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イオン濃度計測装置 NEW

国内特許コード P210017903
整理番号 (S2018-0687-N0)
掲載日 2021年9月27日
出願番号 特願2020-522605
出願日 令和元年5月30日(2019.5.30)
国際出願番号 JP2019021623
国際公開番号 WO2019230917
国際出願日 令和元年5月30日(2019.5.30)
国際公開日 令和元年12月5日(2019.12.5)
優先権データ
  • 特願2018-104495 (2018.5.31) JP
発明者
  • 二川 雅登
出願人
  • 国立大学法人静岡大学
発明の名称 イオン濃度計測装置 NEW
発明の概要 pHセンサ1は、計測イオン102と非計測イオン103とを含む計測対象101に設置されて、計測イオン102の濃度を得る。pHセンサ1は、計測対象101の計測対象電圧(V)を制御する計測対象電源16と、計測イオン102を選択的に捕捉して、捕捉した計測イオン102の数に対応するpH依存電圧(VPH)を生じさせる計測イオン感応膜7を含む計測ISFET2と、計測イオン感応膜7の膜制御電圧(V)を制御する計測膜電源18と、計測対象電源16及び計測膜電源18のそれぞれから出力される電圧の大きさを制御する電源制御部19と、を備える。
従来技術、競合技術の概要

水素イオン指数(以下「pH」と呼ぶ)は、農業分野及び水質検査分野において重要な物理量である。pHを計測する手段として、リトマス試験紙を用いる手段、ガラス電極を用いる手段及びイオン選択性電界効果型トランジスタ(Ion Sensitive Field Effect Transistor:ISFET)を用いる手段が知られている。例えば、非特許文献1は、ISFETに関する技術を開示する。

産業上の利用分野

本発明は、イオン濃度計測装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
計測イオンと非計測イオンとを含む計測対象に設置されて、前記計測イオンの濃度を得るイオン濃度計測装置であって、
前記計測対象の電圧を制御する計測対象電源と、
前記計測イオンを選択的に捕捉して、捕捉した前記計測イオンの数に対応する電圧を生じさせる計測イオン感応膜を含む計測センサ部と、
前記計測イオン感応膜の電圧を制御する計測膜電源と、
前記計測対象電源及び前記計測膜電源のそれぞれから出力される電圧の大きさを制御する電源制御部と、を備える、イオン濃度計測装置。

【請求項2】
前記計測膜電源に接続され、前記計測イオン感応膜に埋め込まれた計測膜電極をさらに備える、請求項1に記載のイオン濃度計測装置。

【請求項3】
前記計測膜電極は、複数の電極リッジを含む、請求項2に記載のイオン濃度計測装置。

【請求項4】
前記計測センサ部は、基板と、前記基板上に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられた前記計測イオン感応膜と、を有するイオン選択性電界効果型トランジスタである、請求項3に記載のイオン濃度計測装置。

【請求項5】
前記電極リッジは、前記基板に形成されたソースとドレインとの間に流れる電流の方向と交差する方向に延びると共に、前記電流の方向に沿って互いに離間する、請求項4に記載のイオン濃度計測装置。

【請求項6】
前記計測センサ部は、基板と、前記基板上に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられた前記計測イオン感応膜と、を有するイオン選択性電界効果型トランジスタであり、
前記基板の電圧を制御する基板電源をさらに備え、
前記電源制御部は、前記基板電源を制御する、請求項2又は3に記載のイオン濃度計測装置。

【請求項7】
前記電源制御部は、前記非計測イオンの極性が負であるときに、前記計測イオン感応膜の電圧が前記計測対象の電圧よりも小さくなるように、前記計測対象電源及び前記計測膜電源の少なくとも一方を制御する、請求項1~6の何れか一項に記載のイオン濃度計測装置。

【請求項8】
前記電源制御部は、前記非計測イオンの極性が正であるときに、前記計測イオン感応膜の電圧が前記計測対象の電圧よりも大きくなるように、前記計測対象電源及び前記計測膜電源の少なくとも一方を制御する、請求項1~6の何れか一項に記載のイオン濃度計測装置。

【請求項9】
前記電源制御部は、
前記計測対象の電圧と前記計測イオン感応膜の電圧との差分が小さくなるように、前記計測対象電源及び前記計測膜電源の少なくとも一方を制御することにより、前記計測イオン感応膜への前記非計測イオンの浸潤を抑制する抑制動作と、
前記計測対象の電圧と前記計測イオン感応膜の電圧とが互いに異なる電位となるように、前記計測対象電源及び前記計測膜電源の少なくとも一方を制御することにより、前記計測センサ部より捕捉された前記計測イオンの数に対応する電圧を得る計測動作と、を繰り返し行う、請求項1~6の何れか一項に記載のイオン濃度計測装置。

【請求項10】
前記計測イオンを選択的に捕捉して、捕捉した前記計測イオンの数に対応する電圧を生じさせる補正イオン感応膜を含む補正センサ部と、
前記補正イオン感応膜の電圧を制御する補正膜電源と、をさらに備え、
前記電源制御部は、
前記計測対象の電圧と前記計測イオン感応膜の電圧との差分が小さくなるように、前記計測対象電源及び前記計測膜電源の少なくとも一方を制御することにより、前記計測イオン感応膜への前記非計測イオンの浸潤を抑制する第1の抑制動作と、
前記計測対象の電圧と前記計測イオン感応膜の電圧とが互いに異なる電位となるように、前記計測対象電源及び前記計測膜電源の少なくとも一方を制御することにより、前記計測センサ部より捕捉された前記計測イオンの数に対応する電圧を得る第1の計測動作と、を繰り返し行い、
前記計測対象の電圧と前記補正イオン感応膜の電圧との差分が小さくなるように、前記計測対象電源及び前記補正膜電源の少なくとも一方を制御することにより、前記補正イオン感応膜への前記非計測イオンの浸潤を抑制する第2の抑制動作と、
前記計測対象の電圧と前記補正イオン感応膜の電圧とが互いに異なる電位となるように、前記計測対象電源及び前記補正膜電源の少なくとも一方を制御することにより、前記補正センサ部より前記計測イオンの数に対応する電圧を得る第2の計測動作と、を繰り返し行い、
前記第2の計測動作は、前記第1の計測動作がn回(nは2以上の整数)実行されるごとに行われる、請求項1~6の何れか一項に記載のイオン濃度計測装置。

【請求項11】
計測イオンと非計測イオンとを含む計測対象に設置されて、前記計測イオンの濃度を得るイオン濃度計測装置であって、
前記計測対象の電圧を制御する計測対象電源と、
前記計測イオンを選択的に捕捉して、捕捉した前記計測イオンの数に対応する電圧を生じさせるイオン捕捉膜を含む計測センサ部と、
前記イオン捕捉膜の電圧を制御する計測膜電源と、
前記計測対象電源及び前記計測膜電源のそれぞれから出力される電圧の大きさを制御する電源制御部と、を備える、イオン濃度計測装置。

【請求項12】
前記計測膜電極は、ストライプ型である、請求項3~5の何れか一項に記載のイオン濃度計測装置。
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2020522605thum.jpg
出願権利状態 公開
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