WO2002056001A2 - Metal ion sensor - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for determining the concentration of metal ions in a solution and a sensor for determining the concentration of metal ions in a solution.
- the electrical potential (electrode potential) of a corresponding metal electrode in this solution can be used compared to a reference electrode.
- the voltage established between the metal electrode and the reference electrode is tapped.
- the voltage is proportional to the metal ion concentration in the solution.
- the object of the invention is to provide a method for the determination of metal ions, which provides good measurement results, especially at low concentrations, and can also be used in the case of dynamic concentration changes. It is also an object of the invention to provide a sensor for determining the concentration of metal ions in solution which can be produced in a simple manner and which is both sensitive to low metal ion concentrations and can also be used for dynamic processes.
- the method according to the invention is based on the principle that a semiconductor surface in contact with an electrolyte forms an electronic barrier layer, the electrical resistance or the electronic barrier of which is a function of the ion concentration in the presence of metal ions in the electrolyte.
- the Fermi level of the electrons of the semiconductor and the electrochemical potential of the redox system will generally degrade energetically.
- This compensation process forms a so-called space charge zone in the edge layer of the semiconductor, which is compensated for by excess ions on the electrolyte-side semiconductor surface.
- a dipole layer is created, which is referred to as Helmhotz's double layer.
- the electrolyte contains metal ions, these are deposited on the semiconductor surface in accordance with their concentration in the solution.
- the semiconductor is electrically contacted, there is usually a one-time current flow which results, for example, from the transfer of electrons from the semiconductor layer to the deposited metal ions and reduces them.
- the surface potential changes due to the metal ions attached to the semiconductor surface in such a way that the semiconductor / electrolyte dipole loses its blocking action and a current flow between the semiconductor and the electrolyte is possible.
- the semiconductor is suitably electrically biased compared to the solution, there is a permanent current flow through the semiconductor / electrolyte interface. In watery Solution, this can result in a hydrogen potential when a negative potential is applied, and in an oxygen development when a positive potential is applied.
- the near-surface space charge zone is formed by positively charged, stationary donors of the semiconductor, which are opposed by negatively charged metal ions on the electrolyte-side semiconductor surface.
- the advantage of this determination method is that the "permanent" current can be chosen to be large compared to the "one-time” current caused, for example, by the metal ion reduction. Furthermore, this "permanent" current with constant ion concentration is not zero, like that of pure metal deposition with equilibrium occupancy, but is different from zero and constant with a constant potential difference between semiconductor and electrolyte.
- the ion concentration of the solution can thus be determined by measuring the interface resistance of the semiconductor / electrolyte interface, which is sensitive to surface conditions, and comparing it with reference data.
- the semiconductor surface thus represents a sensor surface which allows the determination of a metal ion concentration via its influence on the surface states of the semiconductor surface.
- a resistance measurement can take place, for example, at a predetermined potential difference between the semiconductor surface and the solution via a measurement of the electrical interface current between the semiconductor and the solution.
- at least one preferably metallic counter electrode is provided in contact with the solution.
- the total resistance measured in this way between the counterelectrode and the electrically contacted semiconductor surface serving as the detection electrode in this case includes, in addition to the actual interface resistance, also the electrical resistance of the solution which surrounds the counterelectrode and the semiconductor surface.
- a three-electrode or multi-electrode structure is particularly advantageous, in which at least one additional reference electrode is provided in addition to the metallic counter electrode and the semiconductor.
- This reference electrode can preferably be constructed similarly to the semiconducting detection electrode. However, it preferably has an interface coating such that its interface resistance does not change with the ion concentration, but otherwise has the same resistance characteristic, in particular the same current and temperature dependency as the detection electrode.
- the geometrical arrangement of the detection, counter and reference electrodes relative to one another is advantageously known, so that solution resistances between the electrodes would be calculable if the specific solution conductivity was known.
- the geometric arrangement of the detection, counter and reference electrodes is particularly preferably chosen such that the solution resistance between the counter and the detection electrodes corresponds to that between the counter and the reference electrode. In this case, the interfacial resistance dependent on ion concentration can be determined in a simple manner from the difference in the total resistances between counter and detection electrode and counter and reference electrode.
