JPS6044617B2 - イオン濃度測定装置 - Google Patents
イオン濃度測定装置Info
- Publication number
- JPS6044617B2 JPS6044617B2 JP54160062A JP16006279A JPS6044617B2 JP S6044617 B2 JPS6044617 B2 JP S6044617B2 JP 54160062 A JP54160062 A JP 54160062A JP 16006279 A JP16006279 A JP 16006279A JP S6044617 B2 JPS6044617 B2 JP S6044617B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ion
- electrode
- selective
- measuring device
- electrodes
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は一般的にはイオン選択性電極を用いるイオン
濃度測定装置において基準電極を用いないイオン濃度測
定装置に関し特にＦＥＴ（電界効果トランジスタ）化し
たイオン濃度測定装置により基準電極を用いないイオン
濃度測定法を実施する装置に関する。
濃度測定装置において基準電極を用いないイオン濃度測
定装置に関し特にＦＥＴ（電界効果トランジスタ）化し
たイオン濃度測定装置により基準電極を用いないイオン
濃度測定法を実施する装置に関する。
イオン選択性電極を用いるイオン濃度測定法は試料溶
液中に濃度測定をしようとするイオンに感応するイオン
選択性電極と基準電極とを挿入し、両電極間の電極電位
差を測定するものである。
液中に濃度測定をしようとするイオンに感応するイオン
選択性電極と基準電極とを挿入し、両電極間の電極電位
差を測定するものである。
基準電極としては濃度測定をしようとするイオンに感応
しない電極であればよいが通常はカロメロ電極のような
ものが用いられている。カロメル電極その他現在基準電
極として一般に用いられているものは次のような欠点が
ある。これらの電極は適当な塩類例えばＫＣｌの一定濃
度溶液中にその塩の成分イオン例えばＣｌイオンに感応
する電極を挿入したもので、上記液の電位を試料溶液と
同じにするため上記塩類溶液と試料溶液との間には液絡
部を設けてある。このため上記塩類溶液と試料溶液との
間には多少とも混合が起り測定誤差を来す。もう一つの
欠点はこれらの基準電極は形が大きいと云うことである
。 他方イオン選択性電極としてはガラス電極が用いら
れる。
しない電極であればよいが通常はカロメロ電極のような
ものが用いられている。カロメル電極その他現在基準電
極として一般に用いられているものは次のような欠点が
ある。これらの電極は適当な塩類例えばＫＣｌの一定濃
度溶液中にその塩の成分イオン例えばＣｌイオンに感応
する電極を挿入したもので、上記液の電位を試料溶液と
同じにするため上記塩類溶液と試料溶液との間には液絡
部を設けてある。このため上記塩類溶液と試料溶液との
間には多少とも混合が起り測定誤差を来す。もう一つの
欠点はこれらの基準電極は形が大きいと云うことである
。 他方イオン選択性電極としてはガラス電極が用いら
れる。
これは上述した基準電極と異なり液絡部を有しない。従
つて若しこのような電極を基準電極として用いることが
できれば上述した基準電極の第１の欠点については問題
が解決する。このための一つの方法は測定対象のイオン
には感応せず試料溶液中で濃度一定とみられる他のイオ
ンにのみ感応するようなイオン選択性電極を比較電極と
するものである。しかしこの方法は試料溶液中に濃度一
定とみなせるイオンが存在しない或は存在してもそのイ
オンに感応するイオン選択性電極が得られないと云つた
場合には適用できないので一般性がない。 本発明は第
１に同種のイオン選択性電極を試料液に挿入し相互間の
電位差から目的のイオンの濃度を求め得るようにしたイ
オン濃度測定装置を提供しようとするものである。
つて若しこのような電極を基準電極として用いることが
できれば上述した基準電極の第１の欠点については問題
が解決する。このための一つの方法は測定対象のイオン
には感応せず試料溶液中で濃度一定とみられる他のイオ
ンにのみ感応するようなイオン選択性電極を比較電極と
するものである。しかしこの方法は試料溶液中に濃度一
