WO1994017399A1 - Long-life miniaturizable reference electrode - Google Patents

Long-life miniaturizable reference electrode Download PDF

Info

Publication number
WO1994017399A1
WO1994017399A1 PCT/DE1994/000081 DE9400081W WO9417399A1 WO 1994017399 A1 WO1994017399 A1 WO 1994017399A1 DE 9400081 W DE9400081 W DE 9400081W WO 9417399 A1 WO9417399 A1 WO 9417399A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reference electrode
electrolyte
miniaturizable
solution
perchlorate
Prior art date
Application number
PCT/DE1994/000081
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christa Dumschat
Original Assignee
Institut Für Chemo- Und Biosensorik
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut Für Chemo- Und Biosensorik filed Critical Institut Für Chemo- Und Biosensorik
Publication of WO1994017399A1 publication Critical patent/WO1994017399A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • 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
    • G01N27/28Electrolytic cell components
    • G01N27/30Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/301Reference electrodes

Definitions

  • the invention relates to a long-life miniaturizable reference electrode for generating a constant reference or reference potential in any solution.
  • This miniaturizable reference electrode can preferably be used in ion-selective potentiometry when using miniaturized measuring electrodes. However, it can also be used as a macroscopic reference electrode in combination with a macroscopic measuring electrode. Frequent fields of application are environmental analysis and clinical chemistry.
  • an electrochemical measuring chain is set up with the aid of an ion-selective measuring electrode and a potential-constant reference electrode.
  • a galvanic voltage which is dependent on the activity of the measuring ion is established at the measuring electrode.
  • Such ion-selective electrodes are commercially available for a number of ions and are widely used (K. Cammann, Working with ion-selective electrodes, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1977).
  • the galvanic voltage is not accessible for direct measurement, since two phases cannot be connected to a measuring device without adding a new phase boundary with new galvanic voltages. Therefore, constant reference electrodes are required for the measurement in addition to the measuring electrode.
  • the primary reference electrode whose potential difference compared to the measurement solution is set to zero by definition, is the standard hydrogen electrode.
  • a platinum-plated platinum sheet is immersed in a solution with a pH of 0 and is flushed with hydrogen gas (101.3 kPa). It is generally used as a reference for electrodes with aqueous electrolytes.
  • the standard hydrogen electrode however, is hardly suitable for daily measurement practice because of its complicated handling.
  • the easier-to-handle electrodes of the 2nd type have prevailed. They are made of a metal with a thin layer of one of them poorly soluble salts is coated.
  • the most commonly used electrodes of this type are the silver / silver chloride and calomel electrodes. They can be symbolized by the following basic structure:
  • a constant chloride ion activity is a prerequisite for a constant electrode potential. Since the chloride ion activity in the measuring solution is almost never constant, a current key is inserted between the measuring solution and the electrode, which is usually filled with concentrated KC1 as the reference electrolyte. This keeps the chloride ion activity constant. Reference electrolyte and measurement solution are marked by a Connected diaphragm, which makes an electrolyte contact but largely prevents the mixing of the two solutions. A Electrolyte contact leads to the formation of a diffusion potential which should be as low and constant as possible during the measurement. Its constancy decisively determines the measuring accuracy of the entire measuring chain.
  • Electrolytes whose cations and anions have similar ion mobilities (eg KC1) in high concentrations.
  • Such electrodes are well suited for the construction of electrodes in connection with ion-selective macro electrodes.
  • the potential of these solution components changes (by interfering with the solubility balance or redox potentials on silver).
  • ISFET ion-selective field effect transistor
  • miniaturization of the reference electrode is necessary in order to obtain a miniaturized measuring system. Attempts were first made to miniaturize the Ag / AgCl reference electrode (R. Smith, DC Scott, IEEE Trans. Biomed. Eng., BME 33 (1986) 83 and A. Van den Berg, A. Griesel, HH Van den Vlekkert , NF De Rooij Sensors and Actuators B 1 (1990) 425-4323). There are limits to the miniaturization of conventional reference electrodes based on electrodes of the second type. Miniaturization of the reference electrolyte space is particularly problematic.
  • a reduction in the volume leads to a reduction in the service life, since the low but always ongoing interdiffusion of measuring and reference electrolytes leads to changes in concentration in the Reference electrolyte leads, the smaller the reference electrolyte volume.
  • a reduction in mixing by reducing the contact area is only possible to a limited extent. 90 If one uses .a very dense diaphragm occur within this dense
  • Interfering substances are, for example, redox systems from the sample matrix, which imprint their redox potential on the electron-conducting inner metal dissipation element, complexing agents for Ag + ions or ions that form compounds which are less soluble than mercury or silver with mercury or silver.
  • the invention is therefore based on the object of developing a miniaturizable reference electrode which, as a miniaturized version, is distinguished from the known solutions by an extended service life and in all sizes (miniaturized and macroscopic) by a substantial reduction in the amount of disruptive substances that a perchlorate sensitive or
  • potassium-sensitive membrane membrane at the interface with a solution of which a potential depends on the activity of perchlorate ions or potassium ions in the solution
  • electrolyte solution or an electrolyte solution stabilized by a gel reference electrolyte
  • This electrolytic solution contains the perchloration. It is located together with a salt which is deposited in solid form
  • Perchloric acid the saturation concentration of which is at least close to the membrane, in a room (reference electrolyte room). There is at least one electrolyte contact to the measurement solution from this reference electrolyte compartment.
  • the extension of the service life compared to miniaturized conventional electrodes of the second type is achieved by using a reference electrolyte with a much lower solubility than the reference electrodes of the second type. If this reference electrolyte is deposited in solid form in the reference electrolyte space, the activity of the potential-determining ion 170 remains constant until the reference electrolyte has completely dissolved. This requires a much higher volume of liquid than the reference electrolytes used in conventional electrodes of the second type. With the same construction of the reference electrolyte space, the service life is considerably increased. A particularly advantageous variant of this The new reference electrode is a perchlorate sensitive membrane in combination with a solid
  • the reference electrolyte space can be formed by cavities of any geometry in any material or only by the gel itself, which can still be partially covered by a polymer layer. Geometries with small openings are preferred in order to mix the reference electrolyte and
  • the reference electrolyte space can preferably be formed by etching structures, e.g. formed by pyramid-shaped microcontainments with small openings to the solution side etched through the entire wafer.
  • This electrolyte contact can be made 205 through a small opening, a diaphragm, a cut, the gel / water interface or other arrangements known to those skilled in the art. It is also possible to switch one or more current keys which contain one or more further electrolytes between the reference electrolyte and the measurement solution.
  • diffusion potential different diff sion speed of the ions to a voltage, which is referred to as diffusion potential.
  • This diffusion potential can be reduced by adding suitable electrolytes which have opposite ion mobility differences to that of the cation of the reference electrolyte and of the ClO4 "ion (for example, if KCIO4 is used as the reference electrolyte, it decreases by adding solid Ca 2 SO4
  • Hendersen's equation calculated difference potential against water from -16 to - 8.5 mV).
  • any design option of a fixed contact known from potentiometry, e.g. Silver or an ISFET, or a liquid contact can be used.
  • FIG. 1: 230 shows an embodiment of the invention with a pyramidal microcontainment Figure 2: an embodiment of the invention in a polymer tip
  • Figure 4 an embodiment of the invention on an ISFET
  • Figure 5 an embodiment of the invention in a vitreous
  • FIG. 1 shows a miniaturized reference electrode which has been integrated into a pyramid-shaped microcontainment 7 produced in the silicon by anisotropic etching techniques.
  • the pointed opening of the containment 7 is in contact with the measurement solution 4 and thus forms the electrolyte contact 3.
  • solid KCIO4 was deposited in an aqueous gel in which at least in the vicinity of the membrane
  • the part of the microcontainment in which the gel and the solid KCIO4 are located forms the reference electrolyte space 1.
  • the perchlorate-sensitive membrane 2 was applied over this gel.
  • the electrical contact (conductor) 5 to the carrier was made using a silver conductive adhesive.
  • FIG. 2 shows a reference electrode which was produced in a polypropylene tip 8.
  • the tip there is solid KCIO4 and solid CaSO 4 in an aqueous polyhydroxyethyl methacrylate gel, so that the reference electrolyte space 9 is formed.
  • a perchlorate-sensitive "coated wire electrode” 10 with a perchlorate-sensitive PVC matrix membrane is immersed in this gel. This electrode 10 is used as a reference electrode for pH and
  • the room 9 is in contact with the 3 Measuring solution 4 in connection.
  • 3 shows the calibration curve for the nitrate determination against this new reference electrode and against a conventional calomel reference electrode. The results show that the reference electrode is suitable for practical measurements.
  • FIG. 4 shows a miniaturized reference electrode on the surface of an ISFET 1 1.
  • a perchlorate-sensitive polymer matrix membrane 12 was deposited on the gate insulator of the ISFET 1 1.
  • the ISFET 1 1 serves as a discharge device which is connected to the membrane 12.
  • the opening 14 provides the electrolyte contact to the measurement solution 4
  • Solid KCIO4 is located above it in a gel which contains an aqueous perchlorate solution, as a result of which the reference electrolyte space 13 is formed. Except for a small opening 14, the gel was covered by a polymer layer 15.
  • FIG. 5 shows a reference electrode in a glass body 16.
  • the glass body 16 is connected to the measurement solution 4 by a 275 diaphragm 19.
  • the glass body 16 contains solid KCIO4 and a saturated KC104 solution, which form the reference electrolyte space 17.
  • a conventional perchlorate-sensitive polymer matrix membrane electrode 18 with a liquid internal drain is immersed in this solution.