- a resistance bridge measurement can also be used to determine the interface resistance, in which a preferably currentless determination of the interface resistance is possible by comparing a resistance bridge, the unknown resistance of which is the semiconductor / electrolyte interface resistance.
- a sensor for determining a concentration of Metal ions in a solution which is particularly suitable for carrying out the method according to the invention
- At least one detection electrode with a semiconductor which is designed such that its electrically conductively contacted semiconductor surface can at least partially come into contact with the solution;
- At least one counter electrode for contacting the solution
- a resistance determination device which is electrically connected to the detection and the counterelectrode, in order to determine the interface resistance between the semiconductor surface and the solution; and an evaluation device which is connected to the resistance determination device in order to determine the concentration of the metal ions by comparing the interface resistance with reference data.
- All semiconductor materials which have a diode effect in contact with an electrolyte are suitable for the sensor according to the invention, such as III-V semiconductors, in particular GaAs. Both p and n semiconductors can be used.
- the doping should be selected such that a space charge zone can form in the boundary layer of the semiconductor, i.e. the boundary layer should not be degenerate (metallic) doped.
- Organic semiconductors such as phthalocyanines or polymers such as oligophenes or polythiophenes are also suitable.
Abstract
The invention relates to a method for determining the concentration of metal ions in a solution involving the following steps: preparing the solution that contains the metal ions; bringing a semiconductor surface of a sensor, said surface being contacted in an electrically conductive manner, into contact with the solution; determining the electric interface resistance between the semiconductor surface and the solution, and; determining the concentration of the metal ions by comparing the interface resistance with reference data. The invention also relates to a corresponding sensor for determining the concentration of metal ions in a solution.
Description
"Metallionensensor""Metal ion sensor"
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Konzentration von Metallionen in einer Lösung sowie einen Sensor zur Bestimmung der Konzentration von Metallionen in einer Lösung.The invention relates to a method for determining the concentration of metal ions in a solution and a sensor for determining the concentration of metal ions in a solution.
Zur Konzentrationsbestimmung von Metallen in Lösung kann das elektrische Potential (Elektrodenpotential) einer entsprechenden Metallelektrode in dieser Lösung gegenüber einer Bezugselektrode genutzt werden. Dabei wird die sich zwischen Metallelektrode und Bezugselektrode einstellende Spannung abgegriffen. Die Spannung ist dabei proportional zur Metallionenkonzentration in der Lösung. Bei geringen Konzentrationen sowie bei dynamischen Konzentrationsänderungen ist die Meßempfindlichkeit derartiger herkömmlicher Konzentrationsbestimmungsverfahren jedoch eingeschränkt.To determine the concentration of metals in solution, the electrical potential (electrode potential) of a corresponding metal electrode in this solution can be used compared to a reference electrode. The voltage established between the metal electrode and the reference electrode is tapped. The voltage is proportional to the metal ion concentration in the solution. At low concentrations and with dynamic changes in concentration, however, the measurement sensitivity of such conventional concentration determination methods is limited.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bestimmung von Metallionen zur Verfügung zu stellen, welches besonders bei geringen Konzentrationen gute Meßergebnisse liefert und auch bei dynamischen Konzentrationsänderungen einsetzbar ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, einen auf einfache Weise herstellbaren Sensor zur Bestimmung der Konzentration von Metallionen in Lösung zu schaffen, der sowohl sensitiv für geringe Metallionenkonzentrationen ist, als auch für dynamische Prozesse eingesetzt werden kann.The object of the invention is to provide a method for the determination of metal ions, which provides good measurement results, especially at low concentrations, and can also be used in the case of dynamic concentration changes. It is also an object of the invention to provide a sensor for determining the concentration of metal ions in solution which can be produced in a simple manner and which is both sensitive to low metal ion concentrations and can also be used for dynamic processes.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch einen Sensor gemäß Anspruch 5. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweils rückbezogenen Ansprüchen.The object is achieved by a method in accordance with claim 1 and by a sensor in accordance with claim 5. Advantageous refinements result from the respective back-related claims.
