JPS6014159A - イオンセンサ− - Google Patents
イオンセンサ−Info
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- JPS6014159A JPS6014159A JP58122027A JP12202783A JPS6014159A JP S6014159 A JPS6014159 A JP S6014159A JP 58122027 A JP58122027 A JP 58122027A JP 12202783 A JP12202783 A JP 12202783A JP S6014159 A JPS6014159 A JP S6014159A
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- JP
- Japan
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- ion
- electrode
- sensor
- film
- resistance
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- 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
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/333—Ion-selective electrodes or membranes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- 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
- G01N27/4035—Combination of a single ion-sensing electrode and a single reference electrode
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、溶液中のイオン活量を測定するイオン選択性
電極を備えたＦＥＴイオンセンサーの構造に関する。
電極を備えたＦＥＴイオンセンサーの構造に関する。
イオンセンサーは、溶液中のイオン活量を測定するもの
で、化学的な計測に幅広く利用さｎておシ、医療関係に
おいては、特に小型化が望ま扛ている。
で、化学的な計測に幅広く利用さｎておシ、医療関係に
おいては、特に小型化が望ま扛ている。
従来技術
従来、イオン活量の測定には主に、ガラス電極結晶膜電
極、イオン交換膜電極などが用いらｎてきた。しかし、
こｎらの電極は、小型化、応答時間、安定性、耐久性な
どの問題があり、実用上大きな障害となっていた。
極、イオン交換膜電極などが用いらｎてきた。しかし、
こｎらの電極は、小型化、応答時間、安定性、耐久性な
どの問題があり、実用上大きな障害となっていた。
この欠点を解決するために、電界効果型トランジスタを
利用し、そのゲート部にイオン感応Ｉｎ取シ付は直接電
解液に接触させイオン活量を測定するイオンセンサーの
開発がすでに特開昭５１−１３９２８９、特開昭５２−
２６２９２等に報告さｎている。しかし、イオン感応部
がガラス膜である場合、熱処理は重要なプロセスである
が、このＦＥＴイオンセン・サーは、イオン感応部の作
製にあたっては、１０００℃以上に熱処理できないこと
等の制限があり、使用にあたつ１は、ＦＫＴが溶液中に
浸漬さｉＬるため、ＦＥＴの特別の耐水性が必要であっ
た。
利用し、そのゲート部にイオン感応Ｉｎ取シ付は直接電
解液に接触させイオン活量を測定するイオンセンサーの
開発がすでに特開昭５１−１３９２８９、特開昭５２−
２６２９２等に報告さｎている。しかし、イオン感応部
がガラス膜である場合、熱処理は重要なプロセスである
が、このＦＥＴイオンセン・サーは、イオン感応部の作
製にあたっては、１０００℃以上に熱処理できないこと
等の制限があり、使用にあたつ１は、ＦＫＴが溶液中に
浸漬さｉＬるため、ＦＥＴの特別の耐水性が必要であっ
た。
発明の目的
本発明では、こｎらの欠点を解決し、実用に耐え得るイ
オンセンサーを開発することを目的とし７′？−０ 発明の構成および作用 本発明はＰＥＴのゲート部に任意の形状のイオン選択性
電極を接続し、イオン選択性電極のイオン活測定のため
の先端部以外の部分全絶縁膜で覆った構造をなすイオン
センサーを作成することによって、印１述した問題を解
決した。
オンセンサーを開発することを目的とし７′？−０ 発明の構成および作用 本発明はＰＥＴのゲート部に任意の形状のイオン選択性
電極を接続し、イオン選択性電極のイオン活測定のため
の先端部以外の部分全絶縁膜で覆った構造をなすイオン
センサーを作成することによって、印１述した問題を解
決した。
すなわち〜
（１） イオン選択性電極１ＦＥＴと別途に作成した後
、ＦＥＴのゲート部に作成した等電性物質と接合させる
ことによって、イオンセンサーの弱点となるＦＩＴと、
イオン選択性電極の接合を行なうため、イオン選択性電
極の作成にあたって、１ＯＯＯ℃以上に温度を上げらｎ
ないこと等、従来、１１’ｌ！ｉＴの特性変化を防ぐた
めとらしてきた制約条件は排除さ’Ａｆｃ０ （蜀 従来のＦＥＴイオンセンサーは、ＦＥＴを溶液中
に浸漬して使用するとい−う、通常の電子部品では考え
ら扛ない可酷な条件で使用するため、特別な耐水性を要
求さｎたが、本発明によ肚ば、ＦＥＴが溶液中に浸漬さ
ｎることなく測定が行なえるので、従来のＦＦ１Ｔイオ
ンセンサーのよりに特別、耐水性について考慮する必要
がなくなった。
、ＦＥＴのゲート部に作成した等電性物質と接合させる
ことによって、イオンセンサーの弱点となるＦＩＴと、
イオン選択性電極の接合を行なうため、イオン選択性電
極の作成にあたって、１ＯＯＯ℃以上に温度を上げらｎ
ないこと等、従来、１１’ｌ！ｉＴの特性変化を防ぐた
めとらしてきた制約条件は排除さ’Ａｆｃ０ （蜀 従来のＦＥＴイオンセンサーは、ＦＥＴを溶液中
に浸漬して使用するとい−う、通常の電子部品では考え
ら扛ない可酷な条件で使用するため、特別な耐水性を要
求さｎたが、本発明によ肚ば、ＦＥＴが溶液中に浸漬さ
ｎることなく測定が行なえるので、従来のＦＦ１Ｔイオ
ンセンサーのよりに特別、耐水性について考慮する必要
がなくなった。
以上の２点のようなことから、従来のＦＥＴイオンセン
サーにおけるような寿命の短がいイオンセンサーに代わ
って、長期間にわたって安定に測定の行なえるＦＥＴイ
オンセンサーを製作することができた。
サーにおけるような寿命の短がいイオンセンサーに代わ
って、長期間にわたって安定に測定の行なえるＦＥＴイ
オンセンサーを製作することができた。
さらに、溶液に浸漬するイオン感応部具外の部分を絶縁
膜で覆ったイオン選択性電極の絶縁膜の周りをさらに導
電性シールド膜、絶縁膜の順に被覆し、被覆し几Ｓ電性
シールド膜を比較電極と接続することによって、高抵抗
のイオン感応Ｍ合有するイオンセンサーの微小化が可能
となった。
膜で覆ったイオン選択性電極の絶縁膜の周りをさらに導
電性シールド膜、絶縁膜の順に被覆し、被覆し几Ｓ電性
シールド膜を比較電極と接続することによって、高抵抗
のイオン感応Ｍ合有するイオンセンサーの微小化が可能
となった。
すなわち、イオン選択透過膜が高抵抗であるイオン電極
においては、イオン感応部を１０ ”−” ｃｍ”程度
に微小化することによって、イオン感応部の抵抗が、１
０１００以上になってしまい、この微小電極の微小であ
るという特徴を維持しつつ、イオン感応部具外の電極部
を絶縁することは困難であった。第１１１ｉ、ＦＥＴイ
オンセンサーによるイオン活量測定系を表わした図であ
る。こｎと第２図を用いて説明を行なう。Ｖｏｋイオン
感応膜電極の測定さ扛るべき真の電位差とし、Ｒｏをイ
オン感応膜の抵抗とする。また、ｖ、ｉ絶縁膜の存在す
る部分での電位差、Ｒ１’に絶縁抵抗とした場合、Ｒ８
がＲ６に比してきわめて大きな値であｎば、測定さｎる
電位差Ｖは、■、の影響を受けず、■。に等しくなるが
、Ｒ８がＲ８と七ｔはど変らない８匹に大きくなった場
合には、電位■。を測定することは困難である。こｎに
対し本発明では、第３図に示すような測定系を考案した
。こｎと第４図を用いて説明を行なう、第３図に示した
ように、イオン感応電極・、ｌ囲に導電性シールド、嘆
を設けることによって、第２図に示したよりなＶ、の影
響は完全に除去さｎる。シールド膜とイオン感応電極の
間の抵抗をＲ２とすｎば、電位■は、■＝ （Ｒｔ ／
（Ｒｏ ＋Ｒｚ ））’ｘＶｏで表わさｎ。
においては、イオン感応部を１０ ”−” ｃｍ”程度
に微小化することによって、イオン感応部の抵抗が、１
０１００以上になってしまい、この微小電極の微小であ
るという特徴を維持しつつ、イオン感応部具外の電極部
を絶縁することは困難であった。第１１１ｉ、ＦＥＴイ
オンセンサーによるイオン活量測定系を表わした図であ
る。こｎと第２図を用いて説明を行なう。Ｖｏｋイオン
感応膜電極の測定さ扛るべき真の電位差とし、Ｒｏをイ
オン感応膜の抵抗とする。また、ｖ、ｉ絶縁膜の存在す
る部分での電位差、Ｒ１’に絶縁抵抗とした場合、Ｒ８
がＲ６に比してきわめて大きな値であｎば、測定さｎる
電位差Ｖは、■、の影響を受けず、■。に等しくなるが
、Ｒ８がＲ８と七ｔはど変らない８匹に大きくなった場
合には、電位■。を測定することは困難である。こｎに
対し本発明では、第３図に示すような測定系を考案した
。こｎと第４図を用いて説明を行なう、第３図に示した
ように、イオン感応電極・、ｌ囲に導電性シールド、嘆
を設けることによって、第２図に示したよりなＶ、の影
響は完全に除去さｎる。シールド膜とイオン感応電極の
間の抵抗をＲ２とすｎば、電位■は、■＝ （Ｒｔ ／
（Ｒｏ ＋Ｒｚ ））’ｘＶｏで表わさｎ。
ＲｏがＲ３と等しくなったとしても、測定さｎる電位Ｖ
は、Ｖｏの２分のＪ、の値として安定に測定することが
できる。
は、Ｖｏの２分のＪ、の値として安定に測定することが
できる。
また、導電性シールドＢｉｔ設けることは、センサーの
電位に影響を与えるノイズからセンサーを保護すること
も目的としている。
電位に影響を与えるノイズからセンサーを保護すること
も目的としている。
ここで、イオン電極におけるイオン感応膜は、ガラス膜
、難溶性金机塩の固体膜、化学修飾電極酵素および微生
物を含む膜などを用いることができる。
、難溶性金机塩の固体膜、化学修飾電極酵素および微生
物を含む膜などを用いることができる。
このうち、特に高抵抗であるガラス膜については、すぐ
なくとも溶液に浸漬さ扛る部分は、絶縁膜の下であって
も電極がガラス、膜でＶ：覆さしていることが望せしい
。
なくとも溶液に浸漬さ扛る部分は、絶縁膜の下であって
も電極がガラス、膜でＶ：覆さしていることが望せしい
。
貰た、本発明における電極の芯となる導電物質の材質は
、チタン、白金、カーボン、スズ、アルミなどが望まし
く、表面を酸化、膜で被覆してもか寸わない。
、チタン、白金、カーボン、スズ、アルミなどが望まし
く、表面を酸化、膜で被覆してもか寸わない。
さらに、本イオンセンサーの絶縁膜において、絶縁性を
高めるために、絶縁膜を多層構造とすることも可能であ
る。絶縁膜としては、Ｓｉ０２ｍＡ’２０３ ｍ ”
ｉＭ Ｎ４ ｐ ＴｃＬ２０５などを用いることができ
る。
高めるために、絶縁膜を多層構造とすることも可能であ
る。絶縁膜としては、Ｓｉ０２ｍＡ’２０３ ｍ ”
ｉＭ Ｎ４ ｐ ＴｃＬ２０５などを用いることができ
る。
実施例
〔実施例１〕
Ｘ発明の実施例として作成したＰＨセンサーを第５図に
示す。第５図＠）は、外観図でらシ、第５図（１））は
、横から見た断面図である。第５図（ｄ）は、水素イオ
ン感応部１０周辺ヲ肝しく表わしたものであり、第５図
（Ｃ）は、ＦＥＴ４の周辺を詳しく表わしたものである
。水素イオン感応ガラス膜９は白金被覆チタン板１０の
上に高周波スパッタにより、本実施例では直径４間のガ
ラス膜を成長させたのち、１２００℃、１時間、Ｎ２中
で熱処理を行なったものである。表面にアルミ膜全蒸着
したゲート１３は、電極１０とはんだ１６によって接合
さｆている。１１は、ｓｈｏ、絶縁膜、［２および１７
は、絶縁性樹脂、１４は、ソース電極、１５は、ドレイ
ン電極、 １８ 、１．９は、そｎぞｎソース端子、ド
レイン端子である。
示す。第５図＠）は、外観図でらシ、第５図（１））は
、横から見た断面図である。第５図（ｄ）は、水素イオ
ン感応部１０周辺ヲ肝しく表わしたものであり、第５図
（Ｃ）は、ＦＥＴ４の周辺を詳しく表わしたものである
。水素イオン感応ガラス膜９は白金被覆チタン板１０の
上に高周波スパッタにより、本実施例では直径４間のガ
ラス膜を成長させたのち、１２００℃、１時間、Ｎ２中
で熱処理を行なったものである。表面にアルミ膜全蒸着
したゲート１３は、電極１０とはんだ１６によって接合
さｆている。１１は、ｓｈｏ、絶縁膜、［２および１７
は、絶縁性樹脂、１４は、ソース電極、１５は、ドレイ
ン電極、 １８ 、１．９は、そｎぞｎソース端子、ド
レイン端子である。
こうして作らしたＰＨセンサーは、ネルンスト応答を示
すことが確認さｎ１長期間安定に動作した。
すことが確認さｎ１長期間安定に動作した。
（実施例２）
本発明の実施例として作成した塩素イオンセンサーの外
観は、第６図（ｃＬ）に示す。第６図（ｂ）は、イオン
感応膜周辺の断面図である。Ｃｔ−イオン感応膜２０は
、ｈｇａｌを直径４１厚さ約１露に成形したものである
。この感応膜は、白金被覆チタン板１０に導電性接着剤
２１によって接合さｎている。
観は、第６図（ｃＬ）に示す。第６図（ｂ）は、イオン
感応膜周辺の断面図である。Ｃｔ−イオン感応膜２０は
、ｈｇａｌを直径４１厚さ約１露に成形したものである
。この感応膜は、白金被覆チタン板１０に導電性接着剤
２１によって接合さｎている。
こうして作らした塩素イオンセンサーは、ネルンスト応
答を示すことが確認さｎ、長期間安定に動作した。
答を示すことが確認さｎ、長期間安定に動作した。
（実施例３）
本発明の実施例として作成した微小ＰＨセンサーを第７
図に示す。第７図（ｃＬ）は、外観を示した図であり、
第７図（ｂ）は、断面図である。Ｈ＋イオン感応性ガラ
ス膜６は、半径Ｏ０１調の白金線２２に高目波スパッタ
によｐ被覆したもので、Ｎ２中で１２００℃、１時間の
熱処理を行なったものである。２４Ｉ′！、、Ｓｇｏ、
絶縁膜であシ、２！５が、Ｐｌシールド膜であシ、シー
ルド、膜リード線部に接続さｎている。２Ｇは、比較電
極に接続さｎる。
図に示す。第７図（ｃＬ）は、外観を示した図であり、
第７図（ｂ）は、断面図である。Ｈ＋イオン感応性ガラ
ス膜６は、半径Ｏ０１調の白金線２２に高目波スパッタ
によｐ被覆したもので、Ｎ２中で１２００℃、１時間の
熱処理を行なったものである。２４Ｉ′！、、Ｓｇｏ、
絶縁膜であシ、２！５が、Ｐｌシールド膜であシ、シー
ルド、膜リード線部に接続さｎている。２Ｇは、比較電
極に接続さｎる。
こうして作らｆ′１．た、微小ＰＨセンサーは、ネルン
スト応答を示すことが確認さｎ１長期間安定に動作した
。
スト応答を示すことが確認さｎ１長期間安定に動作した
。
効果
以上述べてきたように、本発明による、ＦＥＴイオンセ
ンセンにおいては、 （１）１０００℃以上の熱処理を行なうことができる。
ンセンにおいては、 （１）１０００℃以上の熱処理を行なうことができる。
（２） ＦＥＴを溶液中に浸漬することなく測定ができ
るため、イオン感応部の耐水性について、極端な注意を
払わずにすむようになった （３）導電性シールド膜を設けることによって、高抵抗
のイオン感応膜を有するイオンセンサーの微小化が可能
となった。
るため、イオン感応部の耐水性について、極端な注意を
払わずにすむようになった （３）導電性シールド膜を設けることによって、高抵抗
のイオン感応膜を有するイオンセンサーの微小化が可能
となった。
（４）導電性シールド膜を設けることによって、センサ
ーのノイズ？防ぐことができるようになったまた、次の
ような応用も考えら肚る。
ーのノイズ？防ぐことができるようになったまた、次の
ような応用も考えら肚る。
（１）本発明のイオンセンサーは、イオン感応部の形状
を任意に変えることができるので、用途に応じて、形状
および大きさ全自由に変えることができる。
を任意に変えることができるので、用途に応じて、形状
および大きさ全自由に変えることができる。
（２）本発明のイオンセンサー全複数個取υ付け、そ０
ぞｎのイオン感応膜の種類を変えることによって複数の
イオンを同時に測定することができる。このうち、イオ
ンに感応しない電極を取り付けることによって、比較電
極を一体化し、イオンセンサーを超小型化することもで
きる。例えば、第８図に示すようなイオン感応部２７を
複数備えた、イオンセンサーをあげることができる。
ぞｎのイオン感応膜の種類を変えることによって複数の
イオンを同時に測定することができる。このうち、イオ
ンに感応しない電極を取り付けることによって、比較電
極を一体化し、イオンセンサーを超小型化することもで
きる。例えば、第８図に示すようなイオン感応部２７を
複数備えた、イオンセンサーをあげることができる。
第１図は特許請求範囲第１項のイオン活量測定系を示す
図、第２図は第１図のモデル図、第３図は特許請求の範
囲第２項のイオン活量測定系を示す図、第４図は第２図
のモデル図、第５図＠）〜（ｄ′）はＦＥＴＰＨセンサ
ーの図、第６図（Ｇ） （ｂ）はＦＦｔＴ塩素イオンセ
ンサーを示す図、第７図（Ｇ） 、 （ｂ）はＦＩＴ微
小ＰＲセンサーを示す図、第８図はマルチ化したＦＩＴ
イオンセンサーを示す図である。 １、。電極、２１．イオン感応膜、３．。絶縁膜、４゜
。ＦＦ！Ｔ、５．、測定器、Ｃ０゜比較電極、７゜。被
測定溶液、８．。導電性シールド膜以上 出願人 株式会社第二精工舎 代理人 弁理士最上 務 第１図 第５図ｒへ） 第６図１ 第４図 「 第５図（Ｃ） （ａ） 第６図（か〕 第′７図（ａ） 第′７図（ｂ）
図、第２図は第１図のモデル図、第３図は特許請求の範
囲第２項のイオン活量測定系を示す図、第４図は第２図
のモデル図、第５図＠）〜（ｄ′）はＦＥＴＰＨセンサ
ーの図、第６図（Ｇ） （ｂ）はＦＦｔＴ塩素イオンセ
ンサーを示す図、第７図（Ｇ） 、 （ｂ）はＦＩＴ微
