DE102015108747A1

DE102015108747A1 - Peressigsäurekonzentrationsmessgerät

Info

Publication number: DE102015108747A1
Application number: DE102015108747.2A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiko Kawaguchi; Satoko Kai
Original assignee: Horiba Advanced Techno Co Ltd
Current assignee: Horiba Advanced Techno Co Ltd
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2015-12-03
Also published as: US10502703B2; CN105277600A; CN105277600B; CN110749636A; CN110749636B; US20150346139A1

Abstract

Die vorliegende Anmeldung beschreibt ein mit einer Membran bedecktes Peressigsäurekonzentrationsmessgerät, das verschiedene herkömmliche Probleme vermeidet, einschließlich Probleme, die in dem Fall auftreten, indem eine innere Lösung in eine Probenlösung austritt. Das mit einer Membran bedeckte Peressigsäurekonzentrationsmessgerät, das dazu ausgelegt ist, die Konzentration von Peressigsäure in einer Probenlösung zu messen, umfasst: eine Membran, die es ermöglicht, dass Peressigsäure sie durchdringt; und eine innere Lösung, die Peressigsäure auflöst, die die Membran durchdrungen hat. Zusätzlich wird als innere Lösung eine Pufferlösung mit einer Pufferwirkung auf die Wasserstoffionenkonzentration verwendet.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Peressigsäurekonzentrationsmessgerät, das dazu angepasst ist, um die Konzentration von Peressigsäure in einer Probenlösung zu messen.
Stand der Technik
Eine Peressigsäurelösung ist eine Lösung, die üblicherweise zum Desinfizieren/Sterilisieren auf den Gebieten der Medizin und der Lebensmittelherstellung verwendet wird. Peressigsäure ist eine instabile Substanz, die im Laufe der Zeit zersetzt wird. Dementsprechend treten deutliche Änderungen der Konzentration der Peressigsäure in Lösung auf, was es erforderlich macht, die Konzentration zu überwachen und zu kontrollieren.
Ein Beispiel eines üblicherweise eingesetzten Verfahrens zur Messung der Peressigsäurekonzentration wird in der Patentveröffentlichung 1 beschrieben. Das in der Patentveröffentlichung 1 beschriebene Verfahren lehrt die Messung der Konzentration der Peressigsäure, indem die Menge der Änderung in Oxidationsreduktionspotential in der Reaktion zwischen Peressigsäure, das in der Probenlösung enthalten ist, und Iodionen, die in einer inneren Lösung der Messvorrichtung enthalten sind, gemessen wird. Wenn das vorstehend beschriebene Verfahren angewendet wird, ist es möglich, die Iodionen durch Bromionen zu ersetzen.
Ein zweites üblicherweise eingesetztes Säurekonzentrationsmessverfahren ist in der Patentveröffentlichung 2 beschrieben. Es umfasst die Verwendung eines Sensors von der Art, der mit einer Membran bedeckt ist. Das in der Patentveröffentlichung 2 beschriebene Verfahren wird hauptsächlich zur Messung der Konzentration von Wasserstoffperoxid verwendet, aber es kann auch zur Messung der Konzentration von Peressigsäure eingesetzt werden. Der Sensor von der Art mit einer überdeckten Membran, wie er in der Patentveröffentlichung 2 beschrieben ist, umfasst einen für Wasserstoffperoxid permeablen röhrenförmigen Körper, Gummipfropfen, die die gegenüberliegenden Enden des röhrenförmigen Körpers verschließen, Elektroden (eine Arbeitselektrode und eine Gegenelektrode), die sich im röhrenförmigen Körper befinden, eine innere Lösung und einen Enzyme fixierenden Film, der sich auf der Außenseite des röhrenförmigen Körpers befindet.
Der Sensor von der Art mit einer abgedeckten Membran, wie er in der Patentveröffentlichung 2 beschrieben ist, weist Wasserstoffperoxid nach, indem die Stärke eines elektrischen Stroms gemessen wird, der erzeugt wird, wenn Wasserstoffperoxid in einer Probenlösung in Kontakt mit der inneren Lösung kommt und eine Oxidations-Reduktions-Reaktion an der Elektrodenoberfläche stattfindet. Ferner wird in dem Sensor mit einer abgedeckten Membran, wie sie in Patentveröffentlichung 2 beschrieben ist, ein Siliziumgummi bzw. Silikongummi, der eine hervorragende Flexibilität und Elastizität aufweist, für den Wasserstoffperoxid-permeablen röhrenförmigen Körper verwendet.
Patentveröffentlichung 1: JP-A2003-294694
Patentveröffentlichung 2: JP-A04-343065
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Wenn ein Messverfahren, wie es in der Patentveröffentlichung 1 beschrieben ist, für ein mit einer Membran bedecktes Peressigsäurekonzentrationsmessgerät verwendet wird, dann entstehen eine Vielzahl von Problemen. Ein mögliches Problem ist die Verunreinigung der Probe durch Auslaufen der inneren Lösung des Konzentrationsmessgeräts aufgrund eines Bruchs, einer defekten Adhäsion oder dergleichen der Membran. Ein solches Auslaufen ist lästig, da die innere Lösung Iod oder Brom enthält, das mit der Peressigsäure in der Probenlösung reagiert, wodurch die Konzentration vermindert wird und somit der Desinfektions/Sterilisations-Effekt reduziert wird.
Auf den Gebieten der Lebensmittel und der Medizin, in denen diese Art der Probenlösung oft verwendet wird, kann die Kontamination einer Probe mit Iod und Brom einen toxischen Verunreinigungseffekt für Lebewesen aufweisen. Weiterhin kann, da Iod und Brom eine ausgesprochene Tendenz zum Zurückbleiben aufweisen, können die Geräte zur Handhabung der Proben mit ausgelaufenem Iod und dem Brom über lange Zeit selbst nach dem Waschen kontaminiert bleiben.
Schließlich hat Brom die Eigenschaft, dass es unter einer sauren Umgebung leicht gasförmig wird. Somit wird in dem Fall, dass es in eine saure Lösung, die Peressigsäure enthält, austritt, toxisches Bromgas erzeugt. Um Unfälle zu vermeiden, sind Anwender durch extreme Vorsichtsmaßnahmen beim Umgang mit einem Peressigsäurekonzentrationsmessgerät belastet.
Der mit einer Membran bedeckte Sensor, wie er in der Patentveröffentlichung 2 beschrieben ist, stellt ebenfalls eine Herausforderung dar. In dieser Technologie wird, da der Abstand zwischen der Membran und der Elektrode (Arbeitselektrode) verkürzt ist, die Zeit verkürzt, die für eine Probensubstanz benötigt wird, um die Membran zu durchdringen und die Oberfläche der Arbeitselektrode zu erreichen und die Ansprechbarkeit des Sensors wird erhöht. Aus diesem Grund ist es bei dem oben beschriebenen mit einer Membran bedeckten Sensor wünschenswert, die Arbeitselektrode und die Membran so anzuordnen, dass sie in direktem Kontakt oder so nah wie möglich zueinander sind.
Wenn jedoch im Fall, in dem die Membran aus einem Material mit einer erhöhten Flexibilität hergestellt ist, wie einen Silikongummi, wie im Fall des mit einer Membran bedeckten Sensors, wie er in der Patentveröffentlichung 2 beschrieben ist, können die Membran und die Elektrodenoberfläche in direktem Kontakt ohne einen Zwischenraum zwischen ihnen kommen. Wenn kein Raum zwischen der Membran und der Elektrode vorhanden ist, kann die Zwischenlösung nicht die Oberfläche der Arbeitselektrode erreichen, und die spezifische Substanz, die getestet werden soll (in der Patentveröffentlichung 2 Wasserstoffperoxid), wird nicht mit Iod oder Brom in der inneren Lösung an der Oberfläche der Arbeitselektrode reagieren. Dementsprechend nimmt die Sensitivität des Sensors ab.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen Probleme gemacht. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein mit einer Membran bedecktes Peressigsäurekonzentrationsmessgerät bereitzustellen, mit dem die verschiedenen vorstehend beschriebenen Probleme vermieden werden, selbst im Fall eines Austretens der inneren Lösung in die Probenlösung.