Erfindungsgemäß umfaßt ein Verfahren zur Bestimmung der Konzentration vonAccording to the invention, a method for determining the concentration of
Metallionen in einer Lösung die Schritte:Metal ions in a solution the steps:
- Bereitstellen der Lösung, welche die Metallionen enthält;
- lnkontaktbringen einer elektrisch leitend kontaktierten Halbleiteroberfläche eines Sensors mit der Lösung;- providing the solution containing the metal ions; contacting an electrically conductively contacted semiconductor surface of a sensor with the solution;
- Bestimmen des elektrischen Grenzflächenwiderstandes zwischen der Halbleiteroberfläche und der Lösung; und - Ermitteln der Konzentration der Metallionen durch Vergleichen des Grenzflächenwiderstandes mit Referenzdaten.- Determining the electrical interface resistance between the semiconductor surface and the solution; and determining the concentration of the metal ions by comparing the interfacial resistance with reference data.
Zusammenfassend beruht das erfindungsgemäße Verfahren auf dem Prinzip, daß eine Halbleiteroberfläche im Kontakt mit einem Elektrolyten eine elektronische Sperrschicht ausbildet, deren elektrischer Widerstand bzw. dessen elektronische Barriere bei Anwesenheit von Metallionen in dem Elektrolyten eine Funktion der lonenkonzentration ist. Bevor die Halbleiteroberfläche und der Elektrolyt miteinander in Kontakt sind, werden das Fermi-Niveau der Elektronen des Halbleiters und das elektrochemische Potential des Redoxsystems im allgemeinen energetisch auseinanderfallen. Bei Kontakt der Halbleiteroberfläche mit dem Elektrolyten kommt es zu einer Ladungsverschiebung zwischen Halbleiter und Lösung bis das Fermi-Niveau auf Halbleiter- und Elektrolytseite energetisch übereinstimmen. Durch diesen Ausgleichsprozeß bildet sich in der Randschicht des Halbleiters eine sogenannte Raumladungszone aus, die durch Überschußionen auf der elektrolytseitigen Halbleiteroberfläche kompensiert wird. Es entsteht eine Dipolschicht, welche als Helmhotzsche Doppelschicht bezeichnet wird.In summary, the method according to the invention is based on the principle that a semiconductor surface in contact with an electrolyte forms an electronic barrier layer, the electrical resistance or the electronic barrier of which is a function of the ion concentration in the presence of metal ions in the electrolyte. Before the semiconductor surface and the electrolyte are in contact with one another, the Fermi level of the electrons of the semiconductor and the electrochemical potential of the redox system will generally degrade energetically. When the semiconductor surface comes into contact with the electrolyte, there is a charge shift between the semiconductor and the solution until the Fermi level on the semiconductor and electrolyte sides match. This compensation process forms a so-called space charge zone in the edge layer of the semiconductor, which is compensated for by excess ions on the electrolyte-side semiconductor surface. A dipole layer is created, which is referred to as Helmhotz's double layer.
Enthält der Elektrolyt Metallionen, so scheiden sich diese entsprechend ihrer Konzentration in der Lösung auf der Halbleiteroberfläche ab. Bei der elektrischen Kontaktierung des Halbleiters kommt es dann üblicherweise zu einem einmaligen Stromfluß, der sich beispielsweise durch die Übertragung von Elektronen aus der Halbleiterschicht auf die abgeschiedenen Metallionen ergibt und diese reduziert. Zusätzlich verändert sich das Oberflächenpotential durch die an die Halbleiteroberfläche angelagerten Metallionen derart, daß der Halbleiter/Elektrolyt-Dipol seine Sperrwirkung verliert und so ein Stromfluß zwischen Halbleiter und Elektrolyt möglich wird. Wird der Halbleiter gegenüber der Lösung geeignet elektrisch vorgespannt, kommt es zu einem permanenten Stromfluß durch die Halbleiter/Elektrolyt-Grenzfläche hindurch. In wäßriger
Lösung kann dies bei Anlegen eines negativen Potentials in einer Wasserstoff-, bei Anlegen eines positiven Potentials in einer Sauerstoffentwicklung resultieren.If the electrolyte contains metal ions, these are deposited on the semiconductor surface in accordance with their concentration in the solution. When the semiconductor is electrically contacted, there is usually a one-time current flow which results, for example, from the transfer of electrons from the semiconductor layer to the deposited metal ions and reduces them. In addition, the surface potential changes due to the metal ions attached to the semiconductor surface in such a way that the semiconductor / electrolyte dipole loses its blocking action and a current flow between the semiconductor and the electrolyte is possible. If the semiconductor is suitably electrically biased compared to the solution, there is a permanent current flow through the semiconductor / electrolyte interface. In watery Solution, this can result in a hydrogen potential when a negative potential is applied, and in an oxygen development when a positive potential is applied.
