DE60022177T2

DE60022177T2 - Miniaturisierte festkörper-referenzelektrode mit selbstdiagnosefunktion

Info

Publication number: DE60022177T2
Application number: DE60022177T
Authority: DE
Inventors: Jae Ho Shin; Sung Dong Lee; Hakhyun Kangbuk-ku Nam; Geun Sig Chongro-ku Cha; Byeong Woo Anyang-si Bae
Original assignee: Infopia Co Ltd
Current assignee: Infopia Co Ltd
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2020-03-25
Also published as: EP1171765A1; JP3667639B2; CN1170154C; EP1171765A4; DE60022177D1; WO2000058720A1; US6554982B1; CN1357105A; EP1171765B1; KR20000061275A; JP2002540424A; KR100342165B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Festkörper-Referenzelektrode für ein potentiometrisches Elektrodensystem und, insbesondere, eine miniaturisierte Festkörper-Referenzelektrode, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass eine ionensensitive Membran eingesetzt wird, enthaltend ein ionenselektives Material als schützende Membran, für die innere Referenzlösung und Vergrößern der Fläche des Übergangs, welcher mit der Probenlösung in Kontakt steht, wodurch betriebsbedingte Abweichungen bzw. Abnormalitäten selbst überprüft werden können und eine schnelle Aktivierung erzielt werden kann.
STAND DER TECHNIK
Der Grad bzw. Level der Moleküle von Interesse in Flüssigkeit sind geeignete Indices, mit welchen der Zustand der Flüssigkeit wahrgenommen werden kann und daher ist es sehr wichtig, die Molekularlevel in physiologischen Fluiden , wie Blut, Urin und dergleichen, zum Zwecke der klinischen Analyse schnell und akkurat zu messen. Diese Bedeutung trifft auch für Brauchwasser, wie Trinkwasser und Abwasser, und industrielles Wasser und Abwasser in Bezug auf Umwelt- und Gesundheitsaspekte zu. Zusätzlich ist es notwendig, dass industrielle Endprodukte, Zwischenprodukte anhand bestimmter Moleküle analysiert werden, um die Produktqualität zu überprüfen.
Elektrodensysteme, welche Potentiometrie einsetzen, finden eine Vielzahl von Anwendungen bei der Analyse eines breiten Spektrums an Molekülen, in dem Bereich von biochemischen Verbindungen wie Harnstoff, Creatinin, Glucose in Blut und Urin bis zu Ionen wie K⁺, Na⁺, NH₄ ⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, HPO₄ ²⁺, Cl^–, CO₃ ^2– etc., und Gase, wie pH-Wert, pCO₂, pO₂, pNO_x, pSO_x, etc. in industriellen Materialien zur klinischen Analyse, Wasserüberprüfung und die Gebiete der technischen Analyse.
Im Allgemeinen besteht ein potentiometrisches Elektrodensystem aus zwei Elektroden: Einer Arbeitselektrode, die mit einem Ion von Interesse reagiert, um einen Potentialunterschied zu erzeugen, und eine Referenzelektrode, die ein vorbestimmtes Potential bei behält. In diesem System sind die Potentialwerte, welche an der Arbeitselektrode gemessen werden, nicht absolut, sondern sie zeigen die relativen Werte zu dem vorbestimmten Potential, welches von der Referenzelektrode beibehalten wird, an, in anderen Worten, dem Potentialunterschied zwischen der Arbeitselektrode und der Referenzelektrode. Daher besitzt die Entwicklung einer stabilen Referenzelektrode zur Beibehaltung eines vorbestimmten Potentials eine sehr große Bedeutung bei dem Fortschritt des potentiometrischen Elektrodensystems.
Die Potentiometrie zur Analyse von klinischen, flüssigen und industriellen Materialien, wie andere Prüfungsverfahren, erfordern dass die Proben unverändert bleiben, nachdem sie entnommen wurden. Die Proben neigen jedoch dazu, während des Transportes verunreinigt zu werden oder ihre Qualität zu verändern, aufgrund einer Verzögerung der Messung, was zu einer Ungenauigkeit führt. Daher erfordern diese Analysen einen bestimmten Zeitpunkt zur Messung. Insbesondere muss die medizinische Überprüfung bei klinische Materialien, wie Blut, die obigen Probleme lösen, wie auch die Seltenheit der Proben, da nur eine geringe Menge an Biomaterialien von einem Prüfling, zum Beispiel einem medizinischen Patient, zu klinischen Zwecken genehmigt werden.
