Устройство для регистрации изменения потенциала мембраны химического сенсора на основе полевого транзистора

 

Использование: устройство для регистрации изменения потенциала мембраны химического сенсора на основе полевого транзистора при исследовании химических веществ. Сущность изобретения: устройство содержит полевой транзистор, источник напряжения смещения и электрод сравнения емкостного типа с добротностью не менее 100. Электрод сравнения выполнен в виде вспомогательного полевого транзистора с мембраной, идентичной мембране химического сенсора. Вспомогательный полевой транзистор включен в электрическую схему устройства таким образом, что его входная емкость соединена последовательно с входной емкостью полевого транзистора химического сенсора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 6 01 N 27/414

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ы (21) 4902077/25 (22) 11.01,91 .(46) 15.11.92, Бюл. ¹ 42 (71) Ленинградский государственный университет (72) Ю.Г.Власов, А.А.Кручинин и lO.À.Òàðàíтов (56) Janata j., Huber R.J. Solid-state chemical

sensors. — Aced. Press, 1985.

Патент Великобритании ¹ 2017400, кл. G 01 N 27/30, 1973.

Bergveld P„Wlersma J. Меепепз Н.

Extracellular potential recordings by means of а field effest transistor without gate metal, called OSFET.-1ЕЕЕ Transactions on

biomedical engineering, 1976, ч,BME-23, N 2, р. 136-144. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ИЗМЕНЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА МЕМБРАНЫ ХИПредлагаемое изобретение относится к исследованию химических свойств вещества, а более конкретно к измерению активности или обнаружению в жидких средах ионов или молекул как неорганического происхождения, так и органических (включая биологические) и может быть использовано на промышленных предприятиях.для контроля технологических электролитов и сточных вод, в исследовательских организациях медицинского и биологического профиля для анализа состава жидких сред в живых организмах, а также в организациях экологического профиля для обнаружения токсичных веществ в природных водах.

Известно устройство для регистрации изменения потенциала мембраны химического сенсора на основе ионо-селективного Ы, 1775658 А1

МИЧЕСКОГО СЕНСОРА НА ОСНОВЕ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА (57) Использование: устройство для регистрации изменения потенциала мембраны химического сенсора на основе полевого транзистора при исследовании химических веществ, Сущность изобретения; устройство содержит полевой транзистор, источник напряжения смещения и электрод сравнения емкостного типа с добротностью не менее 100. Электрод сравнения выполнен в виде. вспомогательного полевоготранзистора с мембраной, идентичной мембране химического сенсора. Вспомогательный полевой транзистор включен в электрическую схему устройства таким образом, что его входная емкость соединена последовательно с входной емкостью полевого транзистора химического сенсора, 1 з.п. ф-лы, 3 ил. полевого. транзистора (И СПТ) (1). Известное устройство представляет собой замкнутую измерительную цепь, состоящую из самого

ИСПТ, анализируемой жидкости. электрода сравнения с солевым мостиком и источника напряжения смещения. Об изменении потенциала мембраны ИСПТ в результате изменения состава окружающей ее жидкости судят по изменению напряжения смещения, которое необходимо для поддержания первоначально установленной величины тока в канале ИСПТ. Наиболее существенной особенностью используемого в известном устройстве электрода сравнения является независимость его потенциала от состава анализируемой жидкости, что позволяет регистрировать искомое изменение потенциала мембраны ИСПТ непосредственно. не

1775650 прибегая к измерению каких-либо вспомогательных величин и не используя для получения результата измерения каких-либо расчетных формул. Известное устройство позволяет с высокой точностью регистрировать изменение потенциала различных ионо-селективных мембран в неорганических, органических и биологических жидких средах.