Wird, z.B. nach Abscheidung von Metallionen bei negativen Potentialen, eine Potentialdifferenz umgekehrter Polarität zwischen Halbleiter und Elektrolyt angelegt, so werden die an der Halbleiteroberfläche angelagerten Metallionen abgestoßen oder abgelöst, wodurch eine "Reinigung" der Halbleiteroberfläche erfolgt. Bei einem n-Halbleiter wird beispielsweise die grenzflächennahe Raumladungszone durch positiv geladene, ortsfeste Donatoren des Halbleiters gebildet, welcher negativ geladene Metallionen an der elektrolytseitigen Halbleiteroberfläche gegenüberstehen. Durch eine positive Vorspannung des Halbleiters gegenüber der Lösung können diese negativ geladenen Metallionen entfernt oder abgeschiedene Metalle durch Oxidation ggf. auch der Halbleiteroberfläche abgelöst und die Grenzfläche gereinigt werden.E.g. after deposition of metal ions at negative potentials, a potential difference of reversed polarity between the semiconductor and the electrolyte is applied, the metal ions attached to the semiconductor surface are repelled or detached, as a result of which the semiconductor surface is “cleaned”. In the case of an n-type semiconductor, for example, the near-surface space charge zone is formed by positively charged, stationary donors of the semiconductor, which are opposed by negatively charged metal ions on the electrolyte-side semiconductor surface. By positively biasing the semiconductor against the solution, these negatively charged metal ions can be removed or deposited metals can also be detached from the semiconductor surface by oxidation and the interface cleaned.
Bei geringen zu bestimmenden Konzentrationen an Metallionen liegt der Vorteil dieses Bestimmungsverfahrens darin, daß der "permanente" Strom groß im Vergleich zu dem beispielsweise durch die Metallionenreduktion verursachten "einmaligen" Strom gewählt werden kann. Ferner ist dieser "permanente" Strom bei gleichbleibender lonenkonzentration nicht Null, wie der der reinen Metallabscheidung bei einer Gleichgewichtsbelegung, sondern von Null verschieden und konstant bei konstanter Potentialdifferenz zwischen Halbleiter und Elektrolyt.With low concentrations of metal ions to be determined, the advantage of this determination method is that the "permanent" current can be chosen to be large compared to the "one-time" current caused, for example, by the metal ion reduction. Furthermore, this "permanent" current with constant ion concentration is not zero, like that of pure metal deposition with equilibrium occupancy, but is different from zero and constant with a constant potential difference between semiconductor and electrolyte.
Die lonenkonzentration der Lösung kann somit dadurch ermittelt werden, daß der Grenzflächenwiderstand der Halbleiter/Elektrolyt-Grenzfläche, welcher empfindlich von Oberflächenzuständen beeinflußt wird, gemessen und mit Referenzdaten verglichen wird. Die Halbleiteroberfläche stellt somit eine Sensoroberfläche dar, welche die Bestimmung einer Metallionenkonzentration über deren Einfluß auf die Oberflächenzustände der Halbleiteroberfläche gestattet.The ion concentration of the solution can thus be determined by measuring the interface resistance of the semiconductor / electrolyte interface, which is sensitive to surface conditions, and comparing it with reference data. The semiconductor surface thus represents a sensor surface which allows the determination of a metal ion concentration via its influence on the surface states of the semiconductor surface.
Eine Widerstandsmessung kann beispielsweise bei vorbestimmter Potentialdifferenz zwischen Halbleiteroberfläche und Lösung über eine Messung des elektrischen Grenzflächenstroms zwischen Halbleiter und Lösung erfolgen.
