したがつてこれらの電極を簡単に安価に製造する
ことができる。第３の利点はとくに正確な連続測定の際
に濃度表示装置の時間を要する最初およびまたは中間の
較正を必要としないことである。
果形トランジスタの動作点を調節するために、それぞれ
の感イオン性電界効果形トランジスタに所定のドレイン
電流を供給し、 ２つの調節された動作点を参照電極とそれぞれの感イオ
ン性電界効果形トランジスタのゲートとの間のそのつど
の電位差を別々に制御することによって溶液の濃度変動
に依存せずに一定に保持し、 それぞれ２つの制御される電位差に相当する電圧を第１
の出発信号および第２の出発信号として使用することに
よって解決される。有利な実施態様は、特許請求の範囲
第１項から第５項までのいずれか１項に記載されてい
る。絶対電位の時間的変動が大きい参照電極または測定
電極を、それによつてイオン濃度測定の精度および再現
性にほとんど影響を与えることなく検出しうることにあ
る。第２の利点はイオン濃度測定が参照電極または測定
電極のとくに材料および構造にほとんど無関係なことに
あり、したがつてこれらの電極を簡単に安価に製造する
ことができる。第３の利点はとくに正確な連続測定の際
に濃度表示装置の時間を要する最初およびまたは中間の
較正を必要としないことである。
次に本発明の実施例を図面により説明する。
本発明は測定すべきイオンに対しては異なる感度を有す
るけれど、他のイオンたとえば溶剤のイオンに対しては
同じ感度を示す測定電極があるとの意外な認識に基く。
このような挙動を第１図により説明する。横軸はイオン
の測定すべき濃度Ｋを示す。縦軸は本発明による測定電
極IS1またはIS2の出力信号Ｖを示す。この出力信号VIS1
またはVIS2で表わされ、単に本発明の理解を容易にする
ための濃度K0で同じ値の出力信号が存在するように標準
化される。測定電極IS1およびIS2は測定すべきイオンに
対し異なる感度を有するので、時間t0に対しVIS1(t0)ま
たはVIS2(t0)で表わす濃度依存出力信号が生ずる。この
ような測定を後の時点t1に対し同じ測定電極IS1またはI
S2で繰返すと、意外にも破線で示す出力信号VIS1(t1)ま
たはVIS2(t1)が得られ、この信号はほぼ同じ値△Ｖだけ
もとの出力信号からずれている。すなわちこの測定電極
IS1またはIS2によれば出力信号の絶対値だけが同じ方向
に同じ値だけ変化するけれど、測定すべきイオンまたは
イオン混合物に対する濃度依存性（感度）はほぼ不変に
留まる。時間差△ｔ＝t1−t0の間の出力信号の△Ｖのず
れは多くの原因たとえば溶液の温度変化、電極表面の化
学的または物理的変化から生ずる。
るけれど、他のイオンたとえば溶剤のイオンに対しては
同じ感度を示す測定電極があるとの意外な認識に基く。
このような挙動を第１図により説明する。横軸はイオン
の測定すべき濃度Ｋを示す。縦軸は本発明による測定電
極IS1またはIS2の出力信号Ｖを示す。この出力信号VIS1
またはVIS2で表わされ、単に本発明の理解を容易にする
ための濃度K0で同じ値の出力信号が存在するように標準
化される。測定電極IS1およびIS2は測定すべきイオンに
対し異なる感度を有するので、時間t0に対しVIS1(t0)ま
たはVIS2(t0)で表わす濃度依存出力信号が生ずる。この
ような測定を後の時点t1に対し同じ測定電極IS1またはI
S2で繰返すと、意外にも破線で示す出力信号VIS1(t1)ま
たはVIS2(t1)が得られ、この信号はほぼ同じ値△Ｖだけ
もとの出力信号からずれている。すなわちこの測定電極
IS1またはIS2によれば出力信号の絶対値だけが同じ方向
に同じ値だけ変化するけれど、測定すべきイオンまたは
イオン混合物に対する濃度依存性（感度）はほぼ不変に
留まる。時間差△ｔ＝t1−t0の間の出力信号の△Ｖのず
れは多くの原因たとえば溶液の温度変化、電極表面の化
学的または物理的変化から生ずる。
それゆえ本発明により第１図に示すこのような出力信号
IS1およびIS2から測定すべきイオンまたはイオン混合物
の濃度Ｋを計算することができる。これは次に測定電極
として検出すべきイオンに対し異なる感度を有する２つ