Abstract

The development of miniaturized chemical semiconductor sensors necessitates the development of a miniaturized reference electrode. a new long-life reference electrode is miniaturizable and has an increased service life in comparison with state-of-the-art arrangements. This reference electrode consists of a perchlorate-sensitive or potassium-sensitive membrane in contact with a reference electrolyte chamber in which is located solid perchlorate in an aqueous solution or in a gel. The perchlorate saturation concentration is set in the solution or in the gel, at least at the proximity of the membrane. A potential constancy is thus achieved. An electrolyte contact exists between the reference electrolyte chamber and the measurement solution. This arrangement allows the reference electrode to be integrated on the sensor chip.

Description

Langlebige miniaturisierbare ReferenzelektrodeDurable miniaturizable reference electrode
Die Erfindung bezieht sich auf eine langlebige miniaturisierbare Referenzelektrode zur Erzeugung eines konstanten Bezugs- oder Referenzpotentials in beliebigen Lösungen. Diese miniaturisierbare Referenzelektrode ist vorzugsweise in der ionenselektiven Potentiometrie bei Verwendung von miniaturisierten Meßelektroden anwendbar. Sie ist aber auch als makroskopische Referenzelektrode in Kombination mit einer makroskopischen Meßelektrode verwendbar. Häufige Anwendungsfelder sind dabei die Umweltanalytik und die klinische Chemie.The invention relates to a long-life miniaturizable reference electrode for generating a constant reference or reference potential in any solution. This miniaturizable reference electrode can preferably be used in ion-selective potentiometry when using miniaturized measuring electrodes. However, it can also be used as a macroscopic reference electrode in combination with a macroscopic measuring electrode. Frequent fields of application are environmental analysis and clinical chemistry.
Es ist bekannt, daß in der ionenselektiven Potentiometrie mit Hilfe einer ionenselektiven Meßelektrode und einer potentialkonstanten Referenzelektrode eine elektrochemische Meßkette aufgebaut wird. An der Meßelektrode stellt sich dabei eine von der Aktivität des Meßions abhängige Galvanispannung ein. Derartige ionenselektive Elektroden sind für eine Reihe von Ionen kommerziell erhältlich und finden eine breite Anwendung (K. Cammann, Das Arbeiten mit ionenselektiven Elektroden, Springer- Verlag Berlin Heidelberg New York 1977). Die Galvanispannung ist der unmittelbaren Messung nicht zugänglich, da man nicht zwei Phasen an ein Meßgerät anschließen kann, ohne eine neue Phasengrenze mit neuen Galvanispannungen hinzuzufügen. Es werden daher zur Messung neben der Meßelektrode potentialkonstante Referenzektroden benötigt.It is known that in ion-selective potentiometry, an electrochemical measuring chain is set up with the aid of an ion-selective measuring electrode and a potential-constant reference electrode. A galvanic voltage which is dependent on the activity of the measuring ion is established at the measuring electrode. Such ion-selective electrodes are commercially available for a number of ions and are widely used (K. Cammann, Working with ion-selective electrodes, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1977). The galvanic voltage is not accessible for direct measurement, since two phases cannot be connected to a measuring device without adding a new phase boundary with new galvanic voltages. Therefore, constant reference electrodes are required for the measurement in addition to the measuring electrode.
Die primäre Bezugselektrode, deren Potentialdifferenz gegenüber der Meßlösung per Definition null gesetzt wird, ist die Standard-Wasserstoffelektrode. Ein platiniertes Platinblech taucht in eine Lösung vom pH-Wert 0 und wird mit Wasserstoffgas (101,3 kPa) umspült. Sie dient für Elektroden mit wässerigem Elektrolyten generell als Bezugsbasis. Die Standard-Wasserstoffelektrode aber ist wegen ihrer komplizierten Handhabung für die tägliche Meßpraxis kaum geeignet. Hier haben sich die leichter handhabbaren Elektroden 2. Art durchgesetzt. Sie bestehen aus einem Metall, das mit einer dünnen Schicht eines seiner schwerlöslichen Salze überzogen ist. Die am häufigsten verwendeten Elektroden dieses Typs sind die Silber/Silberchlorid- und die Kalomelelektrode. Sie lassen sich durch folgenden prinzipiellen Aufbau symbolisieren:The primary reference electrode, whose potential difference compared to the measurement solution is set to zero by definition, is the standard hydrogen electrode. A platinum-plated platinum sheet is immersed in a solution with a pH of 0 and is flushed with hydrogen gas (101.3 kPa). It is generally used as a reference for electrodes with aqueous electrolytes. The standard hydrogen electrode, however, is hardly suitable for daily measurement practice because of its complicated handling. Here the easier-to-handle electrodes of the 2nd type have prevailed. They are made of a metal with a thin layer of one of them poorly soluble salts is coated. The most commonly used electrodes of this type are the silver / silver chloride and calomel electrodes. They can be symbolized by the following basic structure:
Ag/AgCl,KCl bzw Hg/Hg2Cl2,KCl.Ag / AgCl, KCl or Hg / Hg 2 Cl 2 , KCl.
Der Potentialeinstellung liegen folgende Gleichgewichte zu Grunde:The potential balance is based on the following equilibria:
Ag <=> Ag+ + e"Ag <=> Ag + + e "
Ag+ +CI" => AgCl.Ag + + CI " => AgCl.
Die eigentlich potentialbestimmende Silberionenaktivität wird auf Grund des Löslichkeitsgieichgewichtes durch die Chloridionenaktivität bestimmt. Durch Einsetzen in die Nernstgleichung für die Ag/Ag+-Elektrode ergibt sich folgender Zusammenhang:The actually potential determining silver ion activity is determined based on the solubility balance by the chloride ion activity. Inserting it into the Nernst equation for the Ag / Ag + electrode gives the following relationship:
ΦgpΦgl°-RT F ln aCl"ΦgpΦgl ° - RT F ln a Cl "
mit: φgi = Standardelektrodenpotentialwith: φgi = standard electrode potential
R = allgemeine Gaskonstante T = absolute TemperaturR = general gas constant T = absolute temperature
F = Faradaykonstante aCl" = Chloridionenaktivität.F = Faraday constant a Cl " = chloride ion activity.
Voraussetzung für ein konstantes Elektrodenpotential ist, eine konstante Chloridionenaktivität. Da die Chloridionenaktivität in der Meßlösung fast nie konstant ist, wird zwischen Meßlösung und Elektrode ein Stromschlüssel zwischengeschaltet, der meist mit konzentrierter KC1 als Bezugselektrolyt gefüllt ist. Dadurch wird die Chloridionenaktivität konstant gehalten. Bezugselektrolyt und Meßlösung sind durch ein Diaphragma verbunden, das einen Elektrolytkontakt herstellt aber gleichzeitig die Vermischung der beiden Lösungen weitgehend verhindert. A Elektrolytkontakt kommt es zur Ausbildung eines Difϊüsionspotentials, das während der Messung möglichst gering und konstant sein soll. Seine Konstanz bestimmt die Meßgenauigkeit der gesamten Meßkette entscheidend mit. Diese Bedingungen werden von Elektrolyten deren Kationen und Anionen ähnliche Ionenbeweglichkeiten besitzen (z.B. KC1) in hohen Konzentrationen erfüllt. Derartige Elektroden eigenen sich gut zum Aufbau von Meßketten in Verbindung mit ionenselektiven Makroelektroden. Bei einigen Anwendungen z.B. in sulfidhaltigen Lösungen oder in Lösungen die Redoxsyste e enthalten kommt es allerdings zu einer Veränderung des Potentials durch