Um eine Potentialdifferenz zwischen Halbleiteroberfläche und Lösung erzeugen zu können, ist zumindest eine vorzugsweise metallische Gegenelektrode in Kontakt mit der Lösung vorgesehen. Der so gemessene Gesamtwiderstand zwischen Gegenelektrode und der als Detektionselektrode dienenden elektrisch kontaktierten Halbleiteroberfläche umfaßt in diesem Fall neben dem eigentlichen Grenzflächenwiderstand auch den elektrischen Widerstand der Lösung, welche die Gegenelektrode und die Halbleiteroberfläche umgibt.A resistance measurement can take place, for example, at a predetermined potential difference between the semiconductor surface and the solution via a measurement of the electrical interface current between the semiconductor and the solution. In order to be able to generate a potential difference between the semiconductor surface and the solution, at least one preferably metallic counter electrode is provided in contact with the solution. The total resistance measured in this way between the counterelectrode and the electrically contacted semiconductor surface serving as the detection electrode in this case includes, in addition to the actual interface resistance, also the electrical resistance of the solution which surrounds the counterelectrode and the semiconductor surface.
Besonders vorteilhaft ist ein Drei- oder Mehrelektrodenaufbau, bei dem neben der metallischen Gegenelektrode und dem Halbleiter zumindest eine zusätzliche Referenzelektrode vorgesehen ist. Diese Referenzelektrode kann vorzugsweise ähnlich der halbleitenden Detektionselektrode aufgebaut sein. Jedoch weist sie vorzugsweise eine derartige Grenzflächenbeschichtung auf, daß sich ihr Grenzflächenwiderstand nicht mit der lonenkonzentration ändert, jedoch ansonsten die gleiche Widerstandscharakteristik, insbesondere die gleiche Strom- und Temperaturabhängigkeit wie die Detektionselektrode aufweist. Die geometrische Anordnung von Detektions-, Gegen- und Referenzelektrode Zueinander ist vorteilhafterweise bekannt, so daß Lösungswiderstände zwischen den Elektroden bei bekannter spezifischer Lösungsleitfähigkeit berechenbar wären. Besonders bevorzugt ist die geometrische Anordnung von Detektions-, Gegen- und Referenzelektrode derart gewählt, daß der Lösungswiderstand zwischen der Gegen- und der Detektionselektrode demjenigen zwischen Gegen- und der Referenzelektrode entspricht. Der ionenkonzentrationsabhängige Grenzflächenwiderstand läßt sich in diesem Fall in einfacher Weise aus der Differenz der Gesamtwiderstände zwischen Gegen- und Detektionselektrode und Gegen- und Referenzelektrode bestimmen.A three-electrode or multi-electrode structure is particularly advantageous, in which at least one additional reference electrode is provided in addition to the metallic counter electrode and the semiconductor. This reference electrode can preferably be constructed similarly to the semiconducting detection electrode. However, it preferably has an interface coating such that its interface resistance does not change with the ion concentration, but otherwise has the same resistance characteristic, in particular the same current and temperature dependency as the detection electrode. The geometrical arrangement of the detection, counter and reference electrodes relative to one another is advantageously known, so that solution resistances between the electrodes would be calculable if the specific solution conductivity was known. The geometric arrangement of the detection, counter and reference electrodes is particularly preferably chosen such that the solution resistance between the counter and the detection electrodes corresponds to that between the counter and the reference electrode. In this case, the interfacial resistance dependent on ion concentration can be determined in a simple manner from the difference in the total resistances between counter and detection electrode and counter and reference electrode.
Vorteilhafterweise kann zur Bestimmung des Grenzflächenwiderstands auch eine Widerstandsbrückenmessung eingesetzt werden, bei welcher durch Abgleich einer Widerstandsbrücke, deren unbekannter Widerstand der Halbleiter/Elektrolyt- Grenzflächenwiderstand ist, eine vorzugsweise stromlose Bestimmung des Grenzflächenwiderstands möglich ist.Advantageously, a resistance bridge measurement can also be used to determine the interface resistance, in which a preferably currentless determination of the interface resistance is possible by comparing a resistance bridge, the unknown resistance of which is the semiconductor / electrolyte interface resistance.
