Development of ISFET array sensor for pH measurement of pore water in marine sediment

(1) ISFETアレイセンサーの作製と性能評価イオン感応部(Ta2O5)とゲート電位検出部(Ag/AgCl)を4個ずつ有するISFETアレイセンサーを作製し，人工海水[Tris (pH8.15)とAMP (pH6.81)]を用いてISFETアレイセンサーの性能を評価した。その結果，いずれのセンサーもpHの変化に対して応答することが確認されたので，ISFET制御用電子回路，データロガーおよびバッテリーを耐水容器に入れ，これを沖縄県備瀬崎の海底に設置して海水のpHを測定した。その結果，1個のセンサーは感応膜の損傷によりpHを計測できなかったが，残りの3個のセンサーは少なくとも24時間連続してpHを計測できることが確認された。しかし，ゲート電位検出部のAg/AgClに劣化が観察された。(2) カーボンファイバーをゲート電位検出部とするISFETセンサーの作製と性能評価多くの化学物質や夾雑物を含む試料に浸漬しても劣化しない導電性材料としてカーボンファイバーを検討した。すなわち，Ta2O5をイオン感応部とし，カーボンファイバーをゲート電位検出部とするフロー型ISFET pHセンサーを開発し，3種類のpH標準液(pH 4.01, 6.86, 9.18)を用いて開発したISFETセンサーの性能を評価した。その結果，相関係数0.999の良好な直線性を示すpHに対する検量線が得られ，感度は38.7 mV/pH，ヒステリシス誤差は1.4mVと見積られた。さらに，TrisとAMPを用いてセンサーの校正を行い，実海水のpHを測定したところ，海水のpHは8.02と見積られ，この値は市販のガラス電極を用いるpHメーターで得られたpH値とよく一致した。これらの結果から，カーボンファイバーをゲート電位検出部に用いることにより，Ag/AgClよりも長期間安定して海水のpHを計測できると推測された。

(1) ISFETアレイセンサーの作製と性能評価イオン感応部(Ta2O5)とゲート電位検出部(Ag/AgCl)を4個ずつ有するISFETアレイセンサーを作製し，人工海水[Tris (pH8.15)とAMP (pH6.81)]を用いてISFETアレイセンサーの性能を評価した。その結果，いずれのセンサーもpHの変化に対して応答することが確認されたので，ISFET制御用電子回路，データロガーおよびバッテリーを耐水容器に入れ，これを沖縄県備瀬崎の海底に設置して海水のpHを測定した。その結果，1個のセンサーは感応膜の損傷によりpHを計測できなかったが，残りの3個のセンサーは少なくとも24時間連続してpHを計測できることが確認された。しかし，ゲート電位検出部のAg/AgClに劣化が観察された。(2) カーボンファイバーをゲート電位検出部とするISFETセンサーの作製と性能評価多くの化学物質や夾雑物を含む試料に浸漬しても劣化しない導電性材料としてカーボンファイバーを検討した。すなわち，Ta2O5をイオン感応部とし，カーボンファイバーをゲート電位検出部とするフロー型ISFET pHセンサーを開発し，3種類のpH標準液(pH 4.01, 6.86, 9.18)を用いて開発したISFETセンサーの性能を評価した。その結果，相関係数0.999の良好な直線性を示すpHに対する検量線が得られ，感度は38.7 mV/pH，ヒステリシス誤差は1.4mVと見積られた。さらに，TrisとAMPを用いてセンサーの校正を行い，実海水のpHを測定したところ，海水のpHは8.02と見積られ，この値は市販のガラス電極を用いるpHメーターで得られたpH値とよく一致した。これらの結果から，カーボンファイバーをゲート電位検出部に用いることにより，Ag/AgClよりも長期間安定して海水のpHを計測できると推測された。