Однако необходимость заполнения корпуса электрода сравнения потенциалопределяющим электролитом, отделенным от исследуемой жидкости пористой перегородкой, накладывает ряд существенных ограничений на практическое использование известного устройства, Эти ограничения связаны с необходимостью переноса потенциал-определяющего электролита через пористую перегородку в исследуемую пробу и обратного переноса раствора пробы внутрь электрода сравнения, что влечет за собой необходимость использовать различные потенциал-определяющие электролиты при работе с пробами разного состава, Действительно, внутри электрода сравнения не должны содержаться компоненты, влияющие на потенциал мембраны ИСПТ (например, при анализе ионов Cl-электрод сравнения заполняется раствором КЫОЗ, при анализе

H+ — KCi и т.n,), При этом потоки анионов и катионов через пористую перегородку должны быть такими, чтобы не создавать на ней значительный диффузионный потенциал, который вносит систематическую погрешность в результат измерения. Это обстоятельство осложняет выбор состава и концентрации потенциал-определяющего электролита для каждого конкретного случая. Обьемы как исследуемой пробы, так и потенциал-определяющего электролита должны быть достаточно велики для того, чтобы за время измерения диффузионные потоки сквозь пористую перегородку не смогли бы существенно изменить состав ни одной из этих жидкостей, Сказанное выше делает нецелесообразным применение классического типа электрода сравнения с солевым мостиком для работы с ИСПТ. т.к. он не позволяет создавать малогабаритные цепи, состоящие полностью из твердотельных элементов, т.е. не дает возможности реализовать преимущества ИСПТ по сравнению с ионо-селективными электродами, Известно устройство для регистрации изменения потенциала мембраны химического сенсора на основе ИСПТ. Известное устройство представляет собой измерительную цепь, содержащую два ИСПТ с чувствительной и индифферентной мембранами соответственно, включенных в

5 потенциала электрода, через который подается напряжение смещения для задания рабочей точки, Независимость выходного сигнала от потенциала поляризующего электрода позволяет использовать в качест10 ве такового металл, который не сохраняет свой потенциал при изменении состава ис-. следуемой пробы, Измерительная цепь известного устройства выполнена полностью из твердотельных элементов, она может

15 быть сделана малогабаритной и использована для анализа микрообъемов жидкости (менее 0,1 см . Некоторым неудобством при з практическом применении .известного устройства является то, что непосредственно ных индифферентных мембран строение их поверхности при контакте.с исследуемой

40 пробой более или менее быстро изменяется таким образом, что у них начинает появляться чувствительность к определенному иону, Тэк, ресурс работы мембран из полистирола, парилена и тефлона, используемых как

45 индифферентные при измерении рН, составляет не более 1-2 недель, в то время как рН-чувствительный ИСПТ с мембраной из оксида тантала обладает ресурсом порядка

1 года и более, Очень сильное влияние на

50 свойства индифферентных мембран оказывают небольшие по размерам ионы, для которых зти мембраны проницаемы, а также поверхностно-активные вещества, которые адсорбируются на поверхности индиффе55 рентных мембран. Последнее обстоятельство препятствует использованию известного устройства для анализа биологических жидкостей, т.к. содержащиеся в них белки. ферменты и т.п, обладают поверхностно-активными свойствами. Та20

35 состав дифференциального каскада. Выходное напряжение такой измерительной цепи пропорционально разности токов в каналах обоих ИСПТ, в силу чего оно не зависит от измеряется не .сама искомая величина, а связанная с ней нелинейным уравнением разность токов в плечах дифференциального каскада, в силу чего усложняется градуировка устройства. Однако, основным недостатком известного устройства, препятствующим его широкому внедрению в практику ионометрических и других подобных измерений, является нестабильность работы измерительной цепи, связанная со свойствами индифферентной мембраны, К настоящему времени опробованы различные способы получения таких мембран из различных материалов, в качестве которых используются полимеры с таким строением поверхности, которое препятствуе1 взаимодействию с частицами определенного вида (например, с ионами Н+), Для всех извест1775658 ким образом, известное устройство характеризуется низким ресурсом работы измерительной цепи и существенными ограничениями на химический состав исследуемой пробы, что делает целесообразным поиск альтернативных технических решений.