diese Lösungsbestandteile (durch Eingriff in das Löslichkeitsgieichgewicht bzw. Redoxpotentiale am Silber).A constant chloride ion activity is a prerequisite for a constant electrode potential. Since the chloride ion activity in the measuring solution is almost never constant, a current key is inserted between the measuring solution and the electrode, which is usually filled with concentrated KC1 as the reference electrolyte. This keeps the chloride ion activity constant. Reference electrolyte and measurement solution are marked by a Connected diaphragm, which makes an electrolyte contact but largely prevents the mixing of the two solutions. A Electrolyte contact leads to the formation of a diffusion potential which should be as low and constant as possible during the measurement. Its constancy decisively determines the measuring accuracy of the entire measuring chain. These conditions are met by electrolytes whose cations and anions have similar ion mobilities (eg KC1) in high concentrations. Such electrodes are well suited for the construction of electrodes in connection with ion-selective macro electrodes. In some applications, for example in solutions containing sulfide or in solutions containing redox systems, the potential of these solution components changes (by interfering with the solubility balance or redox potentials on silver).
In den letzten Jahren hat die rasche Entwicklung der Mikroelektronik zur Entwicklung von miniaturisierten potentiometrischen Sensoren geführt. Dabei ist besonders der ionenselektive Feldeffekttransistor (ISFET) zu nennen. Derartige Sensoren besitzen eine Reihe von Vorteilen gegenüber herkömmlichen ionenselektiven Elektroden wie die Möglichkeit der kostengünstigen Massenproduktion, die Miniaturisierbarkeit und die Möglichkeit der Integration.In recent years, the rapid development of microelectronics has led to the development of miniaturized potentiometric sensors. The ion-selective field effect transistor (ISFET) should be mentioned in particular. Such sensors have a number of advantages over conventional ion-selective electrodes such as the possibility of inexpensive mass production, the miniaturization and the possibility of integration.
Bei der Verwendung von derartigen miniaturisierten Meßelektroden ist eine Miniaturisierung der Referenzelektrode notwendig, um ein miniaturisiertes Meßsystem zu erhalten. Dabei wurden zunächst Versuche gemacht die Ag/AgCl-Referenzelektrode zu miniaturisieren (R. Smith, D.C. Scott, IEEE Trans. Biomed. Eng., BME 33 (1986) 83 und A. Van den Berg, A. Griesel, H.H Van den Vlekkert, N.F. De Rooij Sensors and Actuators B 1 (1990) 425-4323). Der Miniaturisierung der herkömmlichen Referenzelektroden auf der Basis von Elektroden 2. Art sind aber Grenzen gesetzt. Besonders die Miniaturisierung des Bezugselektrolytraumes ist problematisch. Eine Verkleinerung des Volumens führt zu einer Verringerung der Lebensdauer, da die geringe aber immer ablaufende Ineinanderdiffüsion von Meß- und Bezugselektrolyt um so schneller zu Konzentrationsänderungen im Bezugselektrolyt fuhrt, je kleiner das Bezugselektrolytvolumen ist. Eine Verringerung der Vermischung durch eine Verkleinerung der Kontaktfläche ist nur bedingt möglich. 90 Verwendet man .ein sehr dichtes Diaphragma treten innerhalb dieser dichtenWhen using miniaturized measuring electrodes of this type, miniaturization of the reference electrode is necessary in order to obtain a miniaturized measuring system. Attempts were first made to miniaturize the Ag / AgCl reference electrode (R. Smith, DC Scott, IEEE Trans. Biomed. Eng., BME 33 (1986) 83 and A. Van den Berg, A. Griesel, HH Van den Vlekkert , NF De Rooij Sensors and Actuators B 1 (1990) 425-4323). There are limits to the miniaturization of conventional reference electrodes based on electrodes of the second type. Miniaturization of the reference electrolyte space is particularly problematic. A reduction in the volume leads to a reduction in the service life, since the low but always ongoing interdiffusion of measuring and reference electrolytes leads to changes in concentration in the Reference electrolyte leads, the smaller the reference electrolyte volume. A reduction in mixing by reducing the contact area is only possible to a limited extent. 90 If one uses .a very dense diaphragm occur within this dense
Diaphragmazone instabile Difϊusionspotentiale auf, die die Messung stören. Sehr kleine Öffnungen fuhren zur Gefahr der Verstopfung des Elektrolytkontaktes. Ein Abscheidung von festem KC1 im Bezugselektrolytraum führt zwar zu einer Vergrößerung der Lebensdauer. Aufgrund der Leichtlöslichkeit des KC1 ist dieses Reservoir aber bald 95 verbraucht. Änderungen der Bezugselektrolytkonzentration führen zur Änderung desDiaphragm zone unstable diffusion potentials that interfere with the measurement. Very small openings lead to the risk of clogging of the electrolyte contact. Deposition of solid KC1 in the reference electrolyte space leads to an increase in the service life. Due to the easy solubility of the KC1, this reservoir will soon be 95 used up. Changes in the reference electrolyte concentration lead to a change in the
Referenzelektrodenpotentials und damit zu Meßfehlern. Weiterhin gelangen störende Stoffe aus der Meßlösung viel schneller und in höheren Konzentrationen an die Referenzelektrodenoberfläche als bei makroskopischen Anordnungen. Störende Stoffe sind z.B. Redoxsysteme aus der Probematrix, die ihr Redoxpotential dem elektronenleitenden 100 inneren Metallableitelement aufprägen, Komplexierungsmittel für Ag+-Ionen oder Ionen, die mit Quecksilber oder Silber schwerer lösliche Verbindungen als das Cl"-Ion eingehen.Reference electrode potential and thus to measurement errors. Furthermore, disruptive substances reach the reference electrode surface much faster and in higher concentrations than in macroscopic arrangements. Interfering substances are, for example, redox systems from the sample matrix, which imprint their redox potential on the electron-conducting inner metal dissipation element, complexing agents for Ag + ions or ions that form compounds which are less soluble than mercury or silver with mercury or silver.
Aus diesem Grund wurden Versuche unternommen miniaturisierbare Referenzelektroden ohne Bezugselektrolyt zu entwickeln. Dabei wurde zum einen versucht, die OberflächeFor this reason, attempts have been made to develop miniaturizable reference electrodes without reference electrolyte. On the one hand, the surface was tried
105 eines pH-sensitiven ISFETs derart zu modifizieren, daß die pH-Sensitivität unterdrückt wird. Berechnungen (A. Van den Berg, P. Bergveld, D. N. Reinhoudt, E.J.R. Sudhölter, Sensors and Actuators 8(1985)129-148) hatten gezeigt, daß durch eine drastische Verringerung der Hydroxylgruppenzahl an der Sensoroberfläche die pH- Sensitivität stark herabgesetzt werden kann. Es wurde versucht, dieses durch Ankopplung105 of a pH-sensitive ISFET to be modified in such a way that the pH sensitivity is suppressed. Calculations (A. Van den Berg, P. Bergveld, DN Reinhoudt, EJR Sudhölter, Sensors and Actuators 8 (1985) 129-148) had shown that a drastic reduction in the number of hydroxyl groups on the sensor surface can greatly reduce the pH sensitivity . An attempt was made to do this by coupling
110 verschiedener siliciumorganischer Verbindungen an die Hydroxylgruppen der110 different organosilicon compounds to the hydroxyl groups of