Um diese Anforderungen zu erfüllen, ist die aktive Forschung auf die Miniaturisierung von Messvorrichtungen gerichtet und wird in dieser Richtung fortgesetzt. In diesem Zusammenhang ist es eine essentielle Voraussetzung, das Elektrodensystem zu, bestehend aus Arbeitselektroden und Referenzelektroden, miniaturisieren. Tatsächlich ist es nicht zuviel zu sagen, dass es für die Miniaturisierung von potentiometrischen Elektrodensystemen essentiell ist. Von den Bestandteilen des potentiometrischen Elektrodensystems ist die Arbeitselektrode bereits unter aktiver Forschung und diese wird fortgesetzt und, als ein Ergebnis, wurden viele Verfahren realisiert und vorgeschlagen. Auf der anderen Seite erscheint die Verkleinerung der Referenzelektrode, welche das Gegenstück der Arbeitselektrode ist, sehr weit entfernt von einem Erfolg und tatsächlich waren die Untersuchungen dürftig und führen zu dem stärksten behindernden Faktor, um die Miniaturisierung des gesamten potentiometrischen Elektrodensystems zu erzielen.
Als Referenzelektroden werden herkömmlich Calomel Ag/AgCl Elektroden verwendet, während ein Kapillarrohr oder eine poröse Keramik als ein Übergang darin dient. Es ist jedoch unmöglich, diese herkömmlichen Referenzelektroden zu miniaturisieren und in einem großen Maßstab herzustellen. Zusätzlich weisen die herkömmlichen Referenz elektroden hohe Herstellungskosten auf. Als ein Ergebnis sind sie für die Anwendung in kleinen oder Einwegmessgeräten nicht geeignet.
Verschiedene Versuche wurden durchgeführt, um Festkörper-Referenzelektroden zu entwickeln, die ausreichend sind, um in kleinen potentiometrischen Elektrodensystemen eingesetzt zu werden und die folgenden zwei Verfahren wurden als die erfolgsversprechendsten erkannt.
Ein Verfahren ist es, flüssige Übergänge anstelle von festen Übergängen einzusetzen, wie den herkömmlichen Kapillarrohren oder den porösen Materialien, wobei zwei Flusssysteme aufgebaut sind: Ein Flusssystem für eine Elektrode aus einem unlöslichen Metallsalz, wie AgCl, das andere für eine Arbeitselektrode. Diese zwei Fließsysteme sind so aufgebaut, dass sie sich an einem Punkt treffen, an welchem der Elektrodenübergang gebildet wird. Die Elektroden aus unlöslichen Metallsalze sind für bestimmte Ionen (AgCl oder Cl Ionen) reaktiv. Eine Referenzlösung fließt, umfassend die bestimmten Ionen (in dem Fall von AgCl, eine NaCl Lösung) mit einer konstanten Konzentration zu dem Fließsystem mit der unlöslichen Metallsalzelektrode, welche als ein konstantes Potential gehalten wird (Referenzelektrodensystem). Auf der anderen Seite, wenn Eichmaterialien oder Probelösungen durch das Fließsystem geflossen wurden, in welchem eine Arbeitselektrode eingeführt ist, reagiert die Arbeitselektrode mit dem bestimmten Ion und eine Potentialänderung wird als Potentialunterschied relativ zu dem Referenzelektrodensystem gemessen. Die genannte Referenzelektrode, auch wenn sie sehr einfach im Aufbau ist, leidet von dem Nachteil, dass eine zusätzliche Referenzlösung notwendig ist und dass sie hohe Instandhaltungskosten erforderlich macht, und des Weiteren kann der Fluss aufgrund der Aufspaltung des Lösungsflusses in zwei Flüsse nicht einfach gesteuert werden.