Известно устройство для регистрации изменения потенциала мембраны химического сенсора на основе полевого транзистора, наиболее близкое по технической сути к заявляемому изобретению. Известное устройство представляет собой измерительную цепь, сформированную из межэлектродных емкостей полевого транзистора. емкости между землей и жидкостью, в которую погружен транзистор, а также иэ источника напряжения смещения, включенного между подложкой полевого, транзистора и землей, Эквивалентная схе- 2 ма измерительной цепи известного устройства приведена на фиг. 1. Цифрой 1 обозначена емкость той части мембраны, которая расположена над областью канала транзистора. 2

Полевой транзистор известного устройства обладает также большим значением емкости между мембраной и подложкой вне области канала, которая выделена на эквивалентной схеме в отдельную позицию 2. У 3

МСПТ эта емкость обычно имеет пренебрежимо малую величину и не принимается во внимание. Такая особенность полевого транзистора известного устройства обусловлена тем, что его ф,нкциональным на- 3 значением является не ионометрия, а измерение биопотенциалов 5, т.е. неоднородности концентрации физиологически активных ионов (Na+, К+ и др.) в плоскости, параллельной кристаллу транзистора, Хотя 4 известное устройство было первоначально предназначено для измерения биопотенциалов, оно давало отклик также на содержание ионов Н+ и Na+ в невозмущенной жидкости, т.е, проявляло свойства ионосе- 4 лективного полевого транзистора. При ионометрических измерениях измеряемый потенциал 6 формируется эа счет градиента концентрации определяемого компонента между мембраной и раствором, В однород- 5 ном растворе этот градиент направлен перпендикулярно поверхности мембраны и в любой ее точке имеет одинаковые значения.

В силу этого ионометрический сигнал 6 является общим для обеих составляющих 5 входной емкости 1 и 2, а отмеченная выше особенность полевого транзистора известного устройства не является существенной в ходе дальнейшего рассмотрения его работы в качестве ионометрического.

Наиболее существенной особенностью измерительной цепи известного устройства является то, что функцию электрода сравнения в ней выполняет конденсатор 3. Контакт

5 одной из обкладок конденсатора 3 с жидкостью, в которую погружен транзистор. выполнен без присоединения к этому конденсатору какой-либо селективной мембраны, отделяющей его обкладку от раство10 ра, Полное сопротивление измерительной цепи известного устройства является чисто емкостным и протекание тока проводимости по ней невозмож Io, Рабочая точка транзистора задается распределением

15 электрического заряда в емкостях измерительной цепи. Часть этого заряда фиксирована в мембране и определяется технологией ее производства, другая часть наводится с помощью источника напряже0 ния смещения 4 и является переменной, что позволяет осуществлять регулировку рабочей точки. При таком построении измерительной цепи образующие ее компоненты входной емкости полевого транзистора 1, 2

5 и емкость электрода сравнения 3 должны иметь достаточно высокую добротность.

Добротность характеризует способность конденсатора сохранять помещенный на его обкладки заряд. Величина добротно0 сти определяется как отношение заряда на емкости к его отклонению от исходной величины в течение какого-либо характерного промежутка времени. В колебательных системах таким промежутком времени являет5 ся период собственных колебаний, в измерительной системе за такой промежуток можно принять время установления выходного сигнала. Выходной сигнал известного устройства пропорционален за0 ряду на сумме емкостей 1 и 2, который по закону последовательного соединения равен заряду на сумме емкости электрода сравнения 3 и параэитной емкости 7. Используя временные диаграммы выходного

5 сигнала известного устройства, можно видеть, что заряд на емкостях его измерительпой цепи отклоняется от исходной величины, обусловленной измеряемым био. потенциалом 5, за счет воздействия внеш0 них электрических помех, Время существования биопотенциала, который измеряет известное устройство, составляет около 0,1 с после стимуляции активности клеток. Добротность измерительной цепи