Sensoroberfläche zu erreichen. Es zeigte sich aber, daß es nicht möglich war, den notwendigen sehr hohen Anteil an Hydroxylgruppen über einen für den praktischen Einsatz des Sensors ausreichenden Zeitraum zu blockieren, so daß diese Art der Referenzelektrode bisher keine praktische Anwendung gefunden hat.To reach the sensor surface. However, it was found that it was not possible to block the very high proportion of hydroxyl groups required for a period of time sufficient for the practical use of the sensor, so that this type of reference electrode has so far not found any practical application.
115 Weiterhin wurde versucht insensitive Polymermembranen als Referenzelektrodenoberfläche zu verwenden. Es wurden "Ion blocking polymers" (T.Matsuo, H.Nakajima, Sensors and Actuators 5 (1984) 293-305) und "ion unblocking polymers"(Doktorarbeit, Peter van der 120 Wal, Universität Twente 1991) untersucht. Es konnte in beiden Fällen kein ausreichend stabiles Potential erzielt werden. Das ist auch verständlich, da beiden Anordnungen kein stabiler potentialbildender Prozeß zu Grunde liegt.115 Furthermore, attempts have been made to use insensitive polymer membranes as the reference electrode surface. "Ion blocking polymers" (T.Matsuo, H.Nakajima, Sensors and Actuators 5 (1984) 293-305) and "ion unblocking polymers" (doctoral thesis, Peter van der 120 Wal, University of Twente 1991) were investigated. A sufficiently stable potential could not be achieved in both cases. This is also understandable, since neither arrangement is based on a stable potential-forming process.
Ferner wurde eine Referenzelektrode auf der Basis einer fluoridsensitiven Elektrode 125 beschrieben (F. Lindsat, W. Moritz, Poster Eurosensors 92, San Sebastian). Dazu wurde festes CaF2 als poröse Schicht über einer fluoridsensitiven Membran abgeschieden. Darüber befand sich eine Polymermembran, die die Diffusion hemmte. Dadurch wird eine konstante Fluoridionenaktivität in der Nähe der sensitiven Membran aufgebaut. Der große Nachteil dieser Anordnung liegt in der starken Beeinflußbarkeit der Fluoridionenaktivität durch die 130 Lösungszusammensetzung. So wird die Fluoridionenaktivität stark durch dieFurthermore, a reference electrode based on a fluoride-sensitive electrode 125 was described (F. Lindsat, W. Moritz, Poster Eurosensors 92, San Sebastian). For this purpose, solid CaF 2 was deposited as a porous layer over a fluoride-sensitive membrane. There was a polymer membrane on top that inhibited diffusion. This creates a constant fluoride ion activity in the vicinity of the sensitive membrane. The big disadvantage of this arrangement is the strong influence on the fluoride ion activity by the 130 solution composition. The fluoride ion activity is strongly influenced by the
Calciumionenaktivität beeinflußt. Weiterhin führt die geringe Ionenkonzentration im Bezugselektrolytraum zu stark konzentrationsabhängigen Difϊüsionspotentialen.Calcium ion activity affected. Furthermore, the low ion concentration in the reference electrolyte space leads to strongly concentration-dependent diffusion potentials.
Bisher erfüllt also keine der entwickelten Lösungen die Anforderungen an eine 135 miniaturisierbare Referenzelektrode. Auch bei makroskopischen Anwendungen gibt es bei allen bisher beschriebenen Referenzelektroden eine Reihe von störenden Stoffen. Referenzelektroden ohne Bezugselektrolyt erfüllen weder theoretisch noch praktisch die Anforderungen an Potentialkonstanz und sind damit bisher ungeeignet. Miniaturisierte Referenzelektroden 2. Art mit Referenzelektrolyt besitzen als miniaturisierte Ausführung 140 nur eine geringe Lebensdauer, und es gibt eine Vielzahl von gewöhnlich in Meßlösungen vorkommenden Stoffen, die das Ag/AgCl-System bei Eindißusion in den kleinen Bezugselektrolytraum stören. Diese Störungen treten auch bei makroskopischen Anwendungen, wenngleich ungleich langsammer auf. 145 Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine miniaturisierbare Bezugselektrode zu entwickeln, die sich als miniaturisierte Ausführung gegenüber den bekannten Lösungen durch vergrößerte Lebensdauer und in allen Größen (miniaturisiert und makroskopisch) durch eine wesentliche Verringerung der störenden Stoffe auszeichnet Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine perchloratsensitive oderSo far, none of the solutions developed has met the requirements for a 135 miniaturizable reference electrode. Even in macroscopic applications, there are a number of interfering substances in all reference electrodes described so far. Reference electrodes without reference electrolyte neither theoretically nor practically meet the requirements for constant potential and are therefore unsuitable so far. Miniaturized reference electrodes of the second type with reference electrolyte have only a short lifespan as a miniaturized version 140, and there are a large number of substances which are usually present in measuring solutions and which disrupt the Ag / AgCl system when they dissolve into the small reference electrolyte space. These disturbances also occur in macroscopic applications, albeit at a much slower rate. 145 The invention is therefore based on the object of developing a miniaturizable reference electrode which, as a miniaturized version, is distinguished from the known solutions by an extended service life and in all sizes (miniaturized and macroscopic) by a substantial reduction in the amount of disruptive substances that a perchlorate sensitive or
150 kaliumsensitive Membran (Membran an deren Grenzfläche zu einer Lösung sich ein von der Aktivität von Perchlorationen oder von Kaliumionen in der Lösung abhängiges Potential einstellt) in Kontakt mit einer Elektrolytlösung oder einer durch ein Gel stabilisierten Elektrolytlösung (Bezugselektrolyt) steht. Diese Elektrolytlösung enthält das Perchloration. Sie befindet sich gemeinsam mit einem in fester Form abgeschiedenen Salz der150 potassium-sensitive membrane (membrane at the interface with a solution of which a potential depends on the activity of perchlorate ions or potassium ions in the solution) is in contact with an electrolyte solution or an electrolyte solution stabilized by a gel (reference electrolyte). This electrolytic solution contains the perchloration. It is located together with a salt which is deposited in solid form
155 Perchlorsäure, dessen Sättigungskonzentration sich zumindest in Membrannähe eingestellt hat, in einem Raum (Bezugselektrolytraum). Von diesem Bezugselektrolytraum besteht mindestens ein Elektrolytkontakt zur Meßlösung.155 Perchloric acid, the saturation concentration of which is at least close to the membrane, in a room (reference electrolyte room). There is at least one electrolyte contact to the measurement solution from this reference electrolyte compartment.
Man erreicht dadurch eine Verringerung der Anzahl der störenden Stoffe gegenüber 160 Elektroden 2. Art ( sowohl miniaturisierte als auch makroskopische Ausführungen) und eine Verlängerung der Lebensdauer gegenüber allen bisher bekannten miniaturisierbaren Referenzelektroden. Die Potentialkonstanz dieser neuen Referenzelektrode wird dadurch erreicht, daß die Aktivität des potentialbestimmenden Perchlorates konstant gehalten wird. Das geschieht dadurch, daß sich in der Lösung über einem in fester Form abgeschiedenen 165 Salz der Perchlorsäure immer die Sättigungsaktivität des Perchlorates einstellt.This results in a reduction in the number of interfering substances compared to 160 electrodes of the second type (both miniaturized and macroscopic designs) and an extension of the service life compared to all previously known miniaturizable reference electrodes. The potential constancy of this new reference electrode is achieved by keeping the activity of the potential-determining perchlorate constant. This happens because the solution always contains the saturation activity of the perchlorate in a solid form of a salt of perchloric acid.