Weiterhin ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, einen mit einer Membran bedeckten Sensor bereitzustellen, der es ermöglicht, die Ansprechbarkeit des Sensors zu verbessern ohne dabei die Sensorsensitivität zu verschlechtern.
Lösung des Problems
Das Peressigsäurekonzentrationsmessgerät der vorliegenden Erfindung ist ein mit einer Membran bedecktes Peressigsäurekonzentrationsmessgerät, das die Konzentration von Peressigsäure in einer Probenlösung misst und umfasst: eine Membran, die es ermöglicht, dass Peressigsäure sie durchdringt, eine innere Lösung, die Peressigsäure, die durch die Membran durchgedrungen ist, auflöst, eine Arbeitselektrode und eine Gegenelektrode, die in die innere Lösung eingetaucht sind, eine innere Lösung, die eine Pufferlösung darstellt mit einer Pufferwirkung für eine Wasserstoffionenkonzentration.
Bei dem vorstehend beschriebenen Peressigsäurekonzentrationsmessgerät wird, da die innere Lösung, die verwendet wird, eine Pufferlösung mit einer Pufferwirkung auf die Wasserstoffionenkonzentration ist, selbst wenn die innere Lösung zur Seite der Probenlösung während der Messung der Peressigsäure in der Probenlösung austritt, die innere Lösung keinen desinfizierenden oder sterilisierenden Effekt auf die Probenlösung zeigen. Dies liegt daran, dass die Peressigsäure, die in der Probenlösung enthalten ist, nicht mit der Pufferlösung reagieren wird. Somit wird die Peressigsäurekonzentration in der Probenlösung nicht beeinflusst werden, selbst im Falle eines Lecks.
Weiterhin wird, da die innere Lösung, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kein Iod oder Brom enthält, das inhärente Risiko, das mit einer Iod- oder Bromverunreinigung verbunden ist, wie Toxizität gegenüber lebenden Körpern, und eine Anhaftungstendenz, das Materialien und Vorrichtungen über eine lange Zeit verunreinigen kann, vollständig vermieden. Somit wird, selbst wenn die innere Lösung in die Probenlösung, die auf den Gebieten der Medizin und der Nahrungsmittel verwendet wird, austritt, kein Effekt auf Lebewesen ausgeübt werden.
Schließlich gibt es, da Brom nicht in der inneren Lösung, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, vorliegt, kein Risiko hinsichtlich der Bildung von toxischen Gasen, was signifikant die Sicherheit der Arbeitsumgebung für Anwender verbessert.
Die vorliegende Erfindung ist auch so ausgestaltet, um die Azidifizierung der inneren Lösung zu vermeiden und somit eine genaue Messung zu ermöglichen. Während des Betriebs ändert sich die Peressigsäure in der Probenlösung zu Essigsäure an der Oberfläche der Arbeitselektrode und sowie diese Reaktion stattfindet, erhöht sich die Menge der Essigsäure in der inneren Lösung, was die graduelle Azidifizierung der inneren Lösung verursacht. Bei der vorliegenden Erfindung wird jedoch, da die innere Lösung eine Pufferlösung ist, die innere Lösung nicht azidifiziert. Dementsprechend kann eine genaue Messung durchgeführt werden.
Als eine spezielle Ausführungsform der Zwischenmembran des Peressigsäurekonzentrationsmessgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Ausführungsform genannt werden, in der eine innere Lösung kein mit der Peressigsäure reaktives Material enthält.
In der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung wird selbst wenn die innere Lösung in die Probenlösung austritt, die innere Lösung nicht mit der Peressigsäure in der Probenlösung reagieren. Somit wird die Konzentration der Peressigsäure in der Probenlösung nicht beeinflusst werden, und der Desinfektions/Sterilisations-Effekt der Peressigsäure wird nicht geändert werden.
Als eine spezielle Ausführungsform der Zwischenmembran des Peressigsäurekonzentrationsmessgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Ausführungsform genannt werden, in der eine Membran aus einem Material verwendet wird, die Silizium, Silikon, ein Fluorharz oder Polyethylen enthält.
Als eine spezielle Ausführungsform der Zwischenmembran des Peressigsäurekonzentrationsmessgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Ausführungsform genannt werden, in der eine Arbeitselektrode in Kontakt mit der Membran über eine Zwischenmembran steht, die eine Benetzbarkeit hinsichtlich der inneren Lösung aufweist.
Es ist bekannt, dass wenn die Arbeitselektrode näher an die Membran gebracht wird, die Ansprechbarkeit auf eine Reaktion zwischen der inneren Lösung und der Peressigsäure in der Probe, die die Membran an der Oberfläche der Arbeitselektrode durchdrungen hat, schneller gemacht wird. Wenn jedoch die Arbeitselektrode in Kontakt mit der Membran gebracht wird, entsteht das Problem, dass abhängig vom Material der Membran der Kontakt zwischen der Membran und der Elektrodenoberfläche eine Situation hervorrufen kann, bei er es keinen Raum zwischen den beiden für die innere Lösung zu besetzen gibt. Wenn der Raum zwischen der Membran und der Elektrode fehlt, kann eine ausreichende Zufuhr der inneren Lösung an die Oberfläche der Arbeitselektrode nicht zur Verfügung stehen. Dementsprechend wird die Reaktion zwischen der inneren Lösung und der Probe an der Oberfläche der Arbeitselektrode blockiert und dementsprechend verschlechtert sich die Sensitivität der Vorrichtung.
Jedoch kann bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration, da die Arbeitselektrode in Kontakt mit der Membran über eine Zwischenmembran mit einer Benetzbarkeit hinsichtlich der inneren Lösung steht, die innere Lösung der Arbeitselektrode von den Flüssigkeitsschichten zugeführt werden, die an den Oberflächen der Zwischenmembran gebildet werden, unabhängig vom Material der Membran. Dadurch wird es ermöglicht, die Blockierung der Reaktion an der Oberfläche der Arbeitselektrode zu verhindern und die Verschlechterung der Sensitivität der Vorrichtung zu vermeiden. Weiterhin kann, indem die Dicke der Zwischenmembran dünner gemacht wird, die Arbeitselektrode näher an die Membran gebracht werden, was die Ansprechbarkeit der Arbeitselektrode ebenfalls verbessert. Dementsprechend kann die Ansprechbarkeit der Arbeitselektrode ohne Verlust der Reaktivität der Arbeitselektrode verbessert werden.
Als spezielle Ausführungsform der Zwischenmembran des Peressigsäurekonzentrationsmessgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Ausführungsform genannt werden, in der die Zwischenmembran eine poröse Membran aufweist. Als Zwischenmembran mit poröser Membran kann ein poröser Film, ein mikroperforierter Film, ein mikroporöser Film oder dergleichen genannt werden. Ebenso kann ein Polymer für die Zwischenmembran verwendet werden.
Indem die Zwischenmembran wie vorstehend beschrieben konfiguriert wird, bedeckt die innere Lösung nicht nur die Oberfläche der Zwischenmembran sondern durchdringt auch die feinen Poren der Zwischenmembran. Als Ergebnis kann der Abstand, der für die Peressigsäure, die in der internen Lösung aufgelöst ist, um die Arbeitselektrode zu erreichen, verkürzt werden, was die Reaktivität an der Oberfläche der Arbeitselektrode erhöht.
Als eine andere spezifische Ausführungsform des Peressigsäurekonzentrationsmessgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Ausführungsform genannt werden, bei der ein Schutzfilm auf der Oberfläche der Membran auf der Probenlösungsseite bereitgestellt wird, um einen Bereich zu vermeiden, in dem die Membran in Kontakt mit der Zwischenmembran steht.
Bei einer solchen Anordnung kann der Schutzfilm eine Beschädigung der Membran und das Austreten der inneren Lösung zur Probenlösungsseite verhindern. Ebenso können in einer solchen Konfiguration Verunreinigung und dergleichen in der Probenlösung davon abgehalten werden, in die innere Lösung durch die Membran einzudringen. Dementsprechend kann die Messgenauigkeit erhöht werden.