の感イオン性電界効果形トランジスタ（ISFETs）を使用
する実施例により示される。ISFETがいわゆる飽和領域
で動作する場合ドレイン電流IDは次式で示される。
IS1およびIS2から測定すべきイオンまたはイオン混合物
の濃度Ｋを計算することができる。これは次に測定電極
として検出すべきイオンに対し異なる感度を有する２つ
の感イオン性電界効果形トランジスタ（ISFETs）を使用
する実施例により示される。ISFETがいわゆる飽和領域
で動作する場合ドレイン電流IDは次式で示される。
ここにαは構造および形状フアクタを表わし、 の式によりISFETsのゲート幅Ｗ、ゲート長さＬ、電流通
路領域内の電荷キヤリヤの移動度μおよびゲート容量C0
を含む。VGはISFETのゲートに印加する電圧、VTはISFET
が電気的に導通を開始するカツトオフ電圧である。VTは
一般に使用する半導体技術によつて決定される。この関
係はいわゆるMOS技術の基礎である。しかしISFETの場合
ゲート電圧VGは金属膜を介してゲートへ印加されるので
なく、参照電極により電解液を介して印加される。さら
にこのゲート電圧VGは参照電極の参照電位を一定に調節
した場合、溶液の測定すべきイオンに対するISFETゲー
トのイオン感度によつてきまる付加的電圧VISを含む。
この付加的電圧VISは溶液のイオン濃度とともに変化す
る。前提により２つのISFETsの感度は異なる。それゆえ
２つのISFETs,IS1またはIS2に対し濃度依存電圧VIS1ま
たはVIS2はフアクタK1またはK2で変形したネルンストの
式で示される： ここにV01またはV02は式（１）の標準電位△０に相当
する標準電圧である。
路領域内の電荷キヤリヤの移動度μおよびゲート容量C0
を含む。VGはISFETのゲートに印加する電圧、VTはISFET
が電気的に導通を開始するカツトオフ電圧である。VTは
一般に使用する半導体技術によつて決定される。この関
係はいわゆるMOS技術の基礎である。しかしISFETの場合
ゲート電圧VGは金属膜を介してゲートへ印加されるので
なく、参照電極により電解液を介して印加される。さら
にこのゲート電圧VGは参照電極の参照電位を一定に調節
した場合、溶液の測定すべきイオンに対するISFETゲー
トのイオン感度によつてきまる付加的電圧VISを含む。
この付加的電圧VISは溶液のイオン濃度とともに変化す
る。前提により２つのISFETsの感度は異なる。それゆえ
２つのISFETs,IS1またはIS2に対し濃度依存電圧VIS1ま
たはVIS2はフアクタK1またはK2で変形したネルンストの
式で示される： ここにV01またはV02は式（１）の標準電位△０に相当
する標準電圧である。
２つのISFETs,IS1およびIS2のドレイン電流は で得られる。
２つのISFETsを同じ半導体技術で製造する場合、カツト
オフ電圧VTは両方に対し同一である。さらに測定の間２
つの電極に対し同じ参照電極を使用するもので、同様参
照電位VELも同一である。一般に同様α１＝α２であ
る。しかしこれは必須の前提ではない。というのはα１
≠α２の場合有利な回路設定が可能になるからである。
ドレイン電流に関する２つの式（４）および（５）から
開方および差の形成のような数学的変形によつて未知数
VELおよびVT消去することができる。結果として式： が得られる。
オフ電圧VTは両方に対し同一である。さらに測定の間２
つの電極に対し同じ参照電極を使用するもので、同様参
照電位VELも同一である。一般に同様α１＝α２であ
る。しかしこれは必須の前提ではない。というのはα１
≠α２の場合有利な回路設定が可能になるからである。
ドレイン電流に関する２つの式（４）および（５）から
開方および差の形成のような数学的変形によつて未知数
VELおよびVT消去することができる。結果として式： が得られる。
この差はたとえば回路技術により形成することができ
る。他面式（２）および（３）から が得られる。
る。他面式（２）および（３）から が得られる。
これによつてこの測定値は溶液のイオン活量aMeZ+の１
価函数であり、参照電極の電位に依存しないことが明ら
かである。たとえばＡ−Ｄ変換器およびいわゆるマイク