Die Verlängerung der Lebensdauer gegenüber miniaturisierten herkömmlichen Elektroden 2. Art wird dadurch erreicht, daß ein Bezugselektrolyt weit geringerer Löslichkeit als bei den Referenzelektroden 2. Art verwendet wird. Wird dieser Bezugselektrolyt in fester Form im Bezugselektrolytraum abgeschieden, bleibt die Aktivität des potentialbestimmenden Ions 170 bis zur vollständigen Auflösung des Bezugselektrolyten konstant. Dazu ist ein weit höheres Flüssigkeitsvolumen als bei den in herkömmlichen Elektroden 2. Art verwendeten Bezugselektrolyten erforderlich. Bei gleicher Konstruktion des Bezugselektrolytraumes wird die Lebensdauer erheblich vergrößert. Eine besonders vorteilhafte Variante dieser neuen Referenzelektrode ist eine perchloratsensitive Membran in Kombination mit festemThe extension of the service life compared to miniaturized conventional electrodes of the second type is achieved by using a reference electrolyte with a much lower solubility than the reference electrodes of the second type. If this reference electrolyte is deposited in solid form in the reference electrolyte space, the activity of the potential-determining ion 170 remains constant until the reference electrolyte has completely dissolved. This requires a much higher volume of liquid than the reference electrolytes used in conventional electrodes of the second type. With the same construction of the reference electrolyte space, the service life is considerably increased. A particularly advantageous variant of this The new reference electrode is a perchlorate sensitive membrane in combination with a solid
175 Kaliumperchlorat im Flüssigkeitsraum, in dem sich dann die Sättigungskonzentration des Perchlorates ausbildet. Die Löslichkeit ist mit 0, 12 mol/l Wasser wesentlich geringer als die Löslichkeit von KC1 mit 4,61 mol/l, so daß eine wesentliche Lebensdauerverlängerung zu erwarten ist. Andererseits ist die Löslichkeit groß genug, um eine ausreichende Leitfähigkeit im Flüssigkeitsraum zu erreichen, und die Bildung von stark konzentrationsabhängigen175 potassium perchlorate in the liquid space, in which the saturation concentration of the perchlorate then forms. The solubility with 0.12 mol / l of water is significantly lower than the solubility of KC1 with 4.61 mol / l, so that a substantial extension of the service life can be expected. On the other hand, the solubility is large enough to achieve sufficient conductivity in the liquid space and the formation of highly concentration-dependent ones
180 Diffüsionspotentialen zu verhindern. Weiterhin sind die Ionenbeweglichkeiten von K+- und Clθ4"-Ionen ähnlich, was ebenfalls zu geringen Diffüsionspotentialen führt. Die Verringerung der Störeinflüsse wird durch die Verwendung der sehr selektiven Perchloratmembran erreicht. In Gegenwart von 0, 12 mol Perchlorat /l sind kaum Störungen durch die Probenmatrix zu erwarten. Mögliche Störionen wie Cl" und NO3" müßten in derTo prevent 180 diffusion potentials. Furthermore, the ion mobilities of K + and Clθ4 "ions are similar, which also leads to low diffusion potentials. The interference is reduced by using the very selective perchlorate membrane. In the presence of 0, 12 mol perchlorate / l there are hardly any interferences the sample matrix to be expected. Possible interference ions such as Cl "and NO3 " would have to be in the
185 Meßlösung in um mehrere Zehnerpotenzen höheren Konzentrationen als das Perchlorat vorliegen, um zu stören, was unmöglich ist. Das K+-Ion stört nur bei Konzentrationen über 0,12 mol/l, durch Änderung der Gleichgewichtsaktivität an Perchlorat entsprechend dem Löslichkeitsprodukt, die äußerst selten zu erwarten sind. Das Perchlorat selbst ist nahezu nie in höheren Konzentrationen in Meßlösungen zu erwarten.185 measuring solution in several tens of orders of magnitude higher concentrations than the perchlorate in order to interfere, which is impossible. The K + ion interferes only at concentrations above 0.12 mol / l, by changing the equilibrium activity of perchlorate according to the solubility product, which are extremely rare to be expected. The perchlorate itself is almost never to be expected in higher concentrations in measurement solutions.
190190
Der Bezugselektrolytraum kann durch Hohlräume beliebiger Geometrie in beliebigem Material oder nur durch das Gel selbst, das noch teilweise durch eine Polymerschicht abgedeckt sein kann, gebildet werden. Dabei sind Geometrien mit kleinen Öffnungen vorzuziehen, um eine möglichst langsame Vermischung von Bezugselektrolyt undThe reference electrolyte space can be formed by cavities of any geometry in any material or only by the gel itself, which can still be partially covered by a polymer layer. Geometries with small openings are preferred in order to mix the reference electrolyte and
195 Meßlösung zu erreichen. Bei Siliciumsensoren kann der Bezugselektrolytraum vorzugsweise durch Ätzstrukturen, z.B. durch über den ganzen Wafer durchgeätzte pyramidenförmige Mikrocontainments mit kleinen Öffnungen zur Lösungsseite, gebildet werden.195 measuring solution. In the case of silicon sensors, the reference electrolyte space can preferably be formed by etching structures, e.g. formed by pyramid-shaped microcontainments with small openings to the solution side etched through the entire wafer.
Zwischen Meßlösung und Bezugselektrolytraum muß ein Elektrolytkontakt hergestelltAn electrolyte contact must be made between the measuring solution and the reference electrolyte compartment
200 werden, d.h. die Grenzfläche zwischen den beiden Flüssigkeiten muß so gestaltet werden, daß eine Überführung von Ionen zwischen Bezugselektrolytraum und Meßlösung möglich ist. Dieser Elektrolytkontakt kann durch eine kleine Öffnung, ein Diaphragma, einen Schliff, die Gel/Wasser Grenzfläche oder andere dem Fachmann bekannte Anordnungen hergestellt 205 werden. Es ist auch möglich zwischen Bezugselektrolyt und Meßlösung noch einen oder mehrere Stromschlüssel zu schalten, die einen oder mehrere weitere Elektrolyten enthalten.200, ie the interface between the two liquids must be designed in such a way that ions can be transferred between the reference electrolyte space and the measurement solution. This electrolyte contact can be made 205 through a small opening, a diaphragm, a cut, the gel / water interface or other arrangements known to those skilled in the art. It is also possible to switch one or more current keys which contain one or more further electrolytes between the reference electrolyte and the measurement solution.
An der Grenzfläche zwischen zwei Elektrolytlösungen verschiedener Zusammensetzung tritt durch die Diffusion von Ionen aus der einen Lösung in die andere infolge derAt the interface between two electrolyte solutions of different composition, the diffusion of ions from one solution into the other occurs as a result of the