Die andere Alternative bietet eine Struktur, bei welcher eine Referenzlösung zu einem Hydrogel auf einem unlöslichen Metallsalz wie AgCl gebildet wird und wobei eine schützende Polymermembran über alle Flächen des Hydrogels aufgebracht wird, mit Ausnahme eines Fensters (Übergang), in welchem das Hydrogel einen Kontakt mit der Probenlösung herstellt. Die Sättigung der inneren Referenzlösung mit einem Salz wie KCl führt dazu, dass das Potential des unlöslichen Metallsalzes konstant wird, das gesättigte Salz dringt jedoch stufenweise durch den Übergang und ändert die Salzkonzentration des Hydrogels und daher das Potential der unlöslichen Metallsalzelektrode. Des Weiteren spielt die unlösliche Metallsalzelektrode für einige Minuten eine Rolle als eine Refe renzelektrode, bevor ein Potentialunterschied auftritt. Diese Art einer Referenzelektrode weist den Vorteil auf, dass sie einfach zu konstruieren und zu steuern ist, und dass daher keine zusätzliche Konstruktionen notwendig sind. Diese herkömmliche Referenzelektrode weist jedoch einige Probleme auf, dass die Aktivierungsdauer des Hydrogels für den normalen Betrieb, das heißt, die Dauer die notwendig ist, dass das Hydrogel Feuchtigkeit aus der Probe absorbiert, um die Stabilisierung beizubehalten, relativ lang ist. Des Weiteren neigt das kleine Fenster, das als ein Übergang dient, dazu, im Aufbau ungenau zu sein oder wird häufig durch Verunreinigungen wie fließende Materialien der Probe verstopft. Des Weiteren kann die Abweichung bzw. Abnormalität der Referenzelektrode, welche durch die obigen Probleme bewirkt wird, nicht ohne Betreiben der Referenzelektrode ermittelt werden, so dass die gemessenen Werte bezüglich der Zuverlässigkeit bzw. Beständigkeit schlecht sind.
Elektrodensysteme des Standes der Technik sind in US-A-4,592,824 und US-A-4,933,048 beschrieben.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die intensive Forschung an potentiometrischen Elektrodensystemen wurden wiederholt, um die obigen Probleme herkömmlicher Referenzelektroden zu überwinden und führten zu der Entdeckung des Einsatzes eines ionenselektiven Materials in der schützende Membran der inneren Referenzlösung, zusammen mit einem vergrößerten Referenzelektrodenübergang in Kontakt mit einer Probenlösung, und ermöglicht die Bestimmung, ob die Referenzelektrode betrieblich funktionsgestört ist, wie durch Verunreinigung, wie auch die Verringerung der Verunreinigung an dem Übergang und stellt sicher, dass die Referenzelektrode in einer Lösung schnell aktiviert werden kann.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Festkörper-Referenzelektrode bereitzustellen, mit einer selbstdiagnostischen Funktion, welche bezüglich der Verunreinigung des Übergangs verbessert ist und innerhalb eines kurzen Zeitraumes aktiviert werden kann.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Referenzelektrode 40 für ein potentiometrisches System zur Verfügung, umfassend ein Substrat 11, eine Metallschicht 12, eine unlösliche Metallsalzschicht 13, einen Isolierfilm bzw. eine isolierende Schicht 18, um die Metallschicht 12 von einer wässrigen Probelösung 60 zu isolieren, ein Hydrogel, welches als eine innere Referenzlösung 14 dient, und eine ionensensitive, schützende Membran 17, welche über allen Bereichen des Hydrogels ausgebildet ist, mit Ausnahme von zwei oder mehreren Übergängen 16, wobei die Übergänge 16 Fenster sind, an denen das Hydrogel die Probelösung 60 kontaktiert, wobei die ionensensitive, schützende Membran 17 die innere Referenzlösung 14 von der Probelösung 60 trennt und als eine Ionen spürende bzw. ionensensitive Membran bei einer Verunreinigung der Kontaktstellen 16 dient.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Das Obige und andere Gegenstände, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung deutlicher, wenn sie zusammen mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird, wobei:
1 einen schematischen Querschnitt zeigt, welcher ein potentiometrisches Bi-Elektrodensystem darstellt, bestehend aus einer Arbeitselektrode und einer Referenzelektrode;
2 eine Vorderansicht des potentiometrischen Bi-Elektrodensystems aus 1 zeigt;
3 einen schematischen Querschnitt zeigt, welcher ein potentiometrisches Tri-Elektrodensystem darstellt, bestehend aus einer Arbeitselektrode, einer Referenzelektrode und einer Korrekturelektrode;
4 eine Kurve zeigt, welche die Betriebsmerkmale des potentiometrischen Elektrodensystems der vorliegenden Erfindung an der Referenzelektrode darstellt, wenn der Übergang nicht verunreinigt ist (a), von der Referenzelektrode, wenn die Kontaktstelle verunreinigt ist (b) und von der Arbeitselektrode, welche mit Kaliumionen-selektiven Elektrodenmembranen versehen ist;
5 eine Kurve zeigt, welche die Aktivierungszeit der Referenzelektroden vergleicht, im Vergleich, wenn ein einzelner Übergang (a) gebildet wird und wenn ein doppelter Übergang (b) gebildet wird;
6 eine Kurve zeigt, welche die Stabilität der Referenzelektrode der vorliegenden Erfindung bei klinisch wichtigen Ionen in Blut darstellt: von Kaliumion und Chloridion (a); Natriumion- und Chloridion (b) und von Kalziumion und Chloridion (c);
7 eine Kurve zeigt, welche die Stabilität der Referenzelektrode der vorliegenden Erfindung gegenüber einer Änderung des pH-Wertes darstellt; und
8 eine Kurve zeigt, welche die Stabilität der Referenzelektrode der vorliegenden Erfindung bei Konzentrationsänderung der gemischten Ionen darstellt.