ロプロセッサを含む図示されていない適当な回路装置に
よつてそれゆえドレイン電流ID1およびID2を式（６）お
よび（７）により、たとえば測定すべきイオンまたはイ
オン混合物の濃度または活量を直接表示するように評価
することができる。
価函数であり、参照電極の電位に依存しないことが明ら
かである。たとえばＡ−Ｄ変換器およびいわゆるマイク
ロプロセッサを含む図示されていない適当な回路装置に
よつてそれゆえドレイン電流ID1およびID2を式（６）お
よび（７）により、たとえば測定すべきイオンまたはイ
オン混合物の濃度または活量を直接表示するように評価
することができる。
第２図に示す本発明のもう１つの実施例によれば、同様
ISFETsである少なくとも１つの測定電極IS1，IS2はほぼ
一定の電流で動作し、発生する濃度または活量依存の電
圧が評価される。
ISFETsである少なくとも１つの測定電極IS1，IS2はほぼ
一定の電流で動作し、発生する濃度または活量依存の電
圧が評価される。
測定すべき電解液21を充てんした非導電性容器20内に少
なくとも１つの参照電極Ｂならびに２つの測定電極IS1
およびIS2たとえばISFETsが配置される。一定のドレイ
ン電流ID1またはID2を得るため、それぞれのゲート電
圧、この場合参照電極と測定電極の間の電位が適当に調
節される。そのため調節可能の参照分圧器24または25に
おける電圧降下が比較される。この比較は演算増幅器26
または27で行われ、その出力電圧はゲート電圧によつて
変化するドレイン電流が再びその初めの値に達するまで
調節される。出力電圧のこの変化は出力ターミナル28ま
たは29で取出され、たとえば図示されていない減算回路
または電子的データ処理装置（マイクロプロセッサ）に
より評価される。参照番号30または31は所要の電圧供給
源を表わす。２つの回路の電位は参照電極が変化する場
合同様に変化するけれど、イオン濃度が変化する場合は
異なる。
なくとも１つの参照電極Ｂならびに２つの測定電極IS1
およびIS2たとえばISFETsが配置される。一定のドレイ
ン電流ID1またはID2を得るため、それぞれのゲート電
圧、この場合参照電極と測定電極の間の電位が適当に調
節される。そのため調節可能の参照分圧器24または25に
おける電圧降下が比較される。この比較は演算増幅器26
または27で行われ、その出力電圧はゲート電圧によつて
変化するドレイン電流が再びその初めの値に達するまで
調節される。出力電圧のこの変化は出力ターミナル28ま
たは29で取出され、たとえば図示されていない減算回路
または電子的データ処理装置（マイクロプロセッサ）に
より評価される。参照番号30または31は所要の電圧供給
源を表わす。２つの回路の電位は参照電極が変化する場
合同様に変化するけれど、イオン濃度が変化する場合は
異なる。
参照電極Ｂは本発明によれば測定電極IS1またはIS2の動
作点の調節のみに役立ち、それによつて測定結果は参照
電極Ｂの参照電位または場合により電解液の妨害電位ま
たは測定電極IS1またはIS2と無関係になる。それゆえ参
照電極の種類たとえば導電性容器20は、それによつて与
えられる参照電位が使用する測定電極の所定の特性曲線
によつて決定される値の範囲内にある限り、広範囲に自
由に選択することができる。測定電極IS1またはIS2とし
て例に挙げたISFETsを使用する場合、特性曲線はほぼ第
３図に示す経過を有する。第３図にはISFETsのドレイン
電流IDがそのゲート電圧VGの函数として記入され、ここ
に飽和とは式（４）または（５）が適用される領域を表
わす。飽和領域ではISFETsのドレイン電流IDはゲートに
印加された電位の平方にほぼ比例する。ISFETsの場合第
３図に破線で示す飽和領域の境界は約１〜10Vのゲート
電圧にある。この境界はVG＝VD＋VTの式から得られ、こ
こにVDまたはVTはISFETのドレイン電位またはカツトオ
フ電位を表わす。参照電極Ｂの前記妨害的変動はこれに
反し著しく低く、一般に10mVより小さい。２つのISFETs
のそれぞれは参照電極との比較において動作し、それゆ
えたとえばドレイン電流は参照電位に応じて流れること