Der mit einer Membran bedeckte Sensor der vorliegenden Erfindung ist ein mit einer Membran bedeckter Sensor, der dazu verwendet wird, um spezielle Substanzen in einer Probenlösung nachzuweisen, und er umfasst: eine Membran, die es ermöglicht, dass die spezielle Substanz in der Probenlösung sie durchdringt, eine innere Lösung, die die Substanz, die die Membran durchdrungen hat, auflöst, und eine Arbeitselektrode und eine Gegenelektrode, die in die innere Lösung eingetaucht sind. Ferner steht die Arbeitselektrode über eine Zwischenmembran, die hinsichtlich der inneren Lösung benetzbar ist, mit der Membran in Kontakt.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung kann, obwohl die Arbeitselektrode und die Membran näher aneinander gebracht sind, die Zwischenmembran verhindern, dass die Arbeitselektrode und die Membran näher miteinander in einer Art in Kontakt kommen, dass kein Raum zwischen ihnen ist, da die Arbeitselektrode mit der Membran über die Zwischenmembran in Kontakt steht. Ferner kann, da die Zwischenmembran hinsichtlich der inneren Lösung benetzbar ist, und da auf den Oberflächen der Zwischenmembran Flüssigkeitsschichten der inneren Lösung ausgebildet werden, die spezielle Substanz, die in der inneren Lösung aufgelöst wird, zur Oberfläche der Arbeitselektrode von den Flüssigkeitsschichten geliefert werden. Dementsprechend können die Membran und die Arbeitselektrode nahe zueinander gebracht werden, um die Ansprechbarkeit des Sensors zu erhöhen, ohne dabei die unerwünschte Konsequenz der Blockierung der Reaktion an der Oberfläche der Arbeitselektrode und somit die Verschlechterung der Sensitivität des Sensors in Kauf zu nehmen.
Als spezielle Ausführungsform des mit einer Membran bedeckten Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Ausführungsform genannt werden, bei der die Zwischenmembran ein Elastizitätsmodul größer als das der Membran aufweist.
Bei einer solchen Anordnung kann, da die Zwischenmembran einen hohen Grad an Elastizität verglichen mit der Membran aufweist, die Zwischenmembran selbst zuverlässig verhindern, dass die Membran in nahen Kontakt mit der Arbeitselektrode kommt und dadurch die Möglichkeit für eine Verschlechterung der Sensitivität des Sensors verhindert wird, und der Sensor ist dazu in der Lage, effektiv betrieben zu werden.
Als mit einer Membran bedeckten Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein mit einer Membran bedeckter Sensor genannt werden, der eine Zwischenmembran mit einer Dicke von 1 μm bis 100 μm aufweist.
Bei einer solchen Anordnung kann die Zeit, die für die innere Lösung erforderlich ist, um die Zwischenmembran zu durchdringen, verkürzt werden, wodurch die Geschwindigkeit erhöht wird, bei der die innere Lösung der Arbeitselektrode zugeführt wird, und somit kann die Ansprechbarkeit der Arbeitselektrode beschleunigt werden. Es ist zu beachten, dass in dem Fall der Einstellung der Dicke der Zwischenmembran auf mehr als 100 μm die Ansprechbarkeit der Arbeitselektrode verschlechtert wird, wobei im Fall der Einstellung der Dicke der Zwischenmembran auf weniger als 1 μm die Zwischenmembran schwierig zu handhaben ist.
Als mit einer Membran bedeckter Sensor der vorliegenden Erfindung kann ein mit einer Membran bedeckter Sensor genannt werden, der eine Zwischenmembran mit feinen Poren aufweist.
Bei einer solchen Anordnung kann die innere Lösung, die die speziellen Substanzen auflöst, an die Oberfläche der Arbeitselektrode durch die feinen Poren, die in der Zwischenmembran vorgesehen sind, zugeführt werden, und somit kann der Abstand, der für die speziellen Substanzen erforderlich ist, um die Oberfläche der Arbeitselektrode zu erreichen, weiter verkürzt werden, um die Ansprechbarkeit des Sensors zu erhöhen. Ebenso kann die innere Lösung an die Oberfläche der Arbeitselektrode durch die feinen Poren zugeführt werden, und somit kann die innere Lösung stabil an die Oberfläche der Arbeitselektrode zugeführt werden, um den Sensor zu stabilisieren. Als Zwischenmembran mit feinen Poren kann beispielsweise ein poröser Film, ein mikroperforierter Film, ein mikroporöser Film oder dergleichen genannt werden.
Als eine andere spezifische Ausführungsform des mit einer Membran bedeckten Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Ausführungsform genannt werden, bei der der Porendurchmesser der feinen Poren des porösen Films 0,05 μm bis 100 μm beträgt.
In einem konventionellen mit einer Membran bedeckten Sensor dringen Luftblasen, die in der Probenlösung enthalten sind und/oder Luftblasen, die an den Sensor anhaften, über eine Membran, die eine Gaspermeabilität aufweist, in den Sensor ein oder sie werden durch eine Oxidations-Reduktions-Reaktion an der Oberfläche einer Arbeitselektrode erzeugt. Diese Luftblasen können zwischen der Arbeitselektrode und der Membran verbleiben, wodurch die innere Lösung und die Probenlösung davon abgehalten werden, die Oberfläche der Arbeitselektrode zu erreichen und dort zu reagieren, wodurch das Problem entsteht, dass die Sensitivität des Sensors beeinträchtigt wird.
Jedoch wird bei dem mit einer Membran bedeckten Sensor der vorliegenden Erfindung, da die Zwischenmembran zwischen der Arbeitselektrode und die Membran, die ein poröser Film ist, angeordnet ist, und der Porendurchmesser der feinen Poren des porösen Films 0,05 μm bis 100 μm beträgt, der Porendurchmesser der feinen Poren ausreichend geringer als die Größe der Luftblasen (die eine Größe von 500 μm oder mehr aufweisen), und somit verbleiben die Luftblasen nicht in den feinen Poren. Aus diesem Grund kann, selbst wenn Luftblasen erzeugt werden, die innere Lösung an die Oberfläche der Arbeitselektrode durch die feinen Poren geliefert werden, und somit kann die Beeinträchtigung der Sensitivität des Sensors ohne Blockieren der Reaktion an der Oberfläche der Arbeitselektrode verhindert werden.
Als andere Ausführungsform des mit einer Membran bedeckten Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Ausführungsform genannt werden, in der die Zwischenmembran aus einem Polymer hergestellt ist, und die Membran aus einem Material hergestellt ist, das Silizium enthält, Silikon, ein Fluorharz oder Polyethylen ist.
Als andere Ausführungsform des mit einer Membran bedeckten Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Ausführungsform genannt werden, in der die Arbeitselektrode in Kontakt mit der Membran über die Zwischenmembran steht und Druck auf die Membran ausübt, die die Membran dehnt.
In einer solchen Anordnung kann der Abstand zwischen der Arbeitselektrode und der Membran weiter verkürzt werden, und dadurch kann die Ansprechbarkeit an der Oberfläche der Arbeitselektrode weiter verbessert werden.
Schließlich ist ein Flüssigkeitsanalysator, der den vorstehend beschrieben Membransensor verwendet, ebenfalls ein Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann selbst wenn eine innere Lösung in die Probenlösung austritt, ein Effekt auf die Probenlösung oder auf Lebewesen verhindert werden. Ferner kann die Sensoransprechbarkeit ohne Beeinträchtigung der Sensorsensitivität verbessert werden.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Peressigsäurekonzentrationsmessgerät der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 ist ein schematisches Diagramm, das einen Sensorteil der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die den Sensorteil der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht.
4 ist eine schematische vergrößerte Ansicht, die den Teil A in 3 der vorliegenden Ausführungsform vergrößert.
5 ist eine schematische vergrößerte Ansicht, die den Teil A der 3 der vorliegenden Ausführungsform weiter vergrößert.
6 ist ein Graph, der den Stromwert eines Peressigsäurekonzentrationsmessgeräts A und die Ansprechzeit veranschaulicht.
7 ist ein Graph, der den Stromwert eines Peressigsäurekonzentrationsmessgeräts B und die Ansprechzeit veranschaulicht.
8 ist ein Graph, der den Stromwert eines Peressigsäurekonzentrationsmessgeräts C und die Ansprechzeit veranschaulicht.
9 ist ein Graph, der das Ergebnis einer Messung der Peressigsäurekonzentration unter Verwendung des Peressigsäurekonzentrationsmessgeräts D veranschaulicht.
10 ist ein Graph, der das Ergebnis einer Messung der Peressigsäurekonzentration unter Verwendung des Peressigsäurekonzentrationsmessgeräts E veranschaulicht.
Beschreibung der Ausführungsformen
Nachfolgend wird ein Peressigsäurekonzentrationsmessgerät der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
Ein Peressigsäurekonzentrationsmessgerät der vorliegenden Erfindung ist ein mit einer Membran bedecktes Peressigsäurekonzentrationsmessgerät, das dazu angepasst ist, die Konzentration von Peressigsäure, die beispielsweise für chemische Lösungen im Bereich der Medizin und der Nahrungsmittel verwendet wird, zu messen. Wie in 1 veranschaulicht ist, umfasst das Peressigsäurekonzentrationsmessgerät der vorliegenden Erfindung ein Sensorteil 1, das die Peressigsäurekonzentration misst, und ein nicht veranschaulichtes Instrumentenkörperteil, das elektrisch an den Sensorteil 1 über ein wasserdichtes Kabel 2 verbunden ist. Zusätzlich ist das Peressigsäurekonzentrationsmessgerät eines, das die Konzentration der Peressigsäure misst, das in einer Probenlösung enthalten ist, indem das Sensorteil 1 in die Probenlösung eingetaucht wird.
Wie in den 2 und 3 veranschaulicht ist, umfasst das Sensorteil 1 einen Behälter 1a zur Aufnahme einer inneren Lösung 13 und ein Abdeckteil 1b zur Abdeckung des Containers 1a.
Der Behälter 1a weist eine hohle zylindrische Form auf, wobei eine Endoberfläche geöffnet und die andere Endoberfläche geschlossen ist, und wenn das Abdeckteil 1b an dem Behälter 1a angebracht wird, wird ein Inhaltsraum innerhalb des Behälters 1a gebildet. Ferner ist an der inneren Wand in der Nähe des offenen Endes ein nicht veranschaulichtes Gewinde zur Anbringung des Abdeckteils 1b ausgebildet. Zusätzlich ist in einem Teil der anderen Endoberfläche eine Durchgangsbohrung und eine Membran 11 ist zum Blockieren der Durchgangsbohrung vorgesehen.
Die Membran 11 ist für Peressigsäure in der Probenlösung durchgängig und aus einem Material ausgebildet, das beispielsweise Silizium oder Silikon, ein Fluorharz oder Polyethylen enthält. Beispielsweise kann als Fluorharz Teflon (eingetragene Marke) oder dergleichen verwendet werden. Ferner kann das Material mit einer Dicke von beispielsweise 10 μm bis 200 μm als Filmdicke der Membran 11 verwendet werden.
Das Abdeckteil 1b ist dazu angepasst, um den Behälter 1a abzudichten. In dem Zustand, in dem der Behälter 1a abgedichtet ist, kann das Halteteil 16, das eine Arbeitselektrode 4 und eine Gegenelektrode 5 aufweist, in den Raum zwischen dem Abdeckteil 1b und dem Behälter 1a enthalten sein. Weiterhin erstreckt sich in diesem Zustand die Endspitze des Halteteils 16 leicht aus der äußeren Oberfläche des Behälters.
Ebenso ist das Abdeckteil 1b an ein Verbindungsteil 6 angebracht, das das Sensorteil 1 an den Instrumentenkörperteil über das wasserdichte Kabel 2 verbindet.
Das Halteteil 16 ist aus einem Isoliermaterial gebildet, und, wie in 3 veranschaulicht ist, hält es die Arbeitselektrode 4, indem es die Arbeitselektrode 4 umgibt, und sie hält ebenfalls die Gegenelektrode 5, die um das Halteteil 16 gewunden ist. Ferner weist das Halteteil 16 eine spirale Vertiefung zur Anbringung des Abdeckteils 1b auf den Behälter 1a auf, und indem das nicht veranschaulichte Gewinde, das auf der Seite des Behälters 1a vorgesehen ist, in die spirale Vertiefung eingepasst wird, kann das Abdeckteil 1b an den Behälter 1a angebracht werden. Weiterhin enthält das Halteteil 16 ein Luftloch 7, um Luft aus der Außenseite abzuführen. Weiterhin ist ein offenes Ende des Luftlochs 7 mit einem Filter für die Gas-Flüssigkeits-Trennung ausgestattet.
Die Arbeitselektrode 4 wird aus einer elektrisch leitfähigen Membran, wie Gold oder Platin, hergestellt, und in der vorliegenden Ausführungsform, wie sie in den 2 und 3 veranschaulicht ist, weist sie eine Stabform auf. Ferner ist die Arbeitselektrode 4 so positioniert, dass sie sich leicht aus der Vorderendoberfläche 10 des Halteteils 16 in einen Zustand erstreckt, in dem sie vom Halteteil 16 gehalten wird. Weiterhin hat die Oberfläche der Arbeitselektrode 4 eine nicht veranschaulichte geringe Rauhigkeit.
Die Gegenelektrode 5 wird aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie Platin oder Silber-Silberchlorid (Ag/AgCl), hergestellt, und in der vorliegenden Ausführungsform ist sie aus einem Platindraht ausgebildet.
Die Arbeitselektrode 4 und die Gegenelektrode 5 sind, wie in 3 veranschaulicht, miteinander über eine Leitung 8 verbunden. Eine Spannung wird über die Leitung 8 über ein nicht veranschaulichtes Stromversorgungsgerät, das außerhalb vorgesehen ist, angelegt. Weiterhin ist die Leitung 8 mit einem Amperemeter 9 ausgestattet, das dazu ausgelegt ist, elektrischen Strom, der durch die Leitung 8 fließt, nachzuweisen. Es ist zu beachten, dass die Leitung 8 und das Amperemeter 9 außerhalb des Abdeckteils 1b vorgesehen sind.
Ferner ist, wie in 3 veranschaulicht, die innere Lösung 13 in dem Raum enthalten, der zwischen dem Abdeckteil 1b und dem Behälter 1a in dem Zustand gebildet wird, in dem das Abdeckteil 1b an dem Behälter 1a angebracht ist.
Als innere Lösung 13 wird eine Pufferlösung mit einer Pufferwirkung gegenüber Wasserstoffionenkonzentrationen verwendet. Die innere Lösung 13 enthält keine Substanz, die mit Peressigsäure reagiert. In der vorliegenden Ausführung besteht die innere Lösung 13 nur aus der Pufferlösung. Eine saure Pufferlösung oder eine neutrale Pufferlösung sind bevorzugt. Die Pufferlösung ist nicht auf einen besonderen Lösungstyp eingeschränkt. Die Pufferlösung sollte eine Pufferwirkung aufweisen, weshalb eine saure Pufferlösung, eine neutrale Pufferlösung, eine alkalische Pufferlösung oder dergleichen verwendet werden kann. In der vorliegenden Ausführungsform kann beispielsweise eine Phosphatpufferlösung, eine Essigsäurepufferlösung, eine Tris-Pufferlösung, eine Boratpufferlösung, eine Citratpufferlösung oder dergleichen verwendet werden.
Ebenso ist auf der Seite des Behälters 1a mit der Membran 11 eine Zwischenmembran 12 vorgesehen, die hinsichtlich der inneren Lösung 13 benetzbar ist. Die Zwischenmembran 12 ist zwischen der Membran 11 und der Arbeitselektrode 4 in dem Zustand angeordnet, in dem der Behälter 1a an das Abdeckteil 1b angebracht ist. Für die Zwischenmembran 12 kann ein Material mit einem Elastizitätsmodul (Kompressionsmodul) größer als das der Membran 11 verwendet werden. Beispielsmaterialien, die für die Zwischenmembran 12 verwendet werden, umfassen Polymere, wie Polycarbonat, Polytetrafluorethylen (PTFE), gemischte Harze, in denen Polyethylen und Polyimid vermischt sind, Polyimid, Zellulose und andere ähnliche Materialen. Es ist zu beachten, dass der Begriff ”Benetzbarkeit” sich auf die Eigenschaft bezieht, eine Affinität zwischen der Zwischenmembran 12 und der inneren Lösung 13 zu haben, was dazu führt, dass die innere Lösung 13 sich an der Zwischenmembran 12 akkumuliert und daran absorbiert wird, wodurch sich eine Flüssigkeitsschicht der inneren Lösung 13 auf der Oberfläche der Zwischenmembran 12 ausbildet. Ferner kann als Zwischenmembran 12 ein Film mit einer Dicke von 1 μm bis 100 μm verwendet werden.
