專利名稱：整合式離子感測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離子感測器，尤其是一種同時將工作電極以及參考電極 設(shè)置于一基板上，以縮小空間且方便操作者使用的整合式離子感測器。
背景技術(shù)：
電位分析法是一種藉由測量待測液中所解離的離子產(chǎn)生的電位，判斷待 測液的離子濃度以判別酸堿度等性質(zhì)的方法。電位的測量需要有兩個電極， 其一是提供測量電位參考的電極， 一般稱為參考電極(或稱參比電極)，其電極 反應(yīng)是可逆的，以迅速建立熱力學(xué)平衡電位，以具有能夠供儀器測量的穩(wěn)定 電位，常用的參考電極有甘汞電極和銀-氯化銀電極，但因銀-氯化銀電極可在
高于6crc的系統(tǒng)中使用，所以使用范圍較甘汞電極更廣，而成為目前最佳的
參考電極；而另一則是與待測液反應(yīng)的工作電極(或稱指示電極)，藉由參考電 極和工作電極，與待測液中的離子形成回路，而產(chǎn)生電位差，因此由電位差 的大小即可判讀待測液的酸堿度。
請參看圖6所示，傳統(tǒng)的離子感測器是采用玻璃電極，其包括一參考電 極管41、 一工作電極管42以及連結(jié)所述電極41, 42并顯示電位差的顯示器 43，該參考電極管41于端部具有一液態(tài)連接性介面(如多孔性陶瓷材料)411， 而內(nèi)部填充有氯化鉀導(dǎo)電液412，并設(shè)有一甘汞電極或銀-氯化銀電極413，該 工作電極管42外側(cè)包覆一保護層421,并于端部露出一球狀的感應(yīng)玻璃膜 422，而內(nèi)部則填充有氯化鉀導(dǎo)電液423，且設(shè)有一氯化銀電極424。
然而，由于這種傳統(tǒng)的離子感測器體積大，而且又是以易碎的玻璃所制 成，因此在使用上非常不方便，再者，在使用時還要特別注意工作電極管42 的感應(yīng)玻璃膜422表面不可有油漬、刮痕或其他臟污，以免降低電極的敏感
4度，而影響測量值的準確性。
有鑒于此，即發(fā)展出更便于使用的離子感測器，如美國第4，857，166號專 利，并請參看圖7所示，其是包括一感測盒體50以及一感測儀60，該感測盒 體50包括一本體51以及一突出部52，該本體51內(nèi)部具有兩參考電極片，其 一為傳統(tǒng)玻璃參考電極片薄膜53所組成，以及另一則為MgF2或CaF2薄膜所 組成的參考電極片54，以將待測液滴在所述電極片53， 54上而進行反應(yīng)，以 減少參考電極的體積及提高測量的穩(wěn)定度，該突出部52具有由該本體51內(nèi) 部所延伸而出的兩參考電極片53,54，而該感測儀60具有一插孔61、 一電路 板(圖中未示)以及一顯示螢?zāi)?2，該插孔61是接受該感測盒體50的突出部 52，以檢測所述參考電極片53，54，并由電路板將其檢測到的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)值 顯示于該顯示螢?zāi)?2。
然而，這種整合式的離子感測器需使用兩參考電極片53,54，以提高測量 的穩(wěn)定度。
再請參看美國第6，964，734號專利，并參看圖8所示，其是揭露一整合式 的參考電極，其包括一基板70，并于該基板70表面形成有一電極連接部71, 且該電極連接部71的上表面部分涂布有絕緣膜72，以露出電極連接部71的 末端，而于近該基板70 —端處形成有與該電極連接部71連接的電極73以及 遮罩住該電極73的半圓形多孔性高分子保護層74，該高分子保護層74內(nèi)填 充有電解液75，而該高分子保護層74朝異于該電極連接部71的方向延伸有 一交換界面76。此種整合式離子感測器具有縮小的體積，具有易于攜帶及運 送的優(yōu)點。
然而，這些整合式的離子感測器是一參考電極，雖然，減少參考電極體 積和可直接與感測盒體50接合的優(yōu)點，但，在測量時尚須額外使用一工作電 極，所以操作不便。再者，電解液75填充的空間僅在半圓形多孔性高分子保 護層74內(nèi)，因此所獲得的數(shù)值可能會有不夠準確的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人有鑒于既有整合式離子感測器僅有參考電極，而無設(shè)置工作電 極，所以需額外使用一工作電極，而增加操作上的復(fù)雜性，因此經(jīng)過了長期 的研究以及反復(fù)的試驗之后，終于發(fā)明出此整合式離子感測器。