を強調しなければならない。参照電極の電位はしたがつ
て飽和領域内で任意に変化してよく、それによつて差形
成によつて得た測定結果にほとんど影響が生じない。そ
れゆえさもなければ必要な正確に製造した高価な参照電
極の使用は正確な電気化学的測定の場合も避けられる。
すべての金属および他の任意の電極材料が同様に参照電
極として適当である。参照電極（Ｂ）としては、溶液を
包含するケーシングの導電性領域、たとえば容器内壁又
は金属管壁を使用することができる。参照電極に対する
要求は１つだけである。この電極はISFETsのゲートの電
界変化を可能にする十分高い交換反応電流を許容しなけ
ればならない。
作点の調節のみに役立ち、それによつて測定結果は参照
電極Ｂの参照電位または場合により電解液の妨害電位ま
たは測定電極IS1またはIS2と無関係になる。それゆえ参
照電極の種類たとえば導電性容器20は、それによつて与
えられる参照電位が使用する測定電極の所定の特性曲線
によつて決定される値の範囲内にある限り、広範囲に自
由に選択することができる。測定電極IS1またはIS2とし
て例に挙げたISFETsを使用する場合、特性曲線はほぼ第
３図に示す経過を有する。第３図にはISFETsのドレイン
電流IDがそのゲート電圧VGの函数として記入され、ここ
に飽和とは式（４）または（５）が適用される領域を表
わす。飽和領域ではISFETsのドレイン電流IDはゲートに
印加された電位の平方にほぼ比例する。ISFETsの場合第
３図に破線で示す飽和領域の境界は約１〜10Vのゲート
電圧にある。この境界はVG＝VD＋VTの式から得られ、こ
こにVDまたはVTはISFETのドレイン電位またはカツトオ
フ電位を表わす。参照電極Ｂの前記妨害的変動はこれに
反し著しく低く、一般に10mVより小さい。２つのISFETs
のそれぞれは参照電極との比較において動作し、それゆ
えたとえばドレイン電流は参照電位に応じて流れること
を強調しなければならない。参照電極の電位はしたがつ
て飽和領域内で任意に変化してよく、それによつて差形
成によつて得た測定結果にほとんど影響が生じない。そ
れゆえさもなければ必要な正確に製造した高価な参照電
極の使用は正確な電気化学的測定の場合も避けられる。
すべての金属および他の任意の電極材料が同様に参照電
極として適当である。参照電極（Ｂ）としては、溶液を
包含するケーシングの導電性領域、たとえば容器内壁又
は金属管壁を使用することができる。参照電極に対する
要求は１つだけである。この電極はISFETsのゲートの電
界変化を可能にする十分高い交換反応電流を許容しなけ
ればならない。
本発明は測定すべきイオンまたはイオン混合物に対して
のみ異なる感度を有するけれど、その他のイオンに対し
てはほぼ同じ感度を有する任意の測定電極を使用するこ
とができる。
のみ異なる感度を有するけれど、その他のイオンに対し
てはほぼ同じ感度を有する任意の測定電極を使用するこ
とができる。
本発明のもう１つの形成によれば使用する測定電極IS1
およびIS2の特性曲線は測定がたとえば前記飽和領域の
みに制限されずに、測定電極の特性曲線のほぼ任意の点
で可能であるように補償される。このような補償はたと
えば第２図の回路装置では参照電極Ｂおよび測定電極IS
1またはIS2を演算増幅器27または26の再結合回路に配置
することによつて達成される。すなわちこのように構成
した制御回路によつて第３図の特性曲線および２つの測
定曲線へ同形に作用する妨害が補償される。
およびIS2の特性曲線は測定がたとえば前記飽和領域の
みに制限されずに、測定電極の特性曲線のほぼ任意の点
で可能であるように補償される。このような補償はたと
えば第２図の回路装置では参照電極Ｂおよび測定電極IS
1またはIS2を演算増幅器27または26の再結合回路に配置
することによつて達成される。すなわちこのように構成
した制御回路によつて第３図の特性曲線および２つの測
定曲線へ同形に作用する妨害が補償される。
２つの測定電極IS1，IS2を通つて異なる強さの電流が流
れ、２つの測定電極が正確に同形に構成されず、たとえ
ば参照電極に対し異なる距離を有することが可能であ
る。というのはこのような偏位は出力信号たとえばター