Erfindungsgemäß umfaßt ein Sensor zur Bestimmung einer Konzentration von
Metallionen in einer Lösung, welcher sich insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet,According to the invention, a sensor for determining a concentration of Metal ions in a solution which is particularly suitable for carrying out the method according to the invention,
- zumindest eine Detektionselektrode mit einem Halbleiter, welcher derart ausgelegt ist, daß dessen elektrisch leitfähig kontaktierte Halbleiteroberfläche zumindest teilweise in Kontakt mit der Lösung treten kann;- At least one detection electrode with a semiconductor, which is designed such that its electrically conductively contacted semiconductor surface can at least partially come into contact with the solution;
- zumindest eine Gegenelektrode zum Inkontaktbringen mit der Lösung;- At least one counter electrode for contacting the solution;
- eine Widerstandbestimmungseinrichtung, welche mit der Detektions- und der Gegenelektrode elektrisch verbunden ist, um den Grenzflächenwiderstand zwischen der Halbleiteroberfläche und der Lösung zu bestimmen; und - eine Auswerteeinrichtung, welche mit der Widerstandbestimmungseinrichtung verbunden ist, um die Konzentration der Metallionen durch Vergleichen des Grenzflächenwiderstands mit Referenzdaten zu ermitteln.a resistance determination device, which is electrically connected to the detection and the counterelectrode, in order to determine the interface resistance between the semiconductor surface and the solution; and an evaluation device which is connected to the resistance determination device in order to determine the concentration of the metal ions by comparing the interface resistance with reference data.
Für den erfindungsgemäßen Sensor sind alle Halbleitermaterialien geeignet, die in Kontakt mit einem Elektrolyten eine Diodenwirkung aufweisen, wie beispielsweise lll-V Halbleiter, insbesondere GaAs. Es können sowohl p- als auch n-Halbleiter eingesetzt werden. Die Dotierung sollte derart gewählt werden, daß sich in der Grenzschicht des Halbleiters eine Raumladungszone ausbilden kann, d.h. die Grenzschicht sollte nicht entartet (metallisch) dotiert sein. Organische Halbleiter, wie Phthalocyanine oder Polymere wie Oligo- oder Polythiophene sind ebenfalls geeignet.
All semiconductor materials which have a diode effect in contact with an electrolyte are suitable for the sensor according to the invention, such as III-V semiconductors, in particular GaAs. Both p and n semiconductors can be used. The doping should be selected such that a space charge zone can form in the boundary layer of the semiconductor, i.e. the boundary layer should not be degenerate (metallic) doped. Organic semiconductors such as phthalocyanines or polymers such as oligophenes or polythiophenes are also suitable.
Claims
1. Verfahren zur Bestimmung der Konzentration von Metallionen in einer Lösung mit den Schritten:1. A method for determining the concentration of metal ions in a solution, comprising the steps:
Bereitstellen der Lösung, welche die Metallionen enthält;Providing the solution containing the metal ions;
Inkontaktbringen einer elektrisch leitend kontaktierten Halbleiteroberfläche eines Sensors mit der Lösung;Bringing an electrically conductively contacted semiconductor surface of a sensor into contact with the solution;
Bestimmen des elektrischen Grenzflächenwiderstandes zwischen derDetermine the electrical interface resistance between the
Halbleiteroberfläche und der Lösung; undSemiconductor surface and the solution; and
Ermitteln der Konzentration der Metallionen durch Vergleichen desDetermine the concentration of the metal ions by comparing the
Grenzflächenwiderstandes mit Referenzdaten.Interface resistance with reference data.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei mittels einer Gegenelektrode, welche in Kontakt mit der Lösung ist, eine vorbestimmbare elektrische Potentialdifferenz zwischen der Halbleiteroberfläche und der Lösung erzeugt und der Grenzflächenwiderstand über eine Strommessung des zwischen dem Halbleiter und der Gegenelektrode fließenden elektrischen Stroms bestimmt wird.2. The method according to claim 1, wherein by means of a counter electrode which is in contact with the solution, a predeterminable electrical potential difference between the semiconductor surface and the solution is generated and the interface resistance is determined via a current measurement of the electrical current flowing between the semiconductor and the counter electrode.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Grenzflächenwiderstand mittels einer Brückenschaltung durch Brückenabgleich eines bekannten Referenzwiderstandes der Brückenschaltung bestimmt wird.3. The method according to claim 1, wherein the interface resistance is determined by means of a bridge circuit by bridge adjustment of a known reference resistance of the bridge circuit.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei nach dem Schritt des Inkontaktbringens ein Reinigungsschritt dadurch erfolgt, daß eine Potentialdifferenz mit derartigem Vorzeichen zwischen der Halbleiteroberfläche und der Lösung angelegt wird, daß die an der4. The method according to any one of the preceding claims, wherein after the contacting step, a cleaning step is carried out in that a potential difference with such a sign is applied between the semiconductor surface and the solution that the at the
Halbleiteroberfläche angelagerten Metallionen von dieser entfernt werden.Semiconductor surface deposited metal ions are removed from this.
5. Sensor zur Bestimmung einer Konzentration von Metallionen in einer Lösung, umfassend zumindest eine Detektionselektrode mit einem Halbleiter, welcher derart ausgelegt ist, daß dessen elektrisch leitfähig kontaktierte Halbleiteroberfläche zumindest teilweise in Kontakt mit der Lösung treten kann; zumindest eine Gegenelektrode zum Inkontaktbringen mit der Lösung; eine Widerstandbestimmungseinrichtung, welche mit der Detektions- und der Gegenelektrode elektrisch verbunden ist, um den Grenzflächenwiderstand zwischen der Halbleiteroberfläche und der Lösung zu bestimmen; und eine Auswerteeinrichtung, welche mit der5. sensor for determining a concentration of metal ions in a solution, comprising at least one detection electrode with a semiconductor, which is designed such that its electrically conductively contacted semiconductor surface can at least partially come into contact with the solution; at least one counter electrode for contacting the solution; resistance determining means electrically connected to the detection and counter electrodes to determine the interfacial resistance between the semiconductor surface and the solution; and an evaluation device, which with the
Widerstandbestimmungseinrichtung verbunden ist, um die Konzentration der Metallionen durch Vergleichen des Grenzflächenwiderstands mit Referenzdaten zu ermitteln.Resistance determination device is connected to determine the concentration of the metal ions by comparing the interfacial resistance with reference data.
6. Sensor nach Anspruch 5, wobei die Gegenelektrode eine Metallelektrode ist.6. The sensor of claim 5, wherein the counter electrode is a metal electrode.
7. Sensor nach Anspruch 5 oder 6, wobei eine Referenzelektrode vorgesehen ist, welche mit der Widerstandbestimmungseinrichtung elektrisch verbunden ist.7. Sensor according to claim 5 or 6, wherein a reference electrode is provided which is electrically connected to the resistance determination device.
8. Sensor nach Anspruch 5 bis 7, wobei der Halbleiter aus Silizium, Germanium oder einem lll-V Halbleiter, insbesondere Galliumarsenid, ausgewählt ist.8. Sensor according to claim 5 to 7, wherein the semiconductor is selected from silicon, germanium or an III-V semiconductor, in particular gallium arsenide.
9. Sensor nach Anspruch 5 bis 7, wobei der Halbleiter ein organischer Halbleiter ist, welcher insbesondere Phthalocyanin, Perylen oder ein Thiophen umfaßt. 9. Sensor according to claim 5 to 7, wherein the semiconductor is an organic semiconductor, which in particular comprises phthalocyanine, perylene or a thiophene.
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| DE3337792C2 (en) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AK | Designated states |
Kind code of ref document: A2 Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NO NZ OM PH PL PT RO RU SD SE SG SI SK SL TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VN YU ZA ZM ZW |
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| AL | Designated countries for regional patents |
Kind code of ref document: A2 Designated state(s): GH GM KE LS MW MZ SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG |
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| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application | ||
| AK | Designated states |
Kind code of ref document: A3 Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NO NZ OM PH PL PT RO RU SD SE SG SI SK SL TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VN YU ZA ZM ZW |
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| AL | Designated countries for regional patents |
Kind code of ref document: A3 Designated state(s): GH GM KE LS MW MZ SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG |
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| REG | Reference to national code |
Ref country code: DE Ref legal event code: 8642 |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase | ||
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: JP |
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| WWW | Wipo information: withdrawn in national office |
Country of ref document: JP |