210 unterschiedlichen Diff sionsgeschwindigkeit der Ionen eine Spannung auf, die als Diffusionspotential bezeichnet wird. Dieses Diffusionspotential kann durch Zusatz geeigneter Elektrolyte, die entgegengesetzte Ionenbeweglichkeitsdifferenzen wie die des Kations des Bezugselektrolyten und des Clθ4"-Ions haben, verringert werden (z. B. sinkt bei Verwendung von KCIO4 als Bezugselektrolyt durch Zusatz von festem Ca2Sθ4210 different diff sion speed of the ions to a voltage, which is referred to as diffusion potential. This diffusion potential can be reduced by adding suitable electrolytes which have opposite ion mobility differences to that of the cation of the reference electrolyte and of the ClO4 "ion (for example, if KCIO4 is used as the reference electrolyte, it decreases by adding solid Ca 2 SO4
215 (dessen Sättigunskonzentration sich im Bezugselektrolytraum einstellt) das nach der215 (whose saturation concentration is established in the reference electrolyte space) after the
Hendersenschen Gleichung berechnete Difϊüsionspotential gegenüber Wasser von -16 auf - 8,5 mV).Hendersen's equation calculated difference potential against water from -16 to - 8.5 mV).
Um den Meßkreis zu schließen muß die perchloratsensitive Membran von der RückseiteTo close the measuring circuit, the perchlorate-sensitive membrane must be seen from the rear
220 kontaktiert werden.220 can be contacted.
Als inneres Ableitsystem für die Kontaktierung der ionensensitiven Membran auf der dem Flüssigkeitsraum entgegengesetzten Seite kann jede aus der Potentiometrie bekannte Konstruktionsmöglichkeit eines Festkontaktes, z.B. Silber oder ein ISFET, oder ein Flüssigkontakt verwendet werden.As an internal lead system for contacting the ion-sensitive membrane on the side opposite to the liquid space, any design option of a fixed contact known from potentiometry, e.g. Silver or an ISFET, or a liquid contact can be used.
225 Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung.225 Further details and features of the invention result from the following exemplary embodiments of the invention with reference to the drawing.
Es zeigen: Figur 1 : 230 eine Ausführungsform der Erfindung mit einem pyramidenförmigen Mikrocontainment Figur 2: eine Ausführungsform der Erfindung in einer PolymerspitzeFIG. 1: 230 shows an embodiment of the invention with a pyramidal microcontainment Figure 2: an embodiment of the invention in a polymer tip
235 Figur 3: eine Kalibrierkurve235 Figure 3: a calibration curve
Figur 4: eine Ausführungsform der Erfindung auf einem ISFETFigure 4: an embodiment of the invention on an ISFET
240240
Figur 5 : eine Ausführungsform der Erfindung in einem GlaskörperFigure 5: an embodiment of the invention in a vitreous
245 Fig. 1 zeigt eine miniaturisierte Referenzelektrode, die in ein durch anisotrope Ätztechniken hergestelltes pyramidenförmiges Mikrocontainment 7 im Silicium integriert wurde. Dabei hat die spitze Öffnung des Containments 7 Kontakt zur Meßlösung 4 und bildet so den Elektrolytkontakt 3. Im unteren Teil des Containments 7 wurde festes KCIO4 in einem wäßrigen Gel abgeschieden, in dem sich zumindest in Membrannähe die245 FIG. 1 shows a miniaturized reference electrode which has been integrated into a pyramid-shaped microcontainment 7 produced in the silicon by anisotropic etching techniques. The pointed opening of the containment 7 is in contact with the measurement solution 4 and thus forms the electrolyte contact 3. In the lower part of the containment 7, solid KCIO4 was deposited in an aqueous gel in which at least in the vicinity of the membrane
250 Sättigungskonzentration des KCIO4 eingestellt hat. Der Teil des Mikrocontainments, in dem sich Gel und festes KCIO4 befinden, bildet den Bezugselektrolytraum 1. Über diesem Gel wurde die perchloratsensitive Membran 2 aufgebracht. Der elektrische Kontakt (Abieiteinrichtung) 5 zum Träger wurde über einen Silberleitkleber hergestellt.250 saturation concentration of the KCIO4. The part of the microcontainment in which the gel and the solid KCIO4 are located forms the reference electrolyte space 1. The perchlorate-sensitive membrane 2 was applied over this gel. The electrical contact (conductor) 5 to the carrier was made using a silver conductive adhesive.
255 Fig. 2 zeigt eine Referenzelektrode, die in einer Polypropylenspitze 8 hergestellt wurde. In der Spitze befindet sich festes KCIO4 und festes CaSθ4 in einem wäßrigen Polyhydroxyethylmethacrylat-Gel, so daß der Bezugselektrolytraum 9 entsteht. In dieses Gel taucht eine Perchloratsensitive "coated wire elektrode" 10 mit einer perchloratsensitiven PVC-Matrixmembran. Diese Elektrode 10 wird als Referenzelektrode für pH und255 FIG. 2 shows a reference electrode which was produced in a polypropylene tip 8. In the tip there is solid KCIO4 and solid CaSO 4 in an aqueous polyhydroxyethyl methacrylate gel, so that the reference electrolyte space 9 is formed. A perchlorate-sensitive "coated wire electrode" 10 with a perchlorate-sensitive PVC matrix membrane is immersed in this gel. This electrode 10 is used as a reference electrode for pH and
260 Nitratbestimmungen verwendet. Der Raum 9 steht dabei über den Kontakt 3 mit der Meßlösung 4 in Verbindung. In Fig. 3 ist die Kalibrierkurve für die Nitratbestimmung gegen diese neue Referenzelektrode und gegen eine herkömmliche Kalomelreferenzelektrode dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, daß die Referenzelektrode für praktische Messungen geeignet ist.260 nitrate determinations used. The room 9 is in contact with the 3 Measuring solution 4 in connection. 3 shows the calibration curve for the nitrate determination against this new reference electrode and against a conventional calomel reference electrode. The results show that the reference electrode is suitable for practical measurements.
265265
Fig. 4 zeigt eine miniaturisierte Referenzelektrode auf der Oberfläche eines ISFETs 1 1. Auf dem Gateisolator des ISFETs 1 1 wurde eine perchloratsensitive Polymermatrixmembran 12 abgeschieden. Der ISFET 1 1 dient in diesem Fall als Abieiteinrichtung, die mit der Membran 12 verbunden ist. Die Öffnung 14 stellt den Elektrolytkontakt zur Meßlösung 4FIG. 4 shows a miniaturized reference electrode on the surface of an ISFET 1 1. A perchlorate-sensitive polymer matrix membrane 12 was deposited on the gate insulator of the ISFET 1 1. In this case, the ISFET 1 1 serves as a discharge device which is connected to the membrane 12. The opening 14 provides the electrolyte contact to the measurement solution 4
270 her. Darüber befindet sich festes KCIO4 in einem Gel, das eine wäßrige Perchloratlösung enthält, dadurch wird der Bezugselektrolytraum 13 gebildet. Das Gel wurde bis auf eine kleine Öffnung 14 von einer Polymerschicht 15 abgedeckt.270 ago. Solid KCIO4 is located above it in a gel which contains an aqueous perchlorate solution, as a result of which the reference electrolyte space 13 is formed. Except for a small opening 14, the gel was covered by a polymer layer 15.
Fig. 5 zeigt eine Referenzelektrode in einem Glaskörper 16. Der Glaskörper 16 ist durch ein 275 Diaphragma 19 mit der Meßlösung 4 verbunden. Im Glaskörper 16 befinden sich festes KCIO4 und eine gesättigte KC104-Lösung, die den Bezugselektrolytraum 17 bilden. In diese Lösung taucht eine herkömmliche perchloratsensitive Polymermatrixmembranelektrode 18 mit flüssiger Innenableitung. 5 shows a reference electrode in a glass body 16. The glass body 16 is connected to the measurement solution 4 by a 275 diaphragm 19. The glass body 16 contains solid KCIO4 and a saturated KC104 solution, which form the reference electrolyte space 17. A conventional perchlorate-sensitive polymer matrix membrane electrode 18 with a liquid internal drain is immersed in this solution.