ミナル28,29の電圧の装置に基くずれを生ずるに過ぎな
いからである。このようなずれはたとえば較正液体によ
り決定して測定の際考慮し、またはいわゆる装置定数と
して測定装置で１回調節すればよい。
れ、２つの測定電極が正確に同形に構成されず、たとえ
ば参照電極に対し異なる距離を有することが可能であ
る。というのはこのような偏位は出力信号たとえばター
ミナル28,29の電圧の装置に基くずれを生ずるに過ぎな
いからである。このようなずれはたとえば較正液体によ
り決定して測定の際考慮し、またはいわゆる装置定数と
して測定装置で１回調節すればよい。
さらに本発明によれば測定電極は直流もしくは交流また
は両者の重畳によつて、たとえば特定の測定に必要な場
合交流分が重畳する直流によつて動作することができ
る。このような場合上記電流を処理するため適当な評価
回路が必要である。
は両者の重畳によつて、たとえば特定の測定に必要な場
合交流分が重畳する直流によつて動作することができ
る。このような場合上記電流を処理するため適当な評価
回路が必要である。
前記実施例において測定電極IS1，IS2は測定すべきイオ
ンに対し異なる感度を有し、このような電極はたとえば
測定電極IS1，IS2たとえばISFETsが異なる大きさの感イ
オン性ゲート画を有することによつて得られる。
ンに対し異なる感度を有し、このような電極はたとえば
測定電極IS1，IS2たとえばISFETsが異なる大きさの感イ
オン性ゲート画を有することによつて得られる。
もう１つの図示されていない実施例によれば測定すべき
イオンに対し同じ温度で同じ感度を有する測定電極が使
用される。所要の異なる感度は本発明により測定電極の
間に測定しうる（既知のまたは測定可能の）温度差を維
持することによつて得られる。それによつて前記ネルン
ストの式（１）により同様評価しうる電位差△が発生
する。所要の温度差はたとえば測定電極を直接もしくは
間接に電流によつて加熱し、または測定すべき溶液中で
測定電極の間に温度差を保持することによつて得られ
る。
イオンに対し同じ温度で同じ感度を有する測定電極が使
用される。所要の異なる感度は本発明により測定電極の
間に測定しうる（既知のまたは測定可能の）温度差を維
持することによつて得られる。それによつて前記ネルン
ストの式（１）により同様評価しうる電位差△が発生
する。所要の温度差はたとえば測定電極を直接もしくは
間接に電流によつて加熱し、または測定すべき溶液中で
測定電極の間に温度差を保持することによつて得られ
る。
このような温度差により電気的値のずれたとえば測定電
極またはこれに接続する評価回路の動作点の不所望のず
れを生ずることがある。このようなずれはたとえば較正
曲線の形で測定し、測定評価の際考慮される。
極またはこれに接続する評価回路の動作点の不所望のず
れを生ずることがある。このようなずれはたとえば較正
曲線の形で測定し、測定評価の際考慮される。
第１図は本発明の原理を説明するための測定電極のイオ
ン濃度−電位特性を示す図、第２図は本発明の１実施例
の回路図、第３図は測定電極のゲート電圧とドレイン電
流の関係を示す図である。 IS1，IS2……測定電極、Ｂ……参照電極、21……電解
液、24,25……分圧器、26,27……演算増幅器、28,29…
…ターミナル
ン濃度−電位特性を示す図、第２図は本発明の１実施例
の回路図、第３図は測定電極のゲート電圧とドレイン電
流の関係を示す図である。 IS1，IS2……測定電極、Ｂ……参照電極、21……電解
液、24,25……分圧器、26,27……演算増幅器、28,29…
…ターミナル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マンフレ−ト・クライン ドイツ連邦共和国ベルトシユタツト１アド ルフ−デイ−ツ−シユトラ−セ25 (56)参考文献 特開 昭47−497（ＪＰ，Ａ) 特公 昭35−17799（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (5)
- 【請求項１】所定のイオン種に対して異なる感度を有す
る２つの感イオン性電界効果形トランジスタ（IS1,IS