5 известного устройства при различной вели- чине емкости электрода сравнения 3 можно оценить как отношение максимальной величины сигнала к наибольшей величине помехи {в данном случае самая сильная помеха наводится от вспомогательного оборудова1775658 ния — стимулятора активности клеток), Можно видеть, что наибольшая добротность, которая достигается при емкости электрода сравнения 100 нЭ и выше, составляет примерно 10, Наименьшее значение добротно- 5 сти порядка 1 реализуется при емкости электрода сравнения менее 1 нФ, включая тот случай, когда эта емкость не сосредоточена в специальном радиотехническом изделии (конденсаторе), а представляет собой 10 распределительную между окружающими предметами паразитную емкость величиной в единицы пикофарад, Рассчитанная таким образом величина добротности характеризует измерительную цепь известного уст- 15 ройства в целом. Следует, однако, учесть, что добротность цепи из нескольких элементов определяет тот из них, у которого она минимальна. В известном устройстве таким элементом является емкость электро- 20 да сравненил 3, т.к, ее изменение оказывает определяющее влияние на величину добротности всей цепи, В процессе использования известного устройства как ионометрического выясни- 25 лось, что оно работает нестабильно и не позволяет получить воспроизводимые результатьь

Целью предлагаемого изобретения яв- 30 ляется повышение точности ионометрических измерений посрадством измерительной цепи с емкостным электродом сравнения до величины не менее 10Я,.

Поставленная цель достигается тем, 35 что, в устройстве для регистрации измененил потенциала мембраны химического сенсора, включающем полевой транзистор, источник напряжения смещения и электрод сравнения емкостного типа, согласно изо- 40 бретению электрод сравнения выполнен в виде емкостнаго элемента с присоединенной к нему мембраной, идентичной мембране химического сенсора, причем добротность электрода сравнения не менее 45

100, KpQMe того., в качестве емкостного 3ll6мента выбран полевой транзистор, который включен в электрическую схему устройства таким образом, что его входнал емкость соединена последовательно с входной емко- 50 стью полевого транзистора химического . сенсора.

Предлагаемое устройство существенно отличается от известных ионометрических устройств, снабженных вторым полевым 55 транзистором, тем, что второй полевой транзистор используется не в качестве преобразователя сопротивления высокоомного источника входного сигнала, а как емкостной электрод сравнения для индикаторного полевого транзистора, что позволило исключить из измерительной цепи как электрод сравнения с солевым мостиком, так и металлический поляризующий электрод. Принципиальная электрическая и эквивалентная схемы измерительной цепи предлагаемого устройства изображены на фигурах 2 и 3 соответственно.

Увеличение добротности измерительной цепи предлагаемого устройства, которое обеспечивает увеличение точности измерений, достигается в результате уменьшения полей рассеяния входных емкостей составляющих ее полевых транзисторов эа счет расположения их каналов в непосредственной близости друг от друга и заключения вместе с анализируемой жидкостью в общий металлический экран. Расположение транзисторов предлагаемого устройства обеспечивает также увеличение добротности и минимизацию величины паразитной емкости между землей и раствором пробы за счет того, что соединяющим емкости измерительной цепи проводником в отличие от прототипа является не вся анализируемал жидкость, а ее часть, сосредоточенная между параллельно расположенными подложками полевых транзисторов, Наиболее выгодной является величина зазора между ними менее 1 мм, когда отобранная проба удерживается в нем капиллярными силами, а пробоотбор осуществляется путем кратковременного погружения транзисторов в анализируемую жидкость, В зазоре более 1 мм отобранная проба не удерживается и поэтому транзисторы должны быть погружены в анализируемую — 8 — жидкость в течение всего времени измерений. что усложняет защиту от электрических помех.

Однако и в этом случае работоспособность предлагаемого устройства сохраняется.

Увеличение ширины зазора между транзисторами выше 5 мм нецелесообразно, т.к. это приводит к значительному снижению добротности измерительной цепи и увеличивает тем самым ошибку измерений до величины более 10, что недостаточно для достижения поставленной цели, Принципиальная схема предлагаемого устройства показана на фиг, 2, где 8 и 9— индикаторный и вспомогательный ИСПТ соответственно, 10 — источник напряжения смещения, 11 — источник напряжения питания. Эквивалентная схема измерительной цепи предложенного устройства (фиг. 3) помимо входных емкостей 12 и 13 индикаторного и вспомогательного транзисторов содержит также паразитную емкость 14 между исследуемой жидкостью и землей.

1775658

10 величина которой зависит от геометрии измерительной ячейки. В данной работе величина параэитной емкости составляла 1-2 и Ф. Для реализации предлагаемого устройства были использованы рН-чувствитель- 5 ные ионо-селективные транзисторы с мембраной иэ оксида тантала. Эти транзисторы обеспечивают ток стока около 1 мА при нулевом напряжении на затворе и обладают входной емкостью 140-160 пФ. Реги- 10 страцию изменения потенциала мембраны индикаторного ИСПТ 8 осуществляют следующим образом. Первоначально устанавливают напряжение источника 10 равным

U1 и помещают транзисторы 8 и 9 в исход- 15 ный раствор с определенным значением рН.

После установления стационарных значений тока в каналах обоих ИСПТ их извлекают из исходного раствора, осушивают рабочий зазор фильтровальной бумагой и 20 помещают в раствор с другим значением рН. После установления новых стационарных значений тока напряжение источника

10 U2 подбирают так. чтобы ток в канале индикаторного ИСПТ 8 возвратился к свое- 25 му первоначальному значению за счет возвращения к своей первоначальной величине заряда на его входной емкости 12, избыток или недостаток которого компенсируется за счет изменения заряда на входной емкости 30 вспомогательного ИСПТ 13, что приводит к еще более сильному отклонению тока в канале вспомогательного ИСПТ 9 от первоначального значения, В этих условиях изменение напряжения источника 15 U=U2- 35

U1 будет. пропорционально искомому изменению потенциала мембраны индикаторного ИСПТ. Действительно, пусть величина заряда на емкости 12 первоначально составляла Q1=C1*Ч1 и изменилась 40 до Q2--C1*V2, где С1 — входная емкость индикаторного ИСПТ, V1 и V2 — потенциалы его мембраны относительно подложки в первом и втором растворах соответственно.

Для возвращения тока индикаторного 45

ИСПТ к исходной величине необходимо перенести в емкость 12 из источника 15 заряд

Q=(Q2-01), для чего изменение напряжения источника 15 должно составлять U=Q/С$ с учетом того, что перенесенный заряд рас- 50 пределяется по всем емкостям измерительной цепи.

C1 + C2 + C3 тогда

С1 + С2 + СЗ

U = — C1 (Ч2 — Ч1 ) C1 (C2 ++3 )

= — (1+ — ) «V;

С1

С2 + СЗ где V — искомое изменение потенциала мембраны, которое. необходимо зарегистрировать.

Пример 1. Регистрация изменения потенциала рН-чувствительной мембраны иэ оксида тантала при переходе иэ буферного раствора с рН=1,68 в буферный раствор с рН=6.86. Зазор между транзисторами 0,3

MM. Среднее значение тока в канале индикаторного ИСПТ 1,760+-0,005 мА. Отклонение от среднего значения эа счет помехи

0,0i0 мА. Изменение потенциала мембраны относительно хлорсеребряного электрода сравнения 300 мВ, Входная емкость индикаторного ИСПТ

C1=(150+-10) и Ф.

Входная емкость вспомогательного

ИСПТ C2=(150+-10) пФ.

Паразитная емкость C3=2 пФ.

Расчетное значение

К (1+ С2 "3 )=1,984+-0,12.

Среднее значение К по табл. 1 1,90+0,04.

Относительная погрешность 2%.

Добротность измерительной цепи 176+10.

Пример 2. Регистрация изменения потенциала рН-чувствительной мембраны из оксида тантала при переходе из буферно- . го раствора с рН=1.68 в буферный раствор с рН=6.86. Зазор между транзисторами 2,6 мм. Среднее значение тока в канале индикаторного ИСПТ 1,065+-0,005 мА. Отклонение от среднего значения за счет помехи

0,010 мА. Изменение потенциала мембраны относительно хлорсеребряного электрода сравнения 295 мВ.

Входная емкость индикаторного ИСПТ

C1=(150+-10) и Ф.

Входная емкость вспомогательного

ИСПТ С2=(150+-10) пФ.

Паразитная емкость С3=2 пФ, Расчетное значение

К=.(1+ — )=1,984+-О, 12.

С1

С2+СЗ

Среднее значение К по табл. 2 1 94+О, 1 1.

Относительная погрешность 6%.

Добротность измерительной цепи 107+5.

П р и и е р 3. Регистрация изменения потенциала рН-чувствительной мембраны

1775658 из оксида тантала при переходе из буферного раствора с pH=1.68 в буферный раствор с рН=6.86, Зазор между транзисторами 5 мм.

Среднее значение тока в канале индикаторного ИСПТ 1,235+-0,005 мА, Отклонение от среднего значения за счет помехи 0,012 мА, Изменение потенциала мембраны относительно хлорсеребряного электрода сравнения 298 мВ.

Входная емкость индикаторного ИСПТ

С1=(150+-10) и Ф, Входная емкость вспомогательного

ИСПТ С2-(150+-10) пФ.

Паразитная емкость С3-2 пФ.

Расчетное значение

K=(1+ ) -1.984+ 0,12.

С2 +C3

Среднее значение К по табл. 3 1,92+0,18.

Относительная погрешность 10 (>.

Добротность измерительной цепи 103+5.

По поводу приведенных выше примеров нужно пояснить следующее: рабочая точка полевого транзистора была выбрана на квазилинейном участке входной характеристики, т,е. небольшие изменения тока в канале пропорциональны соответствующим изменениям потенциала .мембраны и заряда на входной емкости; для предлагаемого устройства, так же, как и для прототипа, основной причиной отклонений тока в канале от среднего значения являются внешние электрические помехи; радиотехническим эквивалентом хлорсеребряного электрода сравнения с солевым мостиком является резистор. При калибровочных измерениях, когда хлорсеребряный электрод сравнения включается в электрическую схему устройства вместо вспомогательного полевого транзистора 9, этот резистор занимает на эквивалентной схеме (фиг.3) место входной емкости вспомогательного полевого транзистора 13 и ару нтирует входную емкость индикаторного полев "0 транзистора 12, За счет шунтирования влияние внешних электрических помех на заряд этой емкости уменьшается до пренебрежимо малой величины. При этом изменение напряжения источника 15, которое необходимо произвестидля сохранения тока в канале при изменении величины рН, будет в точности равно по величине изменению потенциала мембраны. Это достигается; благодаря пренебрежимо малой величине тока утечки индикаторного полевого транзистора, который не создает падения напряжения на сопротивлении хлорсеребряного электрода сравнения. Учитывая сказанное в п,п. 1 — 3, добротность измерительной цепи предложенного устройства можно рассчитать, разделив среднюю величину тока в канале ИСПТ на

5 величину обусловленного помехой отклонения.

Из приведенных примеров можно видеть, что минимальное значение добротности измерительной цепи предлагаемого

10 усгройства, при котором достигается поставленная цель, составляет 100. Поскольку точность измерения примерно пропорциональна добротности, при величине добротности менее 100 поставленная цель уже не

15 будет достигаться, т.к, погрешность измерения будет превышать 10 .

Изменение потенциала мембраны индикаторного ИСПТ при многократной циклической смене буферных растворов

20 воспроизводится с точностью 5-10, Предлагаемое устройство может быть успешно использовано в лаборатории при выполнении анализа кислотности водных растворов.

25 Оценка точности измерений предлагаемого устройства была выполнена с помощью хлорсеребряного электрода сравнения, заполненного насыщенным раствором хлорида калия.

30 Привести количественную оценку увеличения точности ионометрических измерений посредством предлагаемого устройства по отношению к прототипу не представляется возможным, т.к. количественная оцен35 ка точности для прототипа не опубликована, а изготовить аналогичное устройство не представляется возможным.

На основании имеющихся в литературе данных можно утверждать, что имеет место

40 качественное различие в точности ионометрических измерений между прототипом и предлагаемым устройством в том смысле, что прототип не обеспечивал воспроизводимость результатов, а предлагаемое устрой45 ство ее обеспечивает. Если предположить, что неудовлетворительная работа прототипа была связана с высоким уровнем помех и наводок, которые достигали величины измеряемого сигнала, то можно условно оце50 нить выигрыш в точности для предлагаемого устройства двумя порядками величины, т.к. для него отношение полезного сигнала к помехе составляет не менее

100.

Формула изобретения

1. Устройство для регистрации изменения потенциала мембраны химического сенсора на основе полевого транзистора, содержащее полевой транзистор, источник л4

1775658

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3 напряжения смещения и электрод сравнения емкостного типа, о т л и ч а ю щ е е с 5l тем, что, с целью повышения воспроизводимости измерений, электрод сравнения выполнен в виде емкостного элемента с 5 присоединенной к нему мембраной, идентичной мембране химического сенсора, причем добротность электрода сравнения составляет не менее 100.

2. Устройство по и. 1, от л и ч а ю щ еес я тем, что в качестве емкостного элемента использован полевой транзистор, входная емкость которого соединена последовательно с входной емкостью полевого транзистора химического сенсора.

1775658

Фиа2 .

Составитель А.Кручинин

Техред M.Ìîргентал Корректор М.Максимишинец

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4031 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Устройство для регистрации изменения потенциала мембраны химического сенсора на основе полевого транзистора Устройство для регистрации изменения потенциала мембраны химического сенсора на основе полевого транзистора Устройство для регистрации изменения потенциала мембраны химического сенсора на основе полевого транзистора Устройство для регистрации изменения потенциала мембраны химического сенсора на основе полевого транзистора Устройство для регистрации изменения потенциала мембраны химического сенсора на основе полевого транзистора Устройство для регистрации изменения потенциала мембраны химического сенсора на основе полевого транзистора Устройство для регистрации изменения потенциала мембраны химического сенсора на основе полевого транзистора Устройство для регистрации изменения потенциала мембраны химического сенсора на основе полевого транзистора 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электрохимическим измерениям, в частности к р 1-метрии, и может быть использовано в химии, биологии и медицине, но преимущественно в электрохимии

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к ионометрии, и может быть применено в системах экологического мониторинга

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к области измерения активности ионов в растворах, и наиболее эффективно может быть использовано в аналитических системах

Изобретение относится к полупроводниковым датчикам для определения различных химических веществ в растворах потенциометрическими методами анализа и может быть использовано в медицине, биологии, сельском хозяйстве, а также в системах контроля окружающей среды

Изобретение относится к селективному детектору монооксида углерода. Предложен детектор монооксида углерода, который базируется на двух чувствительных слоях. Второй чувствительный слой является каталитически активным и реагирует равным образом на спирты, в частности этанол, и на монооксид углерода. Первый чувствительный слой каталитически неактивен и поэтому реагирует не на монооксид углерода, а только на этанол. Из сравнения сигналов от обоих слоев можно судить о концентрации монооксида углерода. Оба чувствительных слоя реализованы как однотипные металлооксидные слои, причем для каталитически активного слоя предусмотрен дополнительный слой с катализатором, таким как палладий. Альтернативно можно также использовать два разных слоя, из которых один является каталитически активным и без дополнительного слоя. Изобретение обеспечивает надежное детектирование монооксида углерода в присутствии спиртов. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.

Описана интегральная схема (100), содержащая подложку (110); изолирующий слой (120) на упомянутой подложке; а также первый нанопроводниковый элемент (140a) и второй нанопроводниковый элемент (140b), смежный с упомянутым первым нанопроводниковым элементом на упомянутом изолирующем слое; в которой первый нанопроводниковый элемент расположен так, чтобы он подвергался воздействию среды, содержащей интересующий аналит, и в которой второй нанопроводниковый элемент защищен от упомянутой среды защитным слоем (150) на упомянутом втором нанопроводниковом элементе. Интегральная схема согласно изобретению содержит подложку, изолирующий слой на упомянутой подложке, первый нанопроводниковый элемент и второй нанопроводниковый элемент на упомянутом изолирующем слое, при этом первый нанопроводниковый элемент является узлом истока первого транзистора и второй полупроводниковый элемент является узлом истока второго транзистора, причем упомянутый первый транзистор и упомянутый второй транзистор имеют общий узел стока, причем первый нанопроводниковый элемент расположен таким образом, чтобы подвергаться воздействию среды, содержащей аналит, и при этом второй нанопроводниковый элемент расположен таким образом, чтобы быть защищенным от упомянутой среды защитным слоем на упомянутом втором нанопроводниковом элементе. Также предложены измерительное устройство, включающее в себя такую ИС, способ измерения с использованием такой ИС и способ изготовления такой ИС. Изобретение обеспечивает упрощение конфигурации датчика и повышение надежности измерений. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Использование: для обнаружения концентрации вещества в образце текучей среды. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит: подложку, расположенный на подложке изолирующий слой, множество расположенных на упомянутом электроизолирующем слое индивидуально адресуемых нанопроводов, причем каждый нанопровод из упомянутого множества нанопроводов покрыт изолирующим материалом, при этом множество нанопроводов выполнено с возможностью обнаружения присутствия вещества в образце текучей среды посредством измерения электрической характеристики нанопровода из множества нанопроводов, при этом каждый упомянутый нанопровод имеет длину, ширину и толщину, отделение для образцов для содержания упомянутого образца текучей среды, при этом упомянутое отделение для образцов расположено таким образом, что оно покрывает по меньшей мере часть каждого нанопровода из упомянутого множества нанопроводов, при этом упомянутая длина, упомянутая ширина и упомянутая толщина соответствующих нанопроводов имеют такие размеры, чтобы формировать различные диапазоны обнаружения вещества. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение может быть использовано для измерения представляющего интерес аналита. Интегральная схема (ИС) (100) содержит полупроводниковую подложку (110); изолирующий слой (120) поверх упомянутой подложки; первый транзистор (140) на упомянутом изолирующем слое, при этом упомянутый первый транзистор содержит открытую канальную область (146) между областью (142а, 142b) истока и областью (144) стока; и генератор (150) волнового сигнала напряжения, проводящим образом соединенный с полупроводниковой подложкой для снабжения первого транзистора напряжением смещения во время периода улавливания сигнала, при этом генератор волнового сигнала напряжения выполнен с возможностью генерирования чередующегося волнового сигнала (300) напряжения смещения, содержащего периодически возрастающую амплитуду. Кроме того, раскрыто сенсорное устройство, включающее в себя такую ИС и способ измерения, использующий такую ИС. Изобретение обеспечивает возможность обеспечить ИС, в которой исключена необходимость использования отдельного электрода сравнения. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх