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A Protocol to Characterize pH Sensing Materials and Systems
Small Methods ( IF 10.7 ) Pub Date : 2018-09-02 , DOI: 10.1002/smtd.201800265 Mohamed T. Ghoneim 1 , Atieh Sadraei 1 , Pedro de Souza 2, 3 , Grace C. Moore 4 , Martin Z. Bazant 2, 3 , Canan Dagdeviren 1
Small Methods ( IF 10.7 ) Pub Date : 2018-09-02 , DOI: 10.1002/smtd.201800265 Mohamed T. Ghoneim 1 , Atieh Sadraei 1 , Pedro de Souza 2, 3 , Grace C. Moore 4 , Martin Z. Bazant 2, 3 , Canan Dagdeviren 1
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Although significant progress is made in identifying pH sensing materials and device configurations, a standard protocol for benchmarking performance of next‐generation pH devices is still lacking. In particular, key properties of characterization systems, such as inherent component contributions, time plots for extended‐gate field‐effect transistor (EGFET) measurements, and the input resistance (Rin), often go unreported in studies of pH sensing systems. These properties strongly influence the characterization system and can lead to mistaken attribution of properties to the device. In this paper, a series of essential characterization tests and parameters are reported to evaluate pH systems, such as the zinc oxide EGFET, in a standardized protocol. This EGFET ZnO sensor has a sensitivity of −58.1 mV pH−1, drift range from 2.5 to 14.2 µA h−1, and response time of 136 s. By using a ZnO sensing electrode, it is demonstrated that i) intrinsic contributions of reference electrode and commercial transistor (for EGFET) are not negligible; ii) time plots for EGFET configuration and defining a critical point at the onset of drift are essential for accurate sensitivity, response time, and drift reporting; and iii) the results of the pH sensing system are strongly dependent on the input resistance of the used characterization instruments.
中文翻译：
表征pH传感材料和系统的协议
尽管在识别pH感测材料和设备配置方面取得了重大进展，但仍然缺乏用于基准测试下一代pH设备性能的标准协议。尤其是表征系统的关键特性，例如固有成分的贡献，扩展栅场效应晶体管（EGFET）测量的时间图以及输入电阻（R in），在pH传感系统的研究中经常没有报道。这些属性会严重影响表征系统，并可能导致将属性错误地分配给设备。在本文中，报告了一系列基本的表征测试和参数，用于以标准化方案评估pH系统，例如氧化锌EGFET。这款EGFET ZnO传感器的灵敏度为-58.1 mV pH -1，漂移范围为2.5至14.2 µA h -1，响应时间为136 s。通过使用ZnO感测电极，证明：i）参比电极和商用晶体管（用于EGFET）的固有贡献不可忽略；ii）EGFET配置的时间图和在漂移开始时定义临界点对于准确的灵敏度，响应时间和漂移报告至关重要。iii）pH传感系统的结果在很大程度上取决于所使用的表征仪器的输入电阻。
更新日期：2018-09-02
中文翻译：
表征pH传感材料和系统的协议
尽管在识别pH感测材料和设备配置方面取得了重大进展，但仍然缺乏用于基准测试下一代pH设备性能的标准协议。尤其是表征系统的关键特性，例如固有成分的贡献，扩展栅场效应晶体管（EGFET）测量的时间图以及输入电阻（R in），在pH传感系统的研究中经常没有报道。这些属性会严重影响表征系统，并可能导致将属性错误地分配给设备。在本文中，报告了一系列基本的表征测试和参数，用于以标准化方案评估pH系统，例如氧化锌EGFET。这款EGFET ZnO传感器的灵敏度为-58.1 mV pH -1，漂移范围为2.5至14.2 µA h -1，响应时间为136 s。通过使用ZnO感测电极，证明：i）参比电极和商用晶体管（用于EGFET）的固有贡献不可忽略；ii）EGFET配置的时间图和在漂移开始时定义临界点对于准确的灵敏度，响应时间和漂移报告至关重要。iii）pH传感系统的结果在很大程度上取决于所使用的表征仪器的输入电阻。
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