本發(fā)明的目的是在于提供一種同時將工作電極以及參考電極設(shè)置于一基 板上，以縮小空間且方便操作者使用的整合式離子感測器。
為達上述目的，本發(fā)明的整合式離子感測器，其是令一基板的表面具有 一工作電極組以及一參考電極組；
該工作電極組包括一離子選擇性電極、 一導(dǎo)線以及阻絕層，該離子選擇 性電極是設(shè)置于該基板的表面，而該導(dǎo)線是經(jīng)由連接線與該離子選擇性電極 連結(jié)，而該阻絕層是覆蓋于部分離子選擇性電極、連接線和導(dǎo)線，以確保反 應(yīng)信號是由離子選擇性電極經(jīng)連接線傳遞至導(dǎo)線；
該參考電極組包括一參考電極、 一導(dǎo)線、阻絕層以及一外罩體，該參考 電極是設(shè)置于該基板的表面，而該導(dǎo)線是直接與該參考電極電連結(jié)，而該阻 絕層是覆蓋于部分參考電極及導(dǎo)線，以確保反應(yīng)信號是經(jīng)由該參考電極傳遞 至導(dǎo)線，該外罩體是設(shè)置于該基板表面，以遮罩該參考電極、導(dǎo)線以及阻絕 層，且該外罩體連通有一供液體進出外罩體內(nèi)的交換界面(junction)，且該外
罩體內(nèi)部填充有電解液。
較佳的是，該基板可為聚酯(PET)基板、聚甲基乙烯酸甲酯(PMMA)基板 或其他高分子材料、印刷電路板(PCB)、玻璃基板(glass)、硅晶片(silicon wafer)等。
較佳的是，該離子選擇性電極是離子敏感場效晶體管(ISFET)、延伸柵極 場效晶體管(EGFET)、氧化銦錫(ITO)鍍膜芯片、二氧化錫(Sn02)鍍膜芯片等。
較佳的是，該導(dǎo)線可為銀、銅、金、鋁或其合金的金屬導(dǎo)電材料，亦可 為多晶硅、碳、氧化銦錫等半導(dǎo)體材料。較佳的是，該連接線可藉由導(dǎo)電膠、導(dǎo)電膠帶或其他如鋁、銅、金、銀 或其合金等金屬連接線連接導(dǎo)線。
較佳的是，該工作電極組或參考電極組的阻絕層是如環(huán)氧樹脂膠或紫外
線硬化膠(UV膠)的非導(dǎo)電膠等絕緣材料，也可為二氧化硅(SiO。、氮化硅(SiN) 等半導(dǎo)體材料，或可為外罩體結(jié)構(gòu)的一部份。 較佳的是，該參考電極為氯化銀(AgCl)。
較佳的是，該交換界面是以多孔性材質(zhì)所制成，最佳的是具有均勻孔洞 以及良好親水性的多孔性材質(zhì)，其可為如聚氯乙烯(PVC)等多孔性高分子材 料、如分子篩等多孔性陶瓷、多孔性金屬如鋁等易于產(chǎn)生多孔性孔洞的金屬、 多孔性微機電材料或毛細纖維等，該交換界面位置可在外罩體或基板上，供液 體進出外罩體內(nèi)。
較佳的是，該外罩體是以塑膠如聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、丙烯腈樹脂 (ABS)、亦可使用陶瓷等非導(dǎo)電性材料所制成的結(jié)構(gòu)。
較佳的是，該電解液是氯化鉀(KC1)、氫氯酸(HC1)或其他于所屬領(lǐng)域中具 有通常知識者可知的電解液。
其中，該基板具有二表面，該工作電極組和參考電極組可分別設(shè)置于該 基板的相對兩面，也可二者皆設(shè)置于該基板的同一表面。
藉由本發(fā)明所提供的結(jié)構(gòu)，可讓參考電極與工作電極同時設(shè)置于同一基 板上，使得使用者在操作上更為簡便。


圖1是本發(fā)明一實施例的側(cè)面剖視圖。
圖2是本發(fā)明一實施例的工作電極組的立體圖。
圖3是本發(fā)明另一實施例的側(cè)面剖視圖。
圖4是本發(fā)明另一實施例的參考電極組的立體圖。
圖5是本發(fā)明又一實施例的俯視圖。圖6是既有采用玻璃電極的離子感測器的示意圖,
圖7是既有離子感測器的立體圖。
圖8是既有整合式離子感測器的側(cè)面剖視圖。
附圖標號
基板10
離子選擇性電極21 近端221 阻絕層23 間隔25 參考電極31 近端321 阻絕層33
交換界面341， 343和344
參考電極管41
導(dǎo)電液412
工作電極管42
感應(yīng)玻璃膜422