BESTE ART ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine Festkörper-Referenzelektrode für potentiometrische Elektrodensysteme zur Verfügung, gekennzeichnet durch einen vergrößerten Übergang, welcher mit der Probenlösung in Kontakt steht und einer ionensensitive Membran, welche ein ionenselektives Material enthält, als eine schützende Membran für die innere Referenzlösug.
Die ebene Festkörper-Referenzelektrode der vorliegenden Erfindung weist eine Selbstdiagnosefunktion auf, dass die betriebsbedingten Abnormalitäten autogen ermittelt werden können, wodurch die Zuverlässigkeit der gemessenen Werte verbessert werden. Des Weiteren wird das Auftreten von Fehlern aufgrund der Verunreinigung des Übergangs reduziert und ein kurzer Zeitraum für die Aktivierung in einer Lösung kann einfach mit der vergrößerten Kontaktstelle erzielt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Festkörper-Referenzelektrode vom ebenen Typ zur Verfügung, umfassend ein Substrat 11, eine Metallschicht 12, eine unlösliche Metallsalzschicht 13, einen Isolierfilm 18, ein Hydrogel 14, welches als eine innere Referenzelektrode dient, zwei oder mehrere Übergänge 16, welche auf dem Hydrogel ausgebildet sind, welches mit einer Probenlösung in Kontakt steht, eine ionensensitive schützende Membran 17, gebildet auf allen Oberflächen des Hydrogels, mit Ausnahme des Übergangs, um die innere Referenzlösung von der äußeren Probenlösung zu trennen und welche als eine Ionen spürende Membran bei der Verunreinigung des Übergangs dient.
Eine Ionen spürende Membran (ionensensitive Membran), welche ein ionenselektives Material in einer einfachen Polymermembran enthält, wie Poly(vinylchlorid), Polytetrafluorethylen, Silikongummi, Polyurethan etc. wird als eine schützende Membran für das Hydrogel verwendet. Wenn der Übergang nicht verunreinigt ist, dient die ionensensitive Membran nur als eine schützende Membran, welche die Probelösung von der inneren Referenzlösung (Hydrogel) trennt. In diesem Fall bildet die ionensensitive Membran, einen offenen Kreislauf, so dass sie von den Bestandteilen des Kreislaufs für das Elektro densystem ausgeschlossen ist. Auf der anderen Seite, verschließt die Verunreinigung des Übergangs den Kreislauf und dann wirkt die ionensensitive Membran als eine intrinsische spürende Membran und zeigt charakteristische Reaktionen. Demzufolge sind die betriebsbedingten Merkmale auf Verunreinigung an dem Übergang der Referenzelektrode, welche die ionensensitive schützende Membran einsetzt, dass die Referenzelektrode als normal oder unnormal diagnostiziert werden kann, d.h. ob der Übergang während der Eichung des Elektrodensystems vor der Überprüfung der Probe verunreinigt ist oder nicht.
Im Gegensatz zu den herkömmlichen Verfahren, bei denen der Übergang nur an einer Seite der Referenzelektrode gebildet ist, ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Positionen der Referenzelektrode als voneinander getrennte Übergänge bereitgestellt sind. Demzufolge kann die Elektrode, obwohl die Referenzelektrode der vorliegenden Erfindung einen verunreinigten Übergang aufweist, mit der anderen Kontaktstelle betrieben werden. Zusätzlich adsorbiert die Referenzelektrode der vorliegenden Erfindung Feuchtigkeit durch zwei oder mehrere Übergänge, so dass die Referenzelektrode gemäß der vorliegenden Erfindung die Aktivierung innerhalb eines kürzeren Zeitraumes als die herkömmliche Referenzelektrode mit nur einem Übergang erzielen kann.
Ein potentiometrisches Bi-Elektrodensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist in den 1 und 2 dargestellt, umfassend eine Arbeitselektrode 30, eine Referenzelektrode 40 und ein Voltmeter 20, um den Potentialunterschied zwischen den zwei Elektroden zu messen.
Im Detail umfasst die Arbeitselektrode 30 ein Substrat 11, eine Metallschicht 12, eine unlösliche Metallsalzschicht 13, einen Isolierfilm 18 und eine ionenselektive Elektrodenmembran 15. Das Substrat 11 besteht aus einem Kunststoff wie Poly(vinylchlorid) oder einer Keramik, wie Aluminiumoxid (Al₂O₃). Ein Metall für die Metallschicht 12 wird aus der Gruppe ausgewählt, bestehend aus Silber (Ag), Platin (Pt), Gold (Au), Kupfer (Cu) und deren Legierungen. Die unlösliche Metallsalzschicht 13 wird chemisch oder physikalisch auf der Metallschicht 12 ausgebildet. Bezüglich des unlöslichen Metallsalzes wird dieses vorzugsweise aus der Silberhalogenidgruppe ausgewählt, bestehend aus Silberchlorid (AgCl), Silberbromid (AgBr) und Silberjodid (Agl); der Isolierfilm 18 wird durch einen dielektrischen Film beispielhaft dargestellt, und dient zur Isolierung der Metall schicht von der in dem Elektrodensystem verwendeten Lösung. Die ionenselektive Elektrodenmembran 15 reagiert mit einem Ion von Interesse.
Die Referenzelektrode 40 umfasst ein Substrat 11, eine Metallschicht 12, eine unlösliche Metallsalzschicht 13 und einen Isolierfilm 18 als die Arbeitselektrode 30, und setzt des Weiteren ein Hydrogel 14 als eine innere Referenzlösung ein. Die vorliegende Erfindung ist jedoch dadurch charakterisiert, dass über allen Bereichen der Referenzeleketrode, mit Ausnahme wenigstens zweier Orte für den Übergang 16 eine ionensensitive schützende Membran 17 ausgebildet ist, welche zur Trennung einer Probenlösung 60 von der inneren Referenzlösung 14 dient, und welche eine Rolle als eine Ionen spürende Membran bei der Verunreinigung des Übergangs spielt. Die Metallschicht 12 und die unlösliche Metallsalzschicht 13 bestehen aus den gleichen Materialien wie die Arbeitselektrode. Das Hydrogel wird hergestellt durch Auflösen einer wasserlöslichen Verbindung gewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyacrylsäure, Methocel^®, Polyvinylalkohol, (Hydroxypropyl)methylcellulose, Polyvinylpyrrolidon, Poly(methylmethacrylat), Agar und Gelatine mit 0,5 – 30 Gew.-% in einer gesättigten Lösung aus KCl, KNO₃ oder NH₄NO₃ in Wasser. Als die ionensensitive, schützende Membran 17, kann eine herkömmliche innenselektive Elektrodenmembran eingesetzt werden, welche beispielhaft durch eine Kaliumionen-, eine Natriumionen-, eine Kalziumionen- und eine Chloridionen-selektive Elektrodenmembran angegeben wird. Silikongummi oder Polyurethan kann auch als Polymerträger für die ionensensitive schützende Membran eingesetzt werden.
Des Weiteren wird die vorliegende Erfindung dadurch gestaltet, dass des Weiteren eine Sammelelektrode eingesetzt wird, für eine genauere selbstdiagnostische Funktion, zusätzlich zu dem obigen Aufbau.
