離子感測器是利用離子選擇電極，將感受的離子量轉換成可用輸出信號的感測器。離子感測器用於測量水溶液樣本中選定離子的濃度。
基本介紹
- 中文名：離子感測器
- 外文名：ion transducer
- 利用：離子選擇電極
- 用於：測量水溶液樣本中選定離子的濃度
- 學科：電子工程
概述,作用,基本原理,分類,相關特性,器件化技術,
概述
離子感測器是利用離子選擇電極，將感受的離子量轉換成可用輸出信號的感測器。離子感測器是溶液中特定離子濃度(活性)經選擇計測而得的物質，自開發以來至今已有20年了，現在在一切科學領域中都占有極其重要的地位。近年來由於半導體集成化技術的發展，離子感測器也在朝著多樣化、智慧型遙測化方向前進。
作用
離子感測器已廣泛套用於工廠排水自動計測和河水監測的環境衛生領域，或用於工廠生產溶液的自動監控、實驗室日常分析等用途。今後，對臨床檢查和體內埋入型感測器的套用寄予很大的期望。為適應這些需要，雖已有初步的研究，但是靈敏度和選擇性的改進，進而耐久性的提高都是不可缺少的。
基本原理
離子感測器是離子識別。即利用固定在敏感膜上的離子識別材料有選擇性地結合被感測的離子，從而發生膜電位或膜電流的改變。離子選擇性電極(ISE)是常見的離子感測器。
分類
離子感測器技術的進步取決於敏感膜與換能器，因此離子感測器的分類通常是根據敏感膜的種類和換能器的類型來劃分的。 根據敏感膜的種類劃分：玻璃膜式離子感測器、液態膜式高於感測器、固態膜式離子感測器、以離子感測器為基本體的隔膜式感測器。
根據換能器的類型劃分：電極型離子感測器、場效應電晶體型離子感測器、光導感測型離子感測器、聲表面波型離子感測器。
相關特性
膜材料尤其是感應物質的性質對離子感測器特性有極其密切的關係。至今關於離子感測器的研究，全部集中在特性優異的離子感測器膜材料有哪些優點上，首先在玻璃膜離子感測器方面，由玻璃組分變化而得的感測器對氫離子有選擇性，或對鹼金屬離子有選擇性。也就是說，如增加玻璃中氧化鋁和氧化硼的含量，就成為由鹼金屬離子引起感應性的玻璃膜。由於PH測定用的玻璃電極不適用於含氟化物溶液的PH值，因此正在開發以陽離子交換膜作感應膜的氫離子感測器。
難溶性鹽膜離子感測器使用各種銀鹽和硫化物。例如鹵素離子感測器使用鹵化銀和硫化銀，而鹵化銀與硫化銀的混合比影響感應膜的電阻值、光電效應和膜硬度，結果將會使感測器靈敏度和線性回響範圍改變。應該特別指出，這種難溶性鹽的製備方法對感測器特性是一個很大的影響因素。在用沉澱法製取備時，可在銀鹽溶液中加入鹵素，或用相反的方法沉澱或用同時沉澱法製取混合銀鹽等等都是極其重要的。即使是重金屬離子感測器情況，也建議用金屬粉與硫粉的混合物在硫化氫氣流中加熱的方法。可以說，當然也能得到金屬硫化物溶度低、靈敏度高的感測器。
離子變換膜感測器使用高分子量的季按鹽和金屬鰲合物，用這些在離解狀態下成為1價陽離子的物質製取與測試對象的陽離子穩定的離子對化合物。這裡如生成的離子對化合物是穩定的，就能得到靈敏度高的感測器。所以通常說，感應物質分子量越高，感測器靈敏度也就越高。但是，感應物質不僅影響感測器特性，而且還對作為膜其餘組成材料的溶劑性質也有強烈的影響。離子交換膜感測器中，膜固體化的感測器特性與液體膜感測器特性基本相同，然而必須充分注意膜固體化材料的選擇。使用最廣的是聚氯乙烯(PVC)，但由於感應物質的種類不同，其與PVC混合性差的，膜的固化就不充分，感測器特性也就不佳。作者用日本美術工藝品用的漆作膜固體化材料進行研究。漆與感應物質的混合性很好，對感測器耐久性的提高尤為有利。
中性載體膜離子感測器的特性與用作感應物質的冠醚等的特性有關。較早使用的氨酸黴菌素是優良的鉀離子感應物質，並據最近研究，雙冠醚化合物對鹼金屬離子感測器特性的改進顯然有效。其理由是因為雙冠醚北合物形成與鹼金屬離子穩定的化合物。
氣透膜離子感測器根據氣透膜孔徑和厚度確定氣體的選擇性。
ISFET的特性主要受FET柵離子感應膜特性支配，但離子感應膜與柵表面的粘著性也很大程度上決定ISFET的特性。所以，探索粘附性好的膜材料或改進黏著方法，對感測器特性改進都是必要的。
酵素膜感測器特性方面的最大課題是提高耐久性，在這一情況下，酵素本身的特性不及將酵素不失其功能地在膜中固定化的技術方面來得重要。為此在各種固定化方法上下功夫，這在葡萄糖感測器方面雖已有相當進展，然而全面看來還不能說耐久性是足夠的。
器件化技術
如上所述，離子感測器的支配因素中感應物質雖有最大的影響，但很多情況下，膜的生成技術和粘附技術等成為非常重要的因素。在ISFET的情況下，要格外注重離子感測器器件化技術。例如，用於細胞內液體測定等目的，則感測器的超小型化和靈巧化的研究頗為重要。使用ISFET時，為了使離子感應膜與柵表面的間隙中滲入水份後不致縮短感測器的壽命，還要從柵絕緣膜和離子感應膜的化學結合方法等方面想辦法。期望具有小型特點的ISFET在生物體內有效地利用，這就需要研究提高生物體適應性，並研製帶電源和有遙測功能的器件。