Zusätzlich ist die Zwischenmembran 12 als poröser Film konfiguriert, indem eine Vielzahl feiner Poren mit einem Porendurchmesser von 0,05 μm bis 100 μm ausgebildet sind. Die Poren sind ausreichend kleiner als die Größe (500 μm oder mehr) von Blasen eines Enzyms oder dergleichen.
Ferner ist, wie in 4 veranschaulicht, auf der Oberfläche der Membran 11 auf der Probenlösungsseite ein Schutzfilm 15 vorgesehen, um einen Bereich zu verhindern, in dem die Membran 11 in Kontakt mit der Zwischenmembran 12 steht.
Das Material für die Schutzfilm 15 ist nicht beschränkt. Beispielsweise kann Polypropylen, PFA, PET oder dergleichen verwendet werden.
Der Instrumentkörperteil zeigt gemessene Daten oder dergleichen vom Sensorteil 1 an und steuert den Sensorteil 1 entsprechend dem von einem Anwender eingegebenen Signal. Das Instrumentenkörperteil wird durch Einsatz von physikalischen Komponenten realisiert, einschließlich beispielsweise analoger Schaltkreise, digitaler Schaltkreise, wie CPU, oder Speicher und dergleichen.
Der Betrieb des Peressigsäurekonzentrationsmessgeräts der vorliegenden Erfindung, und zwar in der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung, wird nachfolgend beschrieben.
Wenn das Abdeckteil 1b an den Behälter 1a angebracht wird, steht die Arbeitselektrode 4 in Kontakt mit der Membran 11 über die Zwischenmembran 12. In diesem Zustand wird, da die Arbeitselektrode 4 so angeordnet ist, dass sie leicht aus der Vorderendoberfläche 10 des Halteteils 16 sich erstreckt, die Arbeitselektrode 4 in Kontakt mit der Membran 11 über die Zwischenmembran 12 stehen und Druck auf die Membran 11 ausüben, der die Membran 11 dehnt.
Ferner ist die innere Lösung 13 zwischen dem Behälter 1a und dem Abdeckteil 1b enthalten. Wie in 5 veranschaulicht ist, füllt die enthaltene innere Lösung 13 eine kleine Lücke zwischen der Membran 11 und der Zwischenmembran 12 sowie eine kleine Lücke zwischen der Zwischenmembran 12 und der Arbeitselektrode 4. Es ist zu beachten, dass, da die Zwischenmembran 12 hinsichtlich der inneren Lösung 13 benetzbar ist, Flüssigkeitsschichten der inneren Lösung 13 auf der Oberfläche der Zwischenmembran 12 ausgebildet werden. Da ebenso die Zwischenmembran 12 ein poröser Film ist, dringt die innere Lösung 13 in die Zwischenmembran 12 durch die feinen Poren 12a ein, die in der Zwischenmembran 12 ausgebildet sind. Aus diesem Grund steht die Arbeitselektrode 4 in Kontakt mit der Zwischenmembran 12 über eine der Flüssigkeitsschichten, und die Zwischenmembran 12 steht in Kontakt mit der Membran 11 über die andere Flüssigkeitsschicht. Die vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsschichten sind jedoch beide sehr dünne Schichten und somit kann die Arbeitselektrode als im Wesentlichen in Kontakt mit der Membran 11 über die Zwischenmembran 12 stehend angesehen werden.
Wenn das Sensorteil 1 in die Probenlösung in diesen Zustand eintaucht, durchdringt die Peressigsäurelösung, die in der Probenlösung enthalten ist, die Membran 11 und wird in der inneren Lösung 13 innerhalb des Sensorteils aufgelöst. Weiterhin wird, wenn die vorbestimmte Spannung zwischen der Arbeitselektrode 4 und der Gegenelektrode 5 mittels des nicht veranschaulichten Stromversorgungsgeräts über die Leitung 8 angelegt wird, die folgenden Reaktionen auf den Oberflächen der beiden Elektroden ablaufen: Arbeitselektrode 4: CH₃COOOH(PAA) + 2H⁺ + 2e^– → CH₃COOH + H₂O Gegenelektrode 5: 2H₂O + O₂ + 4e^– ← 4OH^–
Wenn die vorstehend beschriebene Oxidatios-Reduktions-Reaktion stattfindet, wird ein elektrischer Strom erzeugt. Der Wert des elektrischen Stroms wird durch das Amperemeter 9 gemessen, und ein Ausgangssignal, das den Stromwert anzeigt, wird zum Instrumentenköperteil geleitet. Nach Erhalte des Ausgangssignals, das den Stromwert anzeigt, berechnet der Instrumentkörperteil die Konzentration der Peressigsäure, die in der Probenlösung enthalten ist aus dem Ausgangssignal unter Bezugnahme auf einen vorbestimmten Umwandlungsausdruck oder Umrechnungstabelle und zeigt die Peressigsäurekonzentration an.
Das Peressigsäurekonzentrationsmessgerät der vorliegenden Ausführungsform in der vorstehend beschriebenen Konfiguration weist die folgenden bemerkenswerten Effekte auf.
Da die innere Lösung 13, die verwendet wird, eine Pufferlösung mit einer Pufferwirkung gegenüber Wasserstoffionenkonzentration ist, reagiert die Peressigsäure, die in der Probenlösung enthalten ist, nicht mit der Pufferlösung, selbst wenn die innere Lösung 13 in die Probenlösungsseite während der Peressigsäurekonzentrationsmessung austritt. Somit wird die Peressigsäurekonzentration nicht vermindert, und der desinfizierende/sterilisierende Effekt der Probenlösung bleibt aufrecht erhalten.
Ferner werden, da Iod oder Brom nicht in der Pufferlösung enthalten sind, alle Risiken, die mit einer Iod- oder Brom-Verunreinigung verbunden sind, verhindert. Dies macht die vorliegende Erfindung insbesondere zur Verwendung auf den Gebieten der Medizin und der Nahrungsmittel geeignet, in denen Iod und Brom einen negativen Einfluss auf Lebewesen ausüben können.
Das Fehlen von Brom in der Pufferlösung bedeutet auch, dass die Lösung keine toxischen Gase erzeugt. Dies verbessert in deutlicher Weise die Sicherheit der Arbeitsumgebung und reduziert die psychologische Belastung des Anwenders.
Peressigsäure in der Probenlösung wird an der Oberfläche der Arbeitselektrode 4 in Essigsäure umgewandelt, wie es in der vorstehend beschriebenen Gleichung dargestellt ist. Mit Fortschreiten der Reaktion erhöht sich die Menge von Essigsäure in der inneren Lösung 13, und die innere Lösung 13 kann möglicherweise azidifiziert werden. Da jedoch die innere Lösung 13, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, eine Pufferlösung ist, wird die unerwünschte Azidifizierung der inneren Lösung verhindert.
Weiterhin umfasst das Abdeckteil 1b ein Luftloch 7. Wenn das Abdeckteil 1b an den Behälter 1a angebracht wird, erhöht sich der innere Druck zwischen dem Behälter 1a und dem Abdeckteil 1b. Überschüssiger Druck wird somit durch das Luftloch 7 freigelassen. Weiterhin dient das Luftloch 7 auch zur Freisetzung von Luftblasen (Gas), die dazu tendieren, sich im Sensor zu bilden und ein Systemversagen zu verursachen, wenn sie nicht freigesetzt werden.
Zusätzlich ist ein Schutzfilm 15 auf der Oberfläche der Membran 11 auf der Seite der Probenlösung vorgesehen. Der Schutzfilm 15 schützt die Membran 11 vor Beschädigung, wie Ziehen, und verhindert, dass die innere Lösung 13 in die Probenseite austritt. Der Schutzfilm 15 hilft auch zu verhindern, dass Teilchen und andere Verunreinigungen in der Probenlösung in die innere Lösung 13 über die Membran 11 eindringen. Der Schutzfilm 15 ist idealerweise aus einem hochelastischen Material hergestellt, das weiterhin den Schutz der Membran 11 vor Beschädigung verbessert. Somit trägt der Schutzfilm 15 zu verbesserten Messgenauigkeit bei.