Claims

Patentansprüche:280 Claims: 280
1. Langlebige miniaturisierbare Referenzelektrode zur Erzeugung eines konstanten Bezugs- oder Referenzpotentials in beliebigen Lösungen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer mit einer Abieiteinrichtung (5) verbundenen perchlorat- oder kaliumsensitiven Membran (2, 12) besteht, wobei die Membran (2, 12) im Kontakt mit1. Long-life miniaturizable reference electrode for generating a constant reference or reference potential in any solution, characterized in that it consists of a perchlorate or potassium-sensitive membrane (2, 12) connected to a drainage device (5), the membrane (2, 12 ) in contact with
285 einer Perchlorationen enthaltenen Elektrolytlösung, die gegebenenfalls mit einem Gel stabilisiert sein kann, steht und diese sich gemeinsam mit einem in fester Form vorliegenden Salz der Perchlorsäure in einem Bezugselektrolytraum (1 ,9, 13,17) befindet, der mindestens einen Elektrolytkontakt (3, 14, 19) zur Meßlösung (4) aufweist.285 of an electrolyte solution containing perchlorate ions, which can optionally be stabilized with a gel, and which is located together with a solid salt of perchloric acid in a reference electrolyte space (1, 9, 13, 17) that has at least one electrolyte contact (3, 14, 19) to the measurement solution (4).
290 2. Referenzelektrode nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die290 2. Reference electrode according to claim 1, characterized in that the
Abieiteinrichtung (5) und die Membran (2, 12) gemeinsam eine Membranelektrode (10,18) bilden.Abieiteinrichtung (5) and the membrane (2, 12) together form a membrane electrode (10, 18).
3. Langlebige miniaturisierbare Referenzelektrode nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch 295 gekennzeichnet, daß der Bezugselektrolytraum (1 ,9, 13, 17) durch Hohlräume beliebiger3. Long-life miniaturizable reference electrode according to claim 1 or 2, characterized 295 in that the reference electrolyte space (1, 9, 13, 17) by any cavities
Geometrie in beliebigem Material oder nur durch das Gel selbst, das noch teilweise durch eine Polymerschicht abgedeckt sein kann, gebildet ist.Geometry in any material or only by the gel itself, which can still be partially covered by a polymer layer.
4. Langlebige miniaturisierbare Referenzelektrode nach mindestens einem der Ansprüche 300 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugselektrolytraum (1) in einem Siliciumsensor vorzugsweise durch Ätzstrukturen, z.B. durch über den ganzen Wafer durchgeätzte pyramidenförmige Mikrocontainments mit kleinen Öffnungen zur -Lösungsseite, gebildet ist.4. Durable miniaturizable reference electrode according to at least one of claims 300 1-3, characterized in that the reference electrolyte space (1) in a silicon sensor preferably by etching structures, e.g. is formed by pyramid-shaped microcontainments with small openings to the solution side etched through the entire wafer.
305 5. Langlebige miniaturisierbare Referenzelektrode nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolytkontakt (3, 14, 19) zwischen Meßlösung (4) und Bezugselektrolytraum (1 ,9,13, 17) durch eine kleine Öffnung, ein Diaphragma, einen Schliff, die Gel/Wasser Grenzfläche oder andere dem Fachmann bekannte Anordnungen hergestellt ist. 310305 5. Durable miniaturizable reference electrode according to at least one of claims 1-4, characterized in that the electrolyte contact (3, 14, 19) between the measuring solution (4) and reference electrolyte space (1, 9, 13, 17) through a small opening Diaphragm, a cut, the gel / water interface or other arrangements known to those skilled in the art. 310
6. Langlebige miniaturisierbare Referenzelektrode nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen Bezugselektrolytraum (1 ,9, 13, 17) und Meßlösung ein Stromschlüssel mit einem oder mehreren weiteren Elektrolyten befindet.6. Durable miniaturizable reference electrode according to at least one of claims 1-5, characterized in that there is a current key with one or more further electrolytes between the reference electrolyte space (1, 9, 13, 17) and the measurement solution.
315 7. Langlebige miniaturisierbare Referenzelektrode nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß als perchloratsensitive Membran (2, 12) eine ionensensitive Polymermatrixmembran mindestens bestehend aus einem Weichmacher, einer Polymermatrix und einer aktiven Komponente, die das Salz eines großen liphophilen Kations und eines weniger liphophilen Anions ist, verwendet wird.315 7. Long-life miniaturizable reference electrode according to at least one of claims 1-6, characterized in that the perchlorate-sensitive membrane (2, 12) is an ion-sensitive polymer matrix membrane consisting at least of a plasticizer, a polymer matrix and an active component which is the salt of a large lipophilic cation and a less lipophilic anion is used.
320320
8. Langlebige miniaturisierbare Referenzelektrode nach mindestens einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß als innere Abieiteinrichtung für die Kontaktierung der ionensensitiven Membran (2, 12) auf der dem Bezugselektrolytraum (1 ,9, 13, 17) entgegengesetzten Seite jede aus der Potentiometrie bekannte Konstruktionsmöglichkeit8. Durable miniaturizable reference electrode according to at least one of claims 1-7, characterized in that as the inner Abieiteinrichtung for contacting the ion-sensitive membrane (2, 12) on the opposite side of the reference electrolyte (1, 9, 13, 17) each from the Potentiometry known design option
325 eines Festkontaktes, z.B. Silber oder ein ISFET, oder ein Flüssigkontakt, verwendet werden kann.325 a fixed contact, e.g. Silver or an ISFET, or a liquid contact, can be used.
9. Langlebige miniaturisierbare Referenzelektrode nach mindestens einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Perchlorat weitere Elektrolyte zur9. Long-life miniaturizable reference electrode according to at least one of claims 1-8, characterized in that in addition to the perchlorate further electrolytes for
330 Verringerung von Diffüsionspotentialen im Bezugselektrolytraum (1 ,9, 13, 17) enthalten sind.330 Reduction of diffusion potentials in the reference electrolyte space (1, 9, 13, 17) are included.
10. Verwenden der Referenzelektrode nach den ansprüchen 1-9 als Referenzelektrode für beliebige potentiometrische Messungen.10. Use the reference electrode according to claims 1-9 as a reference electrode for any potentiometric measurements.
335 335
PCT/DE1994/000081 1993-01-28 1994-01-27 Long-life miniaturizable reference electrode WO1994017399A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19934302322 DE4302322C2 (en) 1993-01-28 1993-01-28 Durable miniaturizable reference electrode
DEP4302322.3 1993-01-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1994017399A1 true WO1994017399A1 (en) 1994-08-04