氯化銀電極424
感測盒體50
突出部52
工作電極片54
插孔61
基板70
絕緣膜72
高分子保護層74
交換界面76
工作電極組20
導(dǎo)線22
遠端222
連接線24
參考電極組30
導(dǎo)線32
遠端322
外罩體34
電解液342
液態(tài)連接性介面411
電極413
保護層421
導(dǎo)電液423
顯示器43
本體51
參考電極片53
感測儀60
顯示螢?zāi)?2
電極連接部71
電極73
電解液7具體實施例方式
請參看圖1所示，其是本發(fā)明的整合式離子感測器的一實施例，其是令 一基板10的二表面分別設(shè)有一工作電極組20以及一參考電極組30;
該工作電極組20包括一離子選擇性電極21、一導(dǎo)線22以及一阻絕層23， 該離子選擇性電極21是設(shè)置于該基板10的一表面，而該導(dǎo)線22的近端221 是與該離子選擇性電極21經(jīng)由連接線24連結(jié)，于本實施例中，該導(dǎo)線22是 利用一連接線24與該離子選擇性電極21電連接，而該導(dǎo)線22的遠端222是 可伸入一檢測器(圖中未示)以結(jié)合使用，而其中該離子選擇性電極21部分與 外界接觸(使用時可與待測液接觸)，與待測液的反應(yīng)信號是由離子選擇性電極 21經(jīng)連接線傳遞至導(dǎo)線22的遠端222;
請附加參看圖2所示，該參考電極組30包括一參考電極31、 一導(dǎo)線32、 一阻絕層33以及一外罩體34，該參考電極31是氯化銀(AgCl)，其設(shè)置于該 基板10相對于該離子選擇性電極21的另一表面，而該導(dǎo)線32的近端321是 與該參考電極31連接，遠端322則是對應(yīng)于該工作電極組20的導(dǎo)線22，以 與一檢測器(圖中未示)結(jié)合使用，而該阻絕層23是覆蓋于部分導(dǎo)線32，以保 護該導(dǎo)線32，該外罩體34是設(shè)置于該基板10表面，以遮罩該參考電極31、 導(dǎo)線32以及阻絕層33，且該外罩體34有一供待測液進出外罩體34內(nèi)的交換 界面(junction)341，且該外罩體34內(nèi)部填充有氯化鉀(KC1)電解液342。
請附加參看圖3及圖4所示，本發(fā)明的另一實施例，其結(jié)構(gòu)大致與上述 實施例相同，其不同之處在于該交換界面343是穿設(shè)于于基板10上，亦連通 于該外罩體34內(nèi)部。
本發(fā)明的另外一種設(shè)計是將工作電極組20的阻絕層23或參考電極組30 的阻絕層33，與外罩體34整合在一起，也就是，阻絕層23或阻絕層33可為 外罩體結(jié)構(gòu)的一部份。
請參看圖5所示，其是本發(fā)明的另一實施例，其中工作電極組20和參考
9電極組30的結(jié)構(gòu)皆與上述實施例相同，其不同之處在于該工作電極組20和 參考電極組30是設(shè)置于該基板10的同一表面。
藉由本發(fā)明在基板10上設(shè)置有工作電極組20和參考電極組30，因此具 有較傳統(tǒng)離子測試器更小的體積，也能使得操作人員只需要利用本發(fā)明，而 無須再合并使用其他裝置，即可測量待測液中的離子濃度，因此在操作上更 為簡便。
權(quán)利要求
1.一種整合式離子感測器，其特征在于，所述整合式離子感測器是令一基板的表面具有一工作電極組以及一參考電極組；所述工作電極組包括一離子選擇性電極、一導(dǎo)線以及阻絕層，所述離子選擇性電極是設(shè)置于所述基板的表面，而所述導(dǎo)線是經(jīng)由連接線與所述離子選擇性電極連結(jié)，而所述阻絕層是覆蓋于部分離子選擇性電極、連接線和導(dǎo)線，以確保反應(yīng)信號是由離子選擇性電極經(jīng)連接線傳遞至導(dǎo)線；所述參考電極組包括一參考電極、一導(dǎo)線、阻絕層以及一外罩體，所述參考電極是設(shè)置于所述基板的表面，而所述導(dǎo)線是直接與所述參考電極電連結(jié)，而所述阻絕層是覆蓋于部分參考電極及導(dǎo)線，以確保反應(yīng)信號是經(jīng)由所述參考電極傳遞至導(dǎo)線，所述外罩體是設(shè)置于所述基板表面，以遮罩所述參考電極、導(dǎo)線以及阻絕層，且所述外罩體連通有一供液體進出外罩體內(nèi)的交換界面，且所述外罩體內(nèi)部填充有電解液。
