新型的固体pH电极

　　一、概述

　　自1970年荷兰科学家伯格凡尔提出氢离子敏场效应晶体管沮十一ISFET)电极以来，经过20余年的试驳研究，1991年美国利诺公司(L&N)独家向市场推出离子敏场效应晶体管pH电极(L&N商品定名为DURAFETpH电极)，已被广泛应用于各种工业流程中，获得巨大成功。我国四川仪表九厂/重庆分析仪器有限公司于1992年引进ISFETPH电极，1993年2月开始应用在我国各工业流程中，使用效果较为满意.与玻璃pH电极相比，isFETpH电极突出的优点是:极快速的响应时间，可达1秒钟左右;真正的固体化设计，使用时不碎，具有极高的使用可靠性;电极的参比液结和KCI凝胶可更换，而硅晶片从理论上讲是无损的，所以电极的使用寿命很长;使用温度范围宽，达到一5一130℃，并有良好的精度;电极的输出为低阻抗pH信号，易于与前置放大器匹配;有良好的长期稳定性，而且使用维护工作量极小;电极发送器为本安防爆型结构设计，可安全地应用在各种危险场合中.

　　在现有品种的基础上，L&N即将推出用于生物工程、食品生产使用的微型、小型、耐高温的新型isFETpH电极，并将测量、参比电极和温度补偿器复合在一起，同时进一步推广在工业流程中的应用，特别是在恶劣场合中的使用，从而展现了isFETpH电极极其光明的发展前景.

　　二、基本原理

　　ISFET pH传送器是一块硅品片，这种硅晶片可以是P型半导体掺杂，也可以是N型半导体掺杂;N型半导体掺杂的硅晶片可以用来制造P沟道增强型场效应晶体管。用P沟道作为ISFET pH电极的优选材料并采用从硅晶片后部进行引线连接，将导线与测试样品完全隔离，这是L&N公司获得的专利。

　　ISFET是一种三极器件，N型掺杂品片作为其中一个端，如图1的N硅衬底;另外两个端采用硼扩散，产生一个漏极和一个源极.在N型晶片的顶部，沉积并形成一个敏感膜(绝缘层)。

　　H十一ISFET与MOS场效应晶体管(MOSFET)有相似的结构，也具有类似的输出特性，所以工作原理也相似.

　　从图1中可以看出，H十一IsFET是用氢离子敏感膜(绝缘层)代替了MOSFET的金属栅，栅极电压是由参比电极通过被测溶液加上去的.当敏感膜与溶液接触时，由于带电氢离子的存在，在敏感膜与溶液界面上感应出对氢离子敏感的能斯特响应电位，此电位Vrs的大小取决于膜的性质和溶液中的氢离子活度，它服从于能斯特方程:

　　式中E——标准电动势

　　R——气体常数

　　T——绝对温度

　　F——法拉第常数，9.64$7 x 10'C/mol

　　n——待测离子价数，对于氢离子n二1