Weiterhin kann, da die Membran 11 aus einem Material hergestellt ist, das Silizium, Silikon, Fluorharz oder Polyethylen enthält, selbst in dem Fall, in dem die innere Lösung 13 aus der Pufferlösung besteht, die Konzentration der Peressigsäure gemessen werden.
Um die vorstehend beschriebenen Effekte zu verifizieren, wurden die folgenden Tests durchgeführt.
Dieser Test beabsichtigt ein Membranmaterial zu untersuchen, das es ermöglicht, die Konzentration von Peressigsäure ohne Abnahme der Ansprechbarkeit der Arbeitselektrode zu messen, selbst in dem Fall, in dem eine innere Lösung aus einer Pufferlösung in einem Peressigsäurekonzentrationsmessgerät besteht, das zur Messung der Konzentration von Peressigsäure ausgelegt ist.
Als Probenlösung, die für den Test verwendet wurde, wurde eine Peressigsäurelösung und reines Wasser eingesetzt.
Ferner wurden als Proben, die für den Test eingesetzt wurden, drei Peressigsäurekonzentrationsmessgeräte hergestellt, wobei jedes ein Sensorteil aufweist, das umfasst: eine Membran, eine innere Lösung, die Peressigsäure, die durch die Membran durchgedrungen ist, auflöst, und eine Arbeitselektrode und eine Gegenelektrode, die in die innere Lösung eingetaucht sind.
Jede der Proben wird nachfolgend detailliert beschrieben.
Das verwendete Peressigsäurekonzentrationsmessgerät A: Ein poröser Film, der aus Polybutylenterephthalat (PBT) für die Membran hergestellt wurde, eine Phosphatpufferlösung als innere Lösung, eine Goldarbeitselektrode und eine Platingegenelektrode.
Das Peressigsäurekonzentrationsmessgerät B war identisch mit dem Peressigsäurekonzentrationsmessgerät A mit der Ausnahme der verwendeten Membran. Die Membran, die im Peressigsäurekonzentrationsmessgerät B verwendet wurde, war ein poröser Film, der aus Silizium/Silikon hergestellt wurde.
Das Peressigsäurekonzentrationsmessgerät C war identisch mit den Peressigsäurekonzentrationsmessgeräten A und B mit der Ausnahme der verwendeten Membran. Die Membran, die im Peressigsäurekonzentrationsmessgerät C verwendet wurde, ist ein auf PE-basierendes thermoplastisches Elastomerharz.
Die vorstehend beschriebenen Peressigsäurekonzentrationsmessgeräte A bis C wurden verwendet, um einen Stromwert und eine Stromflusszeit zum Zeitpunkt des Eintauchens in die Probenlösung zu messen. Die 6 bis 8 veranschaulichen die Ergebnisse der Messung.
6 veranschaulicht die Testergebnisse des Peressigsäurekonzentrationsmessgeräts A. Wie in 6 veranschaulicht, konnte das Peressigsäurekonzentrationsmessgerät A nicht jeden Stromwert in beiden Fällen des Eintauchens in die Peressigsäurelösung und des Eintauchens in reines Wasser messen.
Der Grund, warum das Peressigsäurekonzentrationsmessgerät A nicht jeden Stromwert messen konnte, kann sein, dass die Peressigsäure in der Peressigsäurelösung kaum durch die Membran durchdringen konnte.
7 veranschaulicht das Testergebnis des Peressigsäurekonzentrationsmessgeräts B. Wie in 7 veranschaulicht, detektierte das Peressigsäurekonzentrationsmessgerät B keinen elektrischen Strom, wenn es in reines Wasser eingetaucht wurde. Auf der anderen Seite wies in dem Fall des Eintauchens in die Peressigsäurelösung das Peressigsäurekonzentrationsmessgerät B einen elektrischen Strom nach, der etwa –100 nA erreichte und für mindestens eine vorbestimmte Zeitspanne aufrecht erhalten wurde, um Stabilität zu sichern.
Wenn Peressigsäure zur Peressigsäurelösung, die mit dem Peressigsäurekonzentrationsmessgerät B getestet werden soll, zugegeben wurde, wurde der Wert des elektrischen Stroms auf etwa –200 nA geändert und für mindestens eine vorbestimmte Zeitspanne aufrecht erhalten, um Stabilität sicherzustellen. Wenn Peressigsäure zu der Peressigsäurelösung, die im Peressigsäuremessgerät B getestet werden soll, für ein zweites Mal zugegeben wurde, wurde der Wert des Stroms auf etwa –350 nA geändert, und für mindestens eine vorbestimmte Zeitspanne aufrecht erhalten, um Stabilität sicherzustellen.
Die Ergebnisse im Falle des Peressigsäurekonzentrationsmessgeräts B können wie folgt erklärt werden. Die Peressigsäure in der Peressigsäurelösung durchdrang die Membran und wurde dann in der inneren Lösung aufgelöst. Dadurch fand an der Oberfläche der Arbeits- und Gegenelektrode eine Oxidations-Reduktions-Reaktion kontinuierlich statt, was einen konstanten elektrischen Stromwert für eine vorbestimmte Zeit aufrecht erhielt. Die Ergebnisse zeigen, dass das Peressigsäurekonzentrationsmessgerät B dazu in der Lage war, einen elektrischen Stromwert stabil zu messen und genau die Peressigsäurekonzentration zu bestimmen.
8 veranschaulicht das Testergebnis des Peressigsäurekonzentrationsmessgeräts C. Wie in 8 gezeigt, wies das Peressigsäurekonzentrationsmessgerät C nicht im Fall des Eintauchens in reines Wasser nichts nach, aber im Fall des Eintauchens in die Peressigsäurelösung wurde ein stabiler Stromwert von etwa –100 nA nachgewiesen, der für eine vorbestimmte Zeit aufrecht erhalten wurde. Ferner wurde, wenn Peressigsäure zur Peressigsäurelösung zugegeben wurde, der Stromwert auf etwa –500 nA geändert, der für eine vorbestimmte Zeit aufrechterhalten wurde. Weiter wurde, wenn Peressigsäure zur Peressigsäurelösung ein zweites Mal zugegeben wurde, der Wert des Stroms auf etwa –750 nA geändert, der für eine vorbestimmte Zeit aufrechterhalten wurde.
Die Ergebnisse in diesem Fall des Peressigsäurekonzentrationsmessgeräts C können wie folgt erklärt werden. Wie im Fall des Peressigsäurekonzentrationsmessgeräts B durchdringt die Peressigsäure in der Peressigsäurelösung die Membran und eine Oxidations-Reduktions-Reaktion fand an den Oberflächen der Arbeits- und Gegenelektroden statt. Die Ergebnisse zeigen, dass das Peressigsäurekonzentrationsmessgerät C einen Stromwert und einen Peressigsäurekonzentrationswert messen kann.
Die vorstehenden Ergebnisse zeigen, dass durch Herstellen der Membran 11 aus einem Material mit Silizium/Silikon, Fluorharz oder Polyethylen die Konzentration der Peressigsäure zuverlässig gemessen werden kann.
Es ist zu beachten, dass die vorstehend beschriebenen Testergebnisse für die Peressigsäurekonzentrationsmessgeräte erhalten wurden, die keine Zwischenmembran 12 aufwiesen. Jedoch wurden ähnliche Ergebnisse auch für ein Peressigsäurekonzentrationsmessgerät erhalten, das eine Zwischenmembran 12 umfasste.
Das Peressigsäurekonzentrationsmessgerät der vorliegenden Ausführungsform hat die folgenden beachtenswerten Wirkungen.
Das Peressigsäurekonzentrationsmessgerät der vorliegenden Ausführungsform verhindert, dass die Membran 11 und die Arbeitselektrode 4 miteinander in direktem Kontakt kommen, indem eine Zwischenmembran 12 verwendet wird, die sich zwischen der Membran 11 und der Arbeitselektrode 4 befinden, und wobei die Zwischenmembran 12 auch die Eigenschaft aufweist, dass es für Flüssigkeiten benetzbar ist, wodurch eine stabile und unmittelbare Zufuhr der inneren Lösung 13 an seine Oberfläche sichergestellt wird und wobei die Antwort verbessert wird.