小ＰＲセンサーを示す図、第８図はマルチ化したＦＩＴ
イオンセンサーを示す図である。 １、。電極、２１．イオン感応膜、３．。絶縁膜、４゜
。ＦＦ！Ｔ、５．、測定器、Ｃ０゜比較電極、７゜。被
測定溶液、８．。導電性シールド膜以上 出願人 株式会社第二精工舎 代理人 弁理士最上 務 第１図 第５図ｒへ） 第６図１ 第４図 「 第５図（Ｃ） （ａ） 第６図（か〕 第′７図（ａ） 第′７図（ｂ）
Claims (1)
- （１）絶縁ゲート型電界効果トランジスタと、比較電極
とからなシ、前記Ｎ！３緑ゲート型電界効果トランジス
タ及び前記比較電極を組み合わせて、被測定出力に応じ
てイオン活量全測定するイオンセンサーにおいて、前記
絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲートにＷ続さｒ
ｔたイオン選択性電極と、このイオン選択性電極の少な
くとも一部を覆うように設けらｎｆ？：、絶縁層とを備
え、この絶、徴層から露出した部分の前記イオン選択性
電Ｗｅイオン感応部としたことを特徴とするイオンセン
サー。 （２、特許請求の範囲第１項記載のイオンセンサーにお
いて、前記絶縁層の内部に該絶縁層により絶縁さｎた導
電性シールド、膜を設け、この導電性シールド膜を前記
比較電極に接続したことを特徴とするイオンセンサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58122027A JPS6014159A (ja) | 1983-07-05 | 1983-07-05 | イオンセンサ− |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58122027A JPS6014159A (ja) | 1983-07-05 | 1983-07-05 | イオンセンサ− |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6014159A true JPS6014159A (ja) | 1985-01-24 |
Family
ID=14825775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58122027A Pending JPS6014159A (ja) | 1983-07-05 | 1983-07-05 | イオンセンサ− |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6014159A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62276452A (ja) * | 1986-02-14 | 1987-12-01 | Terumo Corp | イオン選択性ｆｅｔセンサ |
| EP0280230A2 (en) * | 1987-02-27 | 1988-08-31 | General Signal Corporation | Instrument for potentiometric electrochemical measurements in an electrolyte solution |
| CN104049008A (zh) * | 2014-06-16 | 2014-09-17 | 安徽省农业科学院农产品加工研究所 | 一种微型氧化还原电位传感器的制备方法 |
-
1983
- 1983-07-05 JP JP58122027A patent/JPS6014159A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62276452A (ja) * | 1986-02-14 | 1987-12-01 | Terumo Corp | イオン選択性ｆｅｔセンサ |
| EP0280230A2 (en) * | 1987-02-27 | 1988-08-31 | General Signal Corporation | Instrument for potentiometric electrochemical measurements in an electrolyte solution |
| CN104049008A (zh) * | 2014-06-16 | 2014-09-17 | 安徽省农业科学院农产品加工研究所 | 一种微型氧化还原电位传感器的制备方法 |
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