2）ならびに導電性の参照電極（Ｂ）を溶液（21）と接
触させ、 １つの感イオン性電界効果形トランジスタ（IS1）のゲ
ートと参照電極（Ｂ）との間の電位差を表わす第１の出
発信号ならびに別の感イオン性電界効果形トランジスタ
（IS2）のゲートと参照電極との間の電位差を表わす第
２の出発信号を測定し、 検出されるイオン濃度を第１の出発信号と第２の出発信
号との差から測定することにより、溶液のイオン濃度を
測定する方法において、２つの感イオン性電界効果形ト
ランジスタ（IS1,IS2）の動作点を調節するために、そ
れぞれの感イオン性電界効果形トランジスタに所定のド
レイン電流を供給し、２つの調節された動作点を参照電
極とそれぞれの感イオン性電界効果形トランジスタのゲ
ートとの間のそのつどの電位差を別々に制御することに
よって溶液の濃度変動に依存せずに一定に保持し、 それぞれ２つの制御される電位差に相当する電圧を第１
の出発信号および第２の出発信号として使用することを
特徴とする、溶液のイオン濃度を測定する方法。 - 【請求項２】溶液を包含するケーシングの導電性領域を
参照電極（Ｂ）として使用する、特許請求の範囲第１項
記載の方法。 - 【請求項３】感イオン性電界効果形トランジスタのドレ
イン電流に交流を重畳させる、特許請求の範囲第１項ま
たは第２項に記載の方法。 - 【請求項４】出発信号を所定の溶液を用いて少なくとも
１回較正する、特許請求の範囲第１項から第３項までの
いずれか１項に記載の方法。 - 【請求項５】感イオン性電界効果形トランジスタを異な
る感度の達成のために異なる温度に維持する、特許請求
の範囲第１項から第４項までのいずれか１項に記載の方
法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3119419 | 1981-05-15 | ||
| DE3151325 | 1981-12-24 | ||
| DE31513255 | 1981-12-24 | ||
| DE31194192 | 1981-12-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5824851A JPS5824851A (ja) | 1983-02-14 |
| JPH0684949B2 true JPH0684949B2 (ja) | 1994-10-26 |
Family
ID=25793286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57077591A Expired - Lifetime JPH0684949B2 (ja) | 1981-05-15 | 1982-05-11 | イオン濃度を測定する方法 |
Country Status (4)
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| EP (1) | EP0065202B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0684949B2 (ja) |
| DE (1) | DE3269784D1 (ja) |
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1982
- 1982-05-05 DE DE8282103849T patent/DE3269784D1/de not_active Expired
- 1982-05-05 EP EP82103849A patent/EP0065202B1/de not_active Expired
- 1982-05-11 JP JP57077591A patent/JPH0684949B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1982-05-13 US US06/377,985 patent/US4490678A/en not_active Expired - Fee Related
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