Family

ID=6479101

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE1994/000081 WO1994017399A1 (en) 1993-01-28 1994-01-27 Long-life miniaturizable reference electrode

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE4302322C2 (en)
WO (1) WO1994017399A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7373195B2 (en) 2004-07-30 2008-05-13 Medtronic, Inc. Ion sensor for long term use in complex medium

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19748052A1 (en) * 1997-10-30 1999-05-06 Dieter Haaf Bridge body for an electrode

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE8409810U1 (en) * 1984-03-30 1985-12-05 Conducta Gesellschaft für Meß- und Regeltechnik mbH & Co, 7016 Gerlingen Reference system with reference electrode for analysis and measurement technology
JPH02140657A (en) * 1988-11-22 1990-05-30 Terumo Corp Electrolytic oxidation-polymerized film and film-coated sensor formed by using this electrolytic oxidation-polymerized film

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2077439B (en) * 1980-04-28 1984-03-28 Kuraray Co Compensating temperature-dependent characteristic changes in ion-sensitive fet transducers
CH661128A5 (en) * 1983-09-07 1987-06-30 Proton Ag MEASURING PROBE FOR POTENTIOMETRIC MEASUREMENT OF ION CONCENTRATIONS, METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF AND THEIR USE.
DE3415089A1 (en) * 1984-04-21 1985-10-31 Conducta Gesellschaft für Meß- und Regeltechnik mbH & Co, 7016 Gerlingen Double-junction reference electrode
US4592824A (en) * 1985-09-13 1986-06-03 Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique S.A. Miniature liquid junction reference electrode and an integrated solid state electrochemical sensor including the same
JPS6478140A (en) * 1987-09-21 1989-03-23 Toshiba Corp Solution component sensor
US4836908A (en) * 1987-12-22 1989-06-06 Abbott Laboratories Miniaturized reference electrodes
US4933048A (en) * 1988-02-16 1990-06-12 I-Stat Corporation Reference electrode, method of making and method of using same
DE3829420C1 (en) * 1988-08-31 1989-11-23 Accumulatorenwerke Hoppecke Carl Zoellner & Sohn Gmbh & Co Kg, 5790 Brilon, De Electrochemical cell
JPH02240556A (en) * 1989-03-14 1990-09-25 Fujitsu Ltd Oxygen electrode
DE3930768A1 (en) * 1989-09-14 1991-03-28 Meinhard Prof Dr Knoll Chemo- and bio-sensor system for ion conc. determn. without contact - by measuring interface potential with variable capacity

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE8409810U1 (en) * 1984-03-30 1985-12-05 Conducta Gesellschaft für Meß- und Regeltechnik mbH & Co, 7016 Gerlingen Reference system with reference electrode for analysis and measurement technology
JPH02140657A (en) * 1988-11-22 1990-05-30 Terumo Corp Electrolytic oxidation-polymerized film and film-coated sensor formed by using this electrolytic oxidation-polymerized film

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DATABASE WPI Section 768 Week 9028, Derwent World Patents Index; AN 90212013 *
R.L.SMITH: "An Integrated Sensor for Electrochemical Measurements", BIOMEDICAL ENGINEERING, vol. BME-33, no. 2, February 1986 (1986-02-01), pages 83 - 90 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7373195B2 (en) 2004-07-30 2008-05-13 Medtronic, Inc. Ion sensor for long term use in complex medium
US8055322B2 (en) 2004-07-30 2011-11-08 Medtronic, Inc. Ion sensor for long term use in complex medium

Also Published As

Publication number Publication date
DE4302322A1 (en) 1994-08-04
DE4302322C2 (en) 1998-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1062501B1 (en) Reference electrode
DE3405431C2 (en)
EP1786927B1 (en) Device and method for the detection of charged macromolecules
DE2820474A1 (en) ELECTROCHEMICAL PROBE
DE102018128885A1 (en) glass electrode
DE102015101191A1 (en) Potentiometric sensor
EP0581081A1 (en) Method for the determination of peracids
EP1936365A2 (en) Set with ion-selective fixed contact electrodes
DE69737627T2 (en) ANALYSIS CELL
EP0597203B1 (en) Reference electrode
EP1480038B1 (en) Potentiometric, ion selective electrode
DE1598196A1 (en) Electrochemical apparatus
WO1994017399A1 (en) Long-life miniaturizable reference electrode
DE4302323C2 (en) Durable miniaturizable reference electrode
DE102019125151A1 (en) Sensor with non-porous reference transition
WO1991016624A1 (en) Process for determining gas concentrations and gas sensor with solid electrolyte
WO2005073705A1 (en) Electrochemical transducer array and the use thereof
DE1297893B (en) Measuring electrode for measuring the concentration of ions in a liquid
EP0780685A1 (en) Amperometric sensor with two electrodes, in particular for hydrogen peroxide
DE4232729C2 (en) Micro reference electrode for generating a constant reference or reference potential
EP0693180B1 (en) Ammonia sensor
DE19644651B4 (en) Method and apparatus for electrochemical analysis by potentiometry with stripping
DE19631530C2 (en) Ion selective sensor
DE3020068C2 (en) Chemically sensitive measuring cell
DE3330977C2 (en) Arrangement for determining changes in electrical potentials in electrolytes

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase