场效应晶体管型离子传感器的应用和优势

利用场效应管栅极敏感膜,将溶液中的某给定离子活度转换为可用输出信号的传感器称为场效应晶体管型离子传感器。

1.离子敏感器件的主要特点及应用

离子选择场效应晶体管(ISFET)由离子选择电极敏感膜和MOSFET 组合而成,是对离子具有一定选择性的器件。对比一般的离子选择性电极,它具有高阻抗转换的优点,并具有放大功能,为准确检测电信号提供了有利条件,且灵敏度、响应时间均有提高。此外,它还具有体积小、易集成的优点。

ISFET 被广泛应用于生物化学、医学等领域中的微量分析。在有合适的离子响应膜或者有一定化学修饰的ISFET 情况下,可以测量很多氨基酸、蛋白质、酶等物质,还可以在环境监测中实时监测各种污染离子。

2.ISFET的原理

ISFET 进行化学量-离子浓度到电学量-电势转换的关键器件是MOSFET,有N 沟道增强型MOSFET 等。

ISFET 的工作原理和MOSFET 的原理相同,只是它用离子敏感膜来代替栅极的金属接触部分。选用合适的离子敏感膜可以在离子选择电极上得到与对应离子活度对应的电位,其阶跃响应特性可以满足性能要求,而且其稳定性和寿命能符合化学分析的要求。(www.xing528.com)

3.离子选择膜

能否有效选择离子选择膜是一个ISFET 好坏与否的关键。膜分为无机膜和有机膜,其中有机膜的应用较为广泛,主要应用在生化和医学领域。活性的膜物质和ISE的选择并没有很大差别,关键是选择膜的沉积技术,要求既不能损害场效应晶体管,又能保证膜的质量。当代的主要沉积技术分为物理气相沉积法(PVD)(包括高真空蒸发、直洗、射频溅射等)、化学气相沉积法(CVD)和浸泡涂覆法三大类。制作离子选择膜的主要方法:将离子活性剂溶解在增塑剂、PVC粉末和THE溶液中,最后将此溶液涂在ISFET 的栅区。

4.用ISFET进行离子活度分析

(1)直接滴定法。在测定前先要使溶液在合适的pH和离子强度下,然后加入一定量的已知浓度的溶液,测定电位,做出ISFET 标准曲线图,最后用已知标准曲线图测定溶液中的离子活度大小。

(2)仪器检测方法。采用电子测量仪器进行测量,通过读出ISFET 漏电流数值进而读出溶液中的离子强度。由于采用数字电路进行检测,因此可以排除人为检测中存在的主观差异,并且检测过程可以更加快速简便。