定とみなせるイオンが存在しない或は存在してもそのイ
オンに感応するイオン選択性電極が得られないと云つた
場合には適用できないので一般性がない。 本発明は第
１に同種のイオン選択性電極を試料液に挿入し相互間の
電位差から目的のイオンの濃度を求め得るようにしたイ
オン濃度測定装置を提供しようとするものである。
更に近時ＦＥＴのゲートそのものをガラス電極にした
ようなイオン感応性ＦＥＴが作られるようになり、この
物はきわめて小型に作ることが可能であるので生物学、
医学方面の応用が多々考えられるのであるが、基準電極
が前述したカロメル電極のようなものであると、折角の
イオン感応性ＦＥＴの小型であると云う特徴が充分に活
用されないことになる。
ようなイオン感応性ＦＥＴが作られるようになり、この
物はきわめて小型に作ることが可能であるので生物学、
医学方面の応用が多々考えられるのであるが、基準電極
が前述したカロメル電極のようなものであると、折角の
イオン感応性ＦＥＴの小型であると云う特徴が充分に活
用されないことになる。
従つて本発明の第２の目的は同種のイオン感応性ＦＥＴ
を対にして用い基準電極なしにイオン濃度の測定ができ
るようにしたイオン濃度測定装置を提供する点にある。
次に本発明の原理を説明する。
を対にして用い基準電極なしにイオン濃度の測定ができ
るようにしたイオン濃度測定装置を提供する点にある。
次に本発明の原理を説明する。
第１図で１，２は同種のイオン選択性電極で共に試料溶
液３中に挿入されており、電極１，２の電極電位差が増
幅器４の２個の入力端子間に印加される。イオン選択性
電極の電極電位Ｅは理論的にはで与えられる。
液３中に挿入されており、電極１，２の電極電位差が増
幅器４の２個の入力端子間に印加される。イオン選択性
電極の電極電位Ｅは理論的にはで与えられる。
ＥＯは定数、Ａｊはイオン活量である。実際にはイオン
選択性電極の電位は上記理論式通りにはなり難く一般に
は理論値より低い値でＥ＝ＥＯ′＋ＫｌＯｇａｉ・・・
・（２）で与えられ、ＥＪ，．Ｋは同種のイオン選択性
電極でも等しくはない。
選択性電極の電位は上記理論式通りにはなり難く一般に
は理論値より低い値でＥ＝ＥＯ′＋ＫｌＯｇａｉ・・・
・（２）で与えられ、ＥＪ，．Ｋは同種のイオン選択性
電極でも等しくはない。
そこで電極１，２としてことさらにＫの値が互に大きく
異なつている同種のイオン選択性電極を選び、その電極
電位をＥｌ，Ｅ２とし（２）式のＥＪをＥｌＯ，Ｅ２Ｏ
とし、Ｋの値をＫｌ，Ｋ２とするとＥ１＝ＥｌＯ＋Ｋ１
・１０？１ Ｅ２＝Ｅλ＋Ｋ２◆１０？１ 増？器晶出〃は上？の差であるから （３）？は 一 ゛
−゛となり（１）式と同形てＥｄの変化ΔＥｄはＩＯ？
ｉの変化に比例したものとなる。
異なつている同種のイオン選択性電極を選び、その電極
電位をＥｌ，Ｅ２とし（２）式のＥＪをＥｌＯ，Ｅ２Ｏ
とし、Ｋの値をＫｌ，Ｋ２とするとＥ１＝ＥｌＯ＋Ｋ１
・１０？１ Ｅ２＝Ｅλ＋Ｋ２◆１０？１ 増？器晶出〃は上？の差であるから （３）？は 一 ゛
−゛となり（１）式と同形てＥｄの変化ΔＥｄはＩＯ？
ｉの変化に比例したものとなる。
所で、Ｋｌ，Ｋ２は必ずしも異なつている必要はない。
Ｋｌ，Ｋ２が等しくても夫々の電極電位に対する増幅器
４の増幅、倍率を異ならせておけばよい。そのためには
第２図のような回路結線にしてバッファ増幅器Ｂの倍率
を適当に調節できるようにしておけばよい。以上が本発
明の原理である。更に本発明では装置を小型化するため
イオン感応性電極としてイオ・ン選択性電界効果トラン
ジスタＩＳＦＥＴを用いた。以下本発明の実施例を説明
する。まずイオン選択性電界トランジスタＩＳＦＥＴに
ついて略述する。
Ｋｌ，Ｋ２が等しくても夫々の電極電位に対する増幅器
４の増幅、倍率を異ならせておけばよい。そのためには
第２図のような回路結線にしてバッファ増幅器Ｂの倍率
を適当に調節できるようにしておけばよい。以上が本発
明の原理である。更に本発明では装置を小型化するため
イオン感応性電極としてイオ・ン選択性電界効果トラン
ジスタＩＳＦＥＴを用いた。以下本発明の実施例を説明
する。まずイオン選択性電界トランジスタＩＳＦＥＴに
ついて略述する。
ＦＥＴはソース、ドレイン間のチャンネル部に絶縁被膜
を介してゲート電極を形成したもので、ゲートに電圧を
与えるとチャンネル部の導電性が変化して出力電流が得
られるものである。ゲート電極の代りに絶縁被膜をイオ
