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Development of a miniaturepH glass electrode with field-effect-transistor amplifier for biomedical applications

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Medical and biological engineering Aims and scope Submit manuscript

Abstract

A miniaturepH glass electrode for possible clinical and biomedical applications was constructed and evaluated in referencepH buffer solutions at 36°C. A field-effect-transistor (f.e.t.) amplifier was integrated into the system, and its effectiveness was investigated. The average e.m.f. efficiency of the developed electrode was 0·87±0·11V, and a minimum length of 7 mm was required for a goodpH response. Temperature dependence of the electrode was −1·51 mV/oK at apH of 7. Evaluation of the stability of the electrode showed a 1% drift over a 7 h operational time. ThepH and temperature hysteresis effects showed 0·5% and 1·0% deviations, respectively. The response time was within 4 s for 99% response. These electrode characteristics were also investigated in blood plasma and discussed.

Sommaire

Une électrode miniature depH en verre destinée à des applications cliniques et biomédicales éventuelles a été construite puis évaluée dans des solutions tamponspH de référence, à la température de 36°C. Un amplificateur à transistor à effet de champ (f.e.t.) a été intégré au système et son efficacité a été étudiée. La f.é.m. moyenne du système de l'électrode mise au point était de 0·87±0·11, et une longueur minimum de 7·0 mm était nécessaire pour une réponsepH satisfaisante. La dépendance de température de l'électrode était de −1·51 mV/oK à unpH de 7. L'évaluation de la stabilité de l'électrode présentait un glissement de 1% pendant une durée de fonctionnement de 7 h. Les effets d'hystérésis température etpH présentaient des écarts de 0·5% et de 1·0%, respectivement. Le temps de réponse se situait dans les limites de 4 s pour une réponse de 99%. Ces caractéristiques d'électrode que nous débattons ont également été examinées dans le plasma sanguin.

Zusammenfassung

Es wurde eine Miniatur-pH-Glaselektrode für eine eventuelle klinische und biologischmedizinische Anwendung gebaut und in bezung aufpH-Pufferlösungen bei 36°C beurteilt. Ein Feldeffekttransistor-Verstärker (f.e.t.) wurde in das System eingebaut, dessen Wirksamkeit untersucht wurde. Die effektive durchschnittliche Leistungsfähigkeit der entwickelten Elektrode betrug 0·87±0·11. Für gutepH-Reaktionen war eine Mindestlänge von y mm erforderlich. Die Temperaturabhängigkeit der Elektrode betrug—1·51 mV/oK bei einempH-Wert von 7. Bei der Bewertung der Elektrodenstabilität zeigte sich eine Abweichung von 1% bei einer Einsatzdauer von 7 Stunden.pH- und Temperatur-Hystereseeffekte zeigten Abweichungen von 0·5 bzw 1·0%. Bei 99% der Reaktionen lag die Reaktionszeit innerhalb von 4 Sekunden. Diese Elektrodeneigenschaften wurden ferner im Blutplasma untersucht und besprochen.

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Authors and Affiliations

  1. Surgical Research Laboratories, Montefiore Hospital, University of Pittsburgh, Pittsburgh, Pennsylvania

    B. K. Ahn

  2. Chemical & Petroleum Engineering Department, University of Pittsburgh, Pittsburgh, Pa., USA

    C. C. Liu

  3. Computer Science Department, Virginia Commonwealth University, Richmond, Virginia

    A. O. Wist

  4. Engineering Design Centre, Case-Western Reserve University, Cleveland, Ohio, USA

    W. H. Ko

Authors
  1. B. K. Ahn
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  2. C. C. Liu
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  3. A. O. Wist
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  4. W. H. Ko
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Ahn, B.K., Liu, C.C., Wist, A.O. et al. Development of a miniaturepH glass electrode with field-effect-transistor amplifier for biomedical applications. Med. & biol. Engng. 13, 450–456 (1975). https://doi.org/10.1007/BF02477118

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