Die Zwischenmembran 12 ist ein dünner poröser Film, durch den die innere Lösung dringt, wodurch ein minimaler Abstand zwischen der Membran 11 und der Arbeitselektrode 4 erhalten wird, der einen stabilen Fluss der inneren Lösung 13 an die Oberfläche der Arbeitselektrode 4 sicherstellt, und feine Poren, die in der Zwischenmembran 12 vorgesehen sind, führen stabil die innere Lösung 13 an die Oberfläche der Elektrode 4, wodurch das Sensorteil 1 hochsensitiv, ansprechbar und zuverlässig wird.
Um die vorstehenden Effekte zu verifizieren, wurden die folgenden Tests durchgeführt.
Diese Tests beabsichtigen, die Ansprechbarkeit an der Oberfläche der Arbeitselektrode 4 zu beurteilen, indem der Fall, in dem die Zwischenmembran 12 zwischen der Membran 11 und der Arbeitselektrode 4 vorliegt, mit dem Fall verglichen wird, in dem eine Zwischenmembran zwischen der Membran 11 und der Arbeitselektrode 4 nicht vorliegt.
Zwei Peressigsäurekonzentrationsmessgeräte D und E wurden für den Test verwendet, wobei jedes ein Sensorteil umfasst, das aufweist: eine Membran, die es ermöglicht, dass Peressigsäure sie durchdringt, eine innere Lösung, die Peressigsäure, die die Membran durchdrungen hat, auflöst, und eine Arbeitselektrode und eine Gegenelektrode, die in der inneren Lösung eingetaucht waren. Die Probenlösung, die für den Test verwendet wurde, war eine Peressigsäurelösung.
Das Peressigsäurekonzentrationsmessgerät D wies den vorstehend beschriebenen Aufbau auf und war mit den folgenden Teilen ausgestattet: eine Silizium/Silikonmembran, die für Peressigsäure porös war, eine Phosphatpufferlösung, eine Goldarbeitselektrode und eine Platingegenelektrode.
Das Peressigsäurekonzentrationsmessgerät E war identisch mit dem Peressigsäurekonzentrationsmessgerät D, indem es die gleiche Membran, innere Lösung, Arbeitselektrode und Gegenelektrode aufwies. Jedoch war zusätzlich zu vorstehend beschriebenem Aufbau des Peressigsäurekonzentrationsmessgeräts D im Peressigsäurekonzentrationsmessgerät E eine Zwischenmembran vorgesehen. Die Zwischenmembran war so konfiguriert, dass die Arbeitselektrode mit der Membran über die Zwischenmembran in Kontakt stand. Die Zwischenmembran war aus Polycarbonat hergestellt, ein poröser Film mit einer Vielzahl feiner Poren mit einem Durchmesser von 0,05 μm bis 100 μm.
Die vorstehend beschriebenen Peressigsäurekonzentrationsmessgeräte D und E wurden dazu eingesetzt, folgende Tests durchzuführen.
<Peressigsäurekonzentrationsmesstest>
Die vorstehend beschriebenen Peressigsäurekonzentrationsmessgeräte D und E wurden in die Probenlösung eingetaucht, und die Peressigsäurekonzentration aus den Stromwerten berechnet, die von den entsprechenden Peressigsäurekonzentrationsmessgeräten D und E gemessen wurden. Die 9 und 10 sind Graphen, die die Ergebnisse der Berechnung zeigen. In beiden Graphen stellt die vertikale Achse die Essigsäurekonzentration und die horizontale Achse die Zeit dar.
<Drucktest>
Die Bedingungen für den Drucktest waren wie folgt. Die Flussrate der Probenlösung zur Arbeitselektrode wurde während des Experimentes konstant gehalten. Der Druck, der in der Einheit kPa gemessen wurde, wurde auf die Membran ausgeübt, wodurch die Membran dazu gebracht wurde, sich gegen die Arbeitselektrode zu drücken. Der auf die Membran angewendete Druck startete bei 0 kPa und wurde auf 100 kPa erhöht und dann schließlich auf 0 kPa wieder abgesenkt.
9 zeigt die Testergebnisse in dem Fall, in dem das Peressigsäurekonzentrationsmessgerät D verwendet wurde. Wie in 9 dargestellt ist, maß das Peressigsäurekonzentrationsmessgerät D stabil die Peressigsäurekonzentration bevor ein Druck angewendet wurde.
Nachdem aber Druck angewendet wurde, nahm der Peressigsäurekonzentrationswert, der mit dem Peressigsäurekonzentrationsmessgerät D gemessen wurde, deutlich ab. Nachdem schließlich der Druck wieder auf den Zustand ohne angewendeten Druck vom Beginn des Tests gesenkt wurde, erhöhte sich der Peressigsäurekonzentrationswert deutlich, und das Peressigsäurekonzentrationsmessgerät maß stabil die Peressigsäurekonzentration, wie sie es vor Druckanwendung tat.
Als Nächstes zeigt 10 die Testergebnisse in dem Fall, in dem das Peressigsäurekonzentrationsmessgerät E verwendet wurde. Wie in 10 dargestellt, maß das Peressigsäurekonzentrationsmessgerät E stabil die Peressigsäurekonzentration während der Dauer des Tests und zeigte keine Anzeichen, dass die Messung durch die Druckänderung beeinflusst wurde.
Von vorstehenden Ergebnissen kann abgeleitet werden, dass das Peressigsäurekonzentrationsmessgerät D, das keine Zwischenmembran aufwies, nicht in zuverlässiger Weise die Peressigsäure messen kann, wenn Druck auf die Membran ausgeübt wird. Wohingegen in dem Fall, in dem das Peressigsäurekonzentrationsmessgerät E verwendet wird, die Peressigsäurekonzentration stabil unabhängig von der Druckänderung, die auf die Membran ausgeübt wurde, gemessen wird.
Der Grund für die verschiedenen Ergebnisse der Peressigsäurekonzentrationsmessgeräte D und E sind mit dem Vorliegen oder dem Fehlen einer Zwischenmembran verbunden. Bei Abwesenheit einer Membran, wie es bei dem Peressigsäurekonzentrationsmessgerät D der Fall war, kamen, wenn Druck auf die Membran ausgeübt wird, die Membran und die Arbeitselektrode in direkten Kontakt miteinander und werden eng aneinander gedrückt, wodurch die wirksame Fläche auf der Oberfläche der Arbeitselektrode reduziert wird, wo die innere Lösung zugeführt werden kann, damit eine Oxidations-Reduktions-Reaktion stattfinden kann. Dementsprechend wird die Reaktion auf der Oberfläche der Arbeitselektrode blockiert und die Ansprechbarkeit der Arbeitselektrode verschlechtert.
Auf der anderen Seite kann in dem Fall, in dem eine Zwischenmembran, die porös ist und eine Benetzbarkeit hinsichtlich einer Flüssigkeit aufweist, vorliegt, zwischen der Membran 11 und der Arbeitselektrode 4, wie es bei dem Peressigsäurekonzentrationsmessgerät E der Fall ist, selbst wenn Druck auf die Membran ausgeübt wird, die in der inneren Lösung aufgelöste Peressigsäure stabil an die Oberfläche der Arbeitselektrode aus den Flüssigkeitsschichten der inneren Lösung, die auf den Oberflächen der Zwischenmembran und durch die unzähligen feinen Poren, die in der Zwischenmembran vorliegen, zugeführt werden, und somit kann die Peressigsäurekonzentration stabil gemessen werden.
Weiterhin ist es offensichtlich, wenn die 9 und 10 verglichen werden, dass die Zunahme im Graphen in 10 offensichtlich schneller als die Zunahme im Graphen in 9 ist. Dies impliziert, dass die Ansprechbarkeit des Sensorteils des Peressigsäurekonzentrationsmessgeräts E schneller und sensitiver ist als die des Peressigsäurekonzentrationsmessgeräts D.