ン選択性感応膜にしておき試料液中に入れるとイオン選
択性膜に電極電位が発生してゲートに電圧を印加したの
と同じになり、出力電流が得られる。これがＩＳＦＥＴ
である。ＩＳＦＥＴ？１ＦＥＴの性質としてゲート電流
が流れないと云う利点があり、出力はフ電流として得ら
れるから通常のイオン選択性電極を用いるときのような
バッファ増幅器を介さないて直ちに出力信号を取出すこ
とができる。またきわめて小型に作ることが可能であり
、一つのチップに複数のＩＳＦＥＴを形成することも容
易であ：る。第３図は一つのチップに同じイオン選択性
を有する二つのＩＳＦＥＴを形成したものである。
を介してゲート電極を形成したもので、ゲートに電圧を
与えるとチャンネル部の導電性が変化して出力電流が得
られるものである。ゲート電極の代りに絶縁被膜をイオ
ン選択性感応膜にしておき試料液中に入れるとイオン選
択性膜に電極電位が発生してゲートに電圧を印加したの
と同じになり、出力電流が得られる。これがＩＳＦＥＴ
である。ＩＳＦＥＴ？１ＦＥＴの性質としてゲート電流
が流れないと云う利点があり、出力はフ電流として得ら
れるから通常のイオン選択性電極を用いるときのような
バッファ増幅器を介さないて直ちに出力信号を取出すこ
とができる。またきわめて小型に作ることが可能であり
、一つのチップに複数のＩＳＦＥＴを形成することも容
易であ：る。第３図は一つのチップに同じイオン選択性
を有する二つのＩＳＦＥＴを形成したものである。
Ｔｌ，Ｔ２が夫々ＩＳＦＥＴである。Ｄは二つのＩＳＦ
ＥＴの共通ドレイン、Ｓｌ，Ｓ２は夫々の１１ＳＦＥＴ
のソース、Ｇｌ，Ｇ２はゲートである。ゲートＧｌ，Ｇ
２が直接試料溶液に接触せしめられる。Ｒｌ，Ｒ２はソ
ースホロワ抵抗で各ＩＳＦＥＴの出力電流を電圧信号に
変換している。
ＥＴの共通ドレイン、Ｓｌ，Ｓ２は夫々の１１ＳＦＥＴ
のソース、Ｇｌ，Ｇ２はゲートである。ゲートＧｌ，Ｇ
２が直接試料溶液に接触せしめられる。Ｒｌ，Ｒ２はソ
ースホロワ抵抗で各ＩＳＦＥＴの出力電流を電圧信号に
変換している。
Ｒ１の上端は差動増幅器４の一方の入力端子に接続され
、Ｒ２は摺動抵抗でその摺動子５が増幅器４の他方の入
力端子に接続される。摺動子５を動かして二つのＩＳＦ
ＥＴの総合的感度に適当な差を与えることにより増幅器
４の出力に目的イオンの活量の対数に比例した信号を得
る。第４図は上記１ＳＦＥＴのゲート部分の断面を示す
。Ｄはドレイン、ＳはソースでＧがゲート部分である。
全体はｐ型シリコンチップＰ上にソース、ドレイン部分
に燐を拡散させてｎ型とし、表面全体を酸化して酸化シ
リコンの絶縁層■を形成し、ゲート部分は絶縁層１を薄
くしてその上にアルミノシリケート （ＳｉＯ２＋Ａｌ
２Ｏ３）層Ａを形成してある。この物は水素イオン及び
ナトリウム、カリウムのイオンに感応する。従つてＮａ
，Ｋのイオンを含まない試料溶液のＰＨ測定に用いるこ
とができ、またＰＨが一定の溶液の場合はＮａ或はＫの
イオン濃度測定に用いることができる。上記実施例では
一種類のイオンの濃度を測定するため、同種のＩＳＦＥ
Ｔを２個同一チップ上に構成するものを示したが、測定
イオン種が異なる毎にそのイオンに選択的に感応する同
種のＩＳＦＥＴを２個組合せ、このようなＩＳＦＥＴの
対を複数個同一チップ上に構成し、各対毎に第３図に示
すような回路を接続して同時に複数イオン種の濃度測定
を行い得るようにすることもできる。
、Ｒ２は摺動抵抗でその摺動子５が増幅器４の他方の入
力端子に接続される。摺動子５を動かして二つのＩＳＦ
ＥＴの総合的感度に適当な差を与えることにより増幅器
４の出力に目的イオンの活量の対数に比例した信号を得
る。第４図は上記１ＳＦＥＴのゲート部分の断面を示す
。Ｄはドレイン、ＳはソースでＧがゲート部分である。
全体はｐ型シリコンチップＰ上にソース、ドレイン部分
に燐を拡散させてｎ型とし、表面全体を酸化して酸化シ
リコンの絶縁層■を形成し、ゲート部分は絶縁層１を薄
くしてその上にアルミノシリケート （ＳｉＯ２＋Ａｌ
２Ｏ３）層Ａを形成してある。この物は水素イオン及び
ナトリウム、カリウムのイオンに感応する。従つてＮａ
，Ｋのイオンを含まない試料溶液のＰＨ測定に用いるこ
とができ、またＰＨが一定の溶液の場合はＮａ或はＫの
イオン濃度測定に用いることができる。上記実施例では
一種類のイオンの濃度を測定するため、同種のＩＳＦＥ
Ｔを２個同一チップ上に構成するものを示したが、測定
イオン種が異なる毎にそのイオンに選択的に感応する同
種のＩＳＦＥＴを２個組合せ、このようなＩＳＦＥＴの
対を複数個同一チップ上に構成し、各対毎に第３図に示
すような回路を接続して同時に複数イオン種の濃度測定
を行い得るようにすることもできる。
本発明イオン濃度測定装置は上述したような構成で、同
種のイオン選択性電極のみを用いカロメル電極のような
基準電極を要しないから基準電極液と試料溶液の混合と
云うような問題がなく、半導体化によつてイオン感応部
をきわめて小型に作ることが可能てあり、二つの電極を
同種電極としたから、半導体の同一チップ上にＩＳＦＥ
Ｔを二つ構成することが容易となり、半導体化による小
型化に効果が一層高められるのてあり、基準電極を要し
ないので、試料液に挿入すべき部分がきわめて小型化で
きるのである。
種のイオン選択性電極のみを用いカロメル電極のような
基準電極を要しないから基準電極液と試料溶液の混合と
云うような問題がなく、半導体化によつてイオン感応部
をきわめて小型に作ることが可能てあり、二つの電極を
同種電極としたから、半導体の同一チップ上にＩＳＦＥ
Ｔを二つ構成することが容易となり、半導体化による小
型化に効果が一層高められるのてあり、基準電極を要し
ないので、試料液に挿入すべき部分がきわめて小型化で
きるのである。
【図面の簡単な説明】
第１図、第２図は本発明の原理を示す回路図、第３図は
本発明の一実施例装置の回路図、第４図は上記における
ＩＳＦＥＴのゲート部の断面拡大図である。 １，２・・・・・・イオン選択性電極、３・・・・・・
試料溶液、４・・・・・・増幅器、Ｔｌ，Ｔ２・・・・
・・ＩＳＦＥＴｌＤ・・・・ドレイン、Ｓ，Ｓｌ，Ｓ２
・・・・・・ソース、Ｇ，Ｇｌ，Ｇ２・・・・・・ゲー
ト。
本発明の一実施例装置の回路図、第４図は上記における
ＩＳＦＥＴのゲート部の断面拡大図である。 １，２・・・・・・イオン選択性電極、３・・・・・・
試料溶液、４・・・・・・増幅器、Ｔｌ，Ｔ２・・・・
・・ＩＳＦＥＴｌＤ・・・・ドレイン、Ｓ，Ｓｌ，Ｓ２
・・・・・・ソース、Ｇ，Ｇｌ，Ｇ２・・・・・・ゲー
ト。
Claims (1)
- １ イオン選択性電極として同一半導体チップ上に形成
された同種の一対のイオン感応性ＦＥＴのゲートを用い
、上記イオン選択性電極部分を試料液に接触させ、上記
各イオン選択性電極の電位を上記各ＦＥＴの出力として
異る増幅度で取出し、その出力差によつて上記両イオン
選択性電極間の電位差を検出するようにしたことを特徴
とするイオン濃度測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54160062A JPS6044617B2 (ja) | 1979-12-10 | 1979-12-10 | イオン濃度測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54160062A JPS6044617B2 (ja) | 1979-12-10 | 1979-12-10 | イオン濃度測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5682440A JPS5682440A (en) | 1981-07-06 |
| JPS6044617B2 true JPS6044617B2 (ja) | 1985-10-04 |
Family
ID=15707071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP54160062A Expired JPS6044617B2 (ja) | 1979-12-10 | 1979-12-10 | イオン濃度測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6044617B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4716448A (en) * | 1985-09-03 | 1987-12-29 | Kelly Kevin A | CHEMFET operation without a reference electrode |
| DE102011076977A1 (de) * | 2011-06-06 | 2012-12-06 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln eines Messwerts eines chemosensitiven Feldeffekttransistors |
-
1979
- 1979-12-10 JP JP54160062A patent/JPS6044617B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5682440A (en) | 1981-07-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1774306B1 (en) | Signal processing circuit comprising ion sensitive field effect transistor and method of monitoring a property of a fluid | |
| Milgrew et al. | Matching the transconductance characteristics of CMOS ISFET arrays by removing trapped charge | |
| US4743954A (en) | Integrated circuit for a chemical-selective sensor with voltage output | |
| US4739380A (en) | Integrated ambient sensing devices and methods of manufacture | |
| Shepherd et al. | A biochemical translinear principle with weak inversion ISFETs | |
| Chin et al. | A novel pH sensitive ISFET with on chip temperature sensing using CMOS standard process | |
| US4508613A (en) | Miniaturized potassium ion sensor | |
| Chin et al. | A novel SnO2/Al discrete gate ISFET pH sensor with CMOS standard process | |
| Wilhelm et al. | pH sensor based on differential measurements on one pH-FET chip | |
| Rani et al. | ISFET pH sensor characterization: towards biosensor microchip application | |
| JPS6044617B2 (ja) | イオン濃度測定装置 | |
| JPH0469338B2 (ja) | ||
| JP2514280B2 (ja) | 集積化イオンセンサ | |
| US8410530B2 (en) | Sensitive field effect transistor apparatus | |
| JPH05312778A (ja) | イオン濃度センサ | |
| JPH04258756A (ja) | イオンセンサ | |
| JPS6051661B2 (ja) | イオン濃度測定方法 | |
| JPS6113180B2 (ja) | ||
| Baylav | Ion-sensitive field effect transistor (ISFET) for MEMS multisensory chips at RIT | |
| JPH0684951B2 (ja) | 差動型半導体化学センサ | |
| JP2999522B2 (ja) | イオンセンサ | |
| KR100199928B1 (ko) | 차동형 반도체 화학센서 | |
| US20050147741A1 (en) | Fabrication of array PH sensitive EGFET and its readout circuit | |
| JPS62250353A (ja) | 半導体化学センサ | |
| Shi et al. | 0.6/spl mu/m CMOS pH sensor IC with Si/sub 3/N/sub 4/island structure |