2. 如權(quán)利要求1所述的整合式離子感測器，其特征在于，所述基板具有 二表面，所述工作電極組和參考電極組是分別設(shè)置于所述基板的相對兩面上。
3. 如權(quán)利要求1所述的整合式離子感測器，其特征在于，所述基板具有 二表面，所述工作電極組和參考電極組是設(shè)置于所述基板的同一表面。
4. 如權(quán)利要求l、 2或3所述的整合式離子感測器，其特征在于，所述交 換界面是穿設(shè)于所述外罩體。
5. 如權(quán)利要求l、 2或3所述的整合式離子感測器，其特征在于，所述交 換界面是穿設(shè)于所述基板。
6. 如權(quán)利要求l、 2或3所述的整合式離子感測器，其特征在于，所述基 板為聚酯基板、聚甲基乙烯酸甲酯基板、印刷電路板、玻璃基板或硅晶片。
7. 如權(quán)利要求1所述的整合式離子感測器，其特征在于，所述離子選擇 性電極是離子敏感場效晶體管、延伸柵極場效晶體管、氧化銦錫鍍膜芯片或 二氧化錫鍍膜芯片。
8. 如權(quán)利要求1所述的整合式離子感測器，其特征在于，所述導(dǎo)線為金屬 導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料，所述金屬導(dǎo)電材料是選自由銀、銅、金、鋁或其二者 或二者以上的合金所組成的群組，所述半導(dǎo)體材料為多晶硅、碳或氧化銦錫。
9. 如權(quán)利要求1所述的整合式離子感測器，其特征在于，所述離子選擇性電極是以導(dǎo)電膠、導(dǎo)電膠帶或金屬連接線與導(dǎo)線連接。
10. 如權(quán)利要求1所述的整合式離子感測器，其特征在于，所述工作電極組與參考電極組的阻絕層是絕緣材料或半導(dǎo)體材料，所述絕緣材料是環(huán)氧樹 脂膠或紫外線硬化膠，所述半導(dǎo)體材料為二氧化硅或氮化硅。
11. 如權(quán)利要求1所述的整合式離子感測器，其特征在于，所述參考電極 為氯化銀。
12. 如權(quán)利要求1所述的整合式離子感測器，其特征在于，所述交換界面 是多孔性材質(zhì)，其為多孔性高分子材料、多孔性陶瓷、多孔性金屬、多孔性 微機電材料或毛細纖維。
13. 如權(quán)利要求1所述的整合式離子感測器，其特征在于，所述外罩體是 非導(dǎo)電性材料所制成的結(jié)構(gòu)，所述外罩體的非導(dǎo)電性材料為塑膠如聚碳酸酯、 聚乙烯、丙烯腈樹脂，或為陶瓷等非導(dǎo)電性材料所制成的結(jié)構(gòu)。
14. 如權(quán)利要求1所述的整合式離子感測器，其特征在于，所述電解液是 氯化鉀。
15. 如權(quán)利要求13所述的整合式離子感測器，其特征在于，所述外罩體 與阻絕層是一體成形。
16. 如權(quán)利要求12所述的整合式離子感測器，其特征在于，所述多孔性高分子材料為聚氯乙烯。
17. 如權(quán)利要求12所述的整合式離子感測器，其特征在于，所述多孔性陶瓷為分子篩。
18. 如權(quán)利要求12所述的整合式離子感測器，其特征在于，所述多孔性 金屬為鋁。
全文摘要
本發(fā)明是一種整合式離子感測器，所述整合式離子感測器是令一基板的表面具有一工作電極組以及一參考電極組，所述工作電極組包括一設(shè)置于基板表面的離子選擇性電極、一與所述離子選擇性電極電連接的導(dǎo)線以及覆蓋于部分離子選擇性電極和導(dǎo)線的阻絕層，所述參考電極組包括一設(shè)置于所述基板表面的參考電極、一與所述參考電極電連結(jié)的導(dǎo)線、覆蓋于部分導(dǎo)線的阻絕層以及一設(shè)置于所述基板表面的外罩體，所述外罩體形成有一供液體流入外罩體內(nèi)的交換界面，且所述外罩體內(nèi)部填充有電解液；通過將參考電極與工作電極同時設(shè)置于同一基板上，使得使用者在操作上更為簡便。
文檔編號G01N27/414GK101676714SQ20081021359
公開日2010年3月24日 申請日期2008年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月16日
發(fā)明者夐 蕭, 馬國棟 申請人:中研應(yīng)用感測科技股份有限公司