Der Grund für diesen Unterschied kann ebenfalls mit dem Vorliegen oder dem Fehlen einer Zwischenmembran zwischen der Membran und der Arbeitselektrode verbunden werden. In dem Fall des Peressigsäurekonzentrationsmessgeräts D, das keine Zwischenmembran zwischen der Arbeitselektrode und der Membran umfasste, wurden die Arbeitselektrode und die Membran wahrscheinlich in engen Kontakt miteinander gebracht, was es schwierig macht, die innere Lösung an die Oberfläche der Arbeitselektrode aufgrund der Verminderung der effektiven Oberfläche der Arbeitselektrode zuzuführen. Wohingegen in dem Fall des Peressigsäurekonzentrationsmessgeräts E, indem eine Zwischenmembran zwischen der Arbeitselektrode und der Membran vorgesehen war, stellte die Zwischenmembran sicher, dass eine ständige Zufuhr der inneren Lösung an die Oberfläche der Arbeitselektrode während des Tests erfolgte, und dass eine Reaktion stabil stattfinden konnte.
Aus diesem Grund kann, indem eine Zwischenmembran zwischen der Arbeitselektrode 4 und der Membran 11 bereitgestellt wird, die Ansprechbarkeit des Sensorteils 1 verbessert werden, und ferner kann das Sensorteil 1 stabiler gemacht werden.

Zusätzlich kann, indem die Zwischenmembran 12 aus einem Polymer oder ähnlichem Material, insbesondere einem Polycarbonat, hergestellt wird, die Ansprechbarkeit der Arbeitselektrode 4 weiter verbessert werden. Tabelle 1

Zwischenmembran	Porendurchmesser	Filmdicke	90% Ansprechzeit
Polycarbonat	0,1 μm–10 μm	7 μm	3 bis 5 Min.
PTFE	0,01 μm–5,0 μm	150–200 μm	12 bis 13 Min.
PP + PE	0,01 μm–3,0 μm	10–100 μm	22 Min. oder mehr
Polyimid	30–100 μm	20–60 μm	7 bis 12 Min.

Vorstehende Tabelle 1 zeigt die 90% Ansprechzeit in dem Fall, in dem die entsprechenden Materialien für die Zwischenmembran verwendet werden.
Wie in Tabelle 1 angegeben ist, zeigt sich, dass Polycarbonat eine schnelle 90% Ansprechzeit aufweist, verglichen mit der 90% Ansprechzeit von alternativen Materialien. Der Grund dafür kann darin gesehen werden, dass die Filmdicke der Polycarbonats relativ dünn im Vergleich mit den anderen Materialien ist. Die Dicke des Polycarbonats macht es möglich, die Zeit abzukürzen, die für die innere Lösung erforderlich ist, um den Polycarbonatfilm zu durchdringen, und somit wird verglichen mit anderen Materialien die Ansprechzeit schneller, was hilft, die Ansprechzeit des Sensors zu verbessern.
Auf der anderen Seite zeigt sich, dass die gemischten Harze (PP + PE), die Polypropylen und Polyethylen verwenden, eine langsame 90% Ansprechzeit zeigen, wenn sie mit alternativen Materialien verglichen werden. Der Grund dafür kann darin liegen, dass zusätzlich, dass sie kleine Porendurchmesser aufweisen, die feinen Poren des gemischten Harzes relativ zu den feinen Poren von Polycarbonat, PTFE, und Polyimid, die relativ geordnet angeordnet sind, zufällig verteilt sind. Somit ist die Zeit, die für die innere Lösung zum Durchdringen des gemischten Harzes erforderlich ist, größer als die, die für andere Materialien erfordert wird.
Diese Ergebnisse zeigen, dass es zur Verbesserung der Ansprechbarkeit des Sensors erforderlich ist, die Dicke der Zwischenmembran zu vermindern, die Porendurchmesser der feinen Poren der Zwischenmembran auf das Maß zu erhöhen, um das Eindringen von Luftblasen zu verhindern, und eine Zwischenmembran mit geordnet angeordneten Poren bereitzustellen.
Es ist jedoch wichtig zu bemerken, dass, wenn die Dicke der Zwischenmembran zu dünn gemach wird, die Zwischenmembran beschädigt werden kann. Dementsprechend ist die Dicke der Zwischenmembran wünschenswerterweise 1 μm bis 100 μm. Ferner ist der Porendurchmesser der feinen Poren wünschenswerterweise 0,05 μm bis 100 μm, abhängig von den verwendeten Materialien und der Dicke der Zwischenmembran.
Es wäre zu beachten, dass die vorstehend beschriebenen Ergebnisse andeuten, dass die Ansprechbarkeit des Sensors verbessert werden kann, indem die Membran 11 mit einer relativ dünnen Dicke ausgebildet wird.
Die vorliegende Erfindung wird nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform besteht die innere Lösung nur aus der Pufferlösung. Jedoch kann die innere Lösung eine sein, die aus einer Pufferlösung und einem Material besteht, das mit der Peressigsäure nicht reagiert. Beispielsweise kann als Material, das mit Peressigsäure nicht reagiert, auch ein Material verwendet werden, das mit biologischem Material nicht reagiert. In einem solchen Fall wird, selbst wenn die innere Lösung zur Probenlösungsseite austritt, in einer solchen Konfiguration ein Reaktion zwischen der inneren Lösung und der Pufferlösung verhindert, und der desinfizierende/sterilisierende Effekt der Probenlösung wird aufrecht erhalten bleiben.
Zusätzlich wird, solange das Material, das in der inneren Lösung enthalten ist, mit einem biologischen Material nicht reagiert, selbst in dem Fall, dass die innere Lösung in die Probenlösungsseite austritt, keine Verunreinigung oder ungünstigen Effekte auf Lebewesen in der Probenlösung auftreten.
Schließlich kann das vorstehend beschriebene Peressigsäurekonzentrationsmessgerät auch auf einen mit einer Membran bedeckten Sensor angewendet werden. Ein solcher mit einer Membran bedeckter Sensor kann verwendet werden, um eine spezielle Substanz nachzuweisen, die in einer Probenlösung enthalten ist, wie Peressigsäure, Wasserstoffperoxid, aufgelöster Sauerstoff oder restliches Chlor.
Die vorliegende Erfindung kann in verschiedener Weise ohne vom Umfang davon abzuweichen verändert werden. Technische Merkmale, die in vorstehenden Ausführungsformen beschrieben sind, können ebenfalls beliebig kombiniert werden.
Bezugszeichenliste

4: Arbeitselektrode
5: Gegenelektrode
11: Membran
13: innere Lösung
15: Schutzfilm

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2003-294694 A [0005]
JP 04-343065 A [0005]

Claims

Mit Membran bedecktes Peressigsäurekonzentrationsmessgerät, das die Konzentration von Peressigsäure in einer Probenlösung misst, wobei das Peressigsäurekonzentrationsmessgerät umfasst: eine Membran (11), die es ermöglicht, dass Peressigsäure sie durchdringt; eine innere Lösung (13), die Peressigsäure auflöst, die die Membran durchdrungen hat; und eine Arbeitselektrode (4) und eine Gegenelektrode (5), die in die innere Lösung eingetaucht sind, wobei eine Pufferlösung mit einem Puffereffekt auf die Wasserstoffionenkonzentration als innere Lösung (13) verwendet wird.
Peressigsäurekonzentrationsmessgerät nach Anspruch 1, wobei die innere Lösung (13) Materialien enthält, die mit Peressigsäure nicht reagieren.
Peressigsäurekonzentrationsmessgerät nach Anspruch 1, wobei die Membran (11) aus einem Material hergestellt ist, das Silizium/Silikon, ein Fluorharz oder Polyethylen enthält.
Peressigsäurekonzentrationsmessgerät nach Anspruch 1, wobei die Arbeitselektrode (4) in Kontakt mit der Membran (11) über eine Zwischenmembran mit einer Benetzbarkeit hinsichtlich der inneren Lösung (13) steht.
Peressigsäurekonzentrationsmessgerät nach Anspruch 4, wobei die Zwischenmembran eine poröse Membran ist.
Peressigsäurekonzentrationsmessgerät nach Anspruch 4, wobei die Zwischenmembran aus einem Polymer hergestellt ist.
Peressigsäurekonzentrationsmessgerät nach Anspruch 4, wobei ein Schutzfilm (15) auf der Oberfläche der Membran (11) auf einer Probenlösungsseite vorgesehen ist.