Überragend wie das potentiometrische Bi-Elektrodensystem hinsichtlich der selbstdiagnostischen Funktion, der Aktivierungsdauer, der Potentialstabilität ist, ist es in der vorliegenden Erfindung auf die Bedingung beschränkt, dass die Zuverlässigkeit der Referenzelektrode mit der der Arbeitelektrode verbunden ist. Wenn daher die Arbeitselektrode hinsichtlich der Funktion nicht vollständig perfekt ist, wird die Zuverlässigkeit der Referenzelektrode schlecht. Bei der vorliegenden Erfindung, wird eine Korrekturelektrode, deren Funktion vollständig garantiert wird, zur Verhinderung dieses Problems eingeführt und zur Verbesserung der selbstdiagnostischen Funktion, wodurch die Referenzelektrode unabhängig wird.
Daher, gemäß einer anderen Ausführungsform, wird ein potentiometrisches Drei-Elektrodensystem bereitgestellt, umfassend eine Arbeitselektrode und eine Referenzelektrode, welche mit einer Korrekturelektrode ergänzt ist, wobei die Arbeitselektrode und die Referenzelektrode im Potential als relativ zu der Korrekturelektrode gemessen werden.
In Bezug auf 3, ist ein potentiometrisches Tri-Elektrodensystem dargestellt (Arbeitselektrode, Referenzelektrode und Korrekturelektrode) gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Arbeitselektrode und die Referenzelektrode sind die gleichen wie bei dem potentiometrischen Bi-Elektrodensystem der vorliegenden Erfindung. Die Korrekturelektrode setzt ein unlösliches Metallsalz, wie Silberhalogenide ein, welche eine ausgezeichnete Funktion für die entsprechenden Halogenidionen garantieren. Das heißt, Silberchlorid-, Silberbromid- und Silberjodidelektroden reagieren perfekt mit Chloridionen, Bromidionen und Jodidionen.
Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung kann im Licht der folgenden Beispiele erzielt werden, welche nachfolgen, um die vorliegende Erfindung zu beschreiben jedoch nicht zu beschränken.
Beispiel 1:
Aufbau eines potentiometrischen Elektrodensystems mit selbstdiagnostischer Funktion.
Ein potentiometrisches Di-Elektrodensystem der vorliegenden Erfindung wurde wie folgt ausgebildet.
Polyvinylpyrrolidon wurde mit einer Menge von 6 Gew.-% in einer wässrigen 2M KCl-Lösung aufgelöst, um die innere Referenzlösung herzustellen.
In 1 ml Tetrahydrofuran, wurde Polyurethan mit einer Menge von 33 Gew.-% zusammen mit 1 Gew.-% Valinomycin als kaliumionen-selektives Material aufgelöst und 66 Gew.-% bis (2-Ethylhexyl) Adipinat als ein Weichmacher, um eine ionenselektive schützende Membran zu erzielen.
Eine Kaliumionen-selektive Elektrodenmembran in der Arbeitselektrode wurde als die obige ionensensitive schützende Membran hergestellt, umfassend das Kaliumionenselektive Material.
Die so hergestellte Referenzelektrode wurde bezüglich der elektrochemischen Eigenschaften überprüft, zusammen mit einer herkömmlichen Referenzelektrode.
Beispiel 2:
Betriebsbedingte Merkmale der Abnormalität gemäß der Verunreinigung des Übergangs der Referenzelektrode.
Unter Bezug auf 4 sind die betriebsbedingten Merkmale des potentiometrischen Elektrodensystems der vorliegenden Erfindung an der Referenzelektrode dargestellt, wenn der Übergang nicht verunreinigt ist (a), an der Referenzelektrode wenn der Übergang verunreinigt ist (b) und an der Arbeitselektrode, welche mit einer Kalium-ionenselektiven Elektrodenmembran bereitgestellt ist. Wie in dieser potentiometrischen Kurve dargestellt, hält die Referenzelektrode, wenn der Übergang nicht verunreinigt ist, das Potential unabhängig von der Konzentrationsänderung des Kaliumchlorids. Im Gegensatz dazu führt eine Verunreinigung des Übergangs dazu, dass die Referenzelektrode mit dem Kaliumion gemäß der Konzentrationsänderung des Kaliumchlorids reagiert, und zeigt ein ähnliches Merkmal zu dem Reaktionsvermögen der Arbeitselektrode, welche mit der Kaliumionen-selektiven Elektrodenmembran versehen ist. Daher zeigt das Elektrodensystem, in welches die Referenzelektrode mit solch einer selbstdiagnostischen Funktion eingeführt ist, scheinbar ein unnormales Reaktionsvermögen, wenn eine Abnormalität an dem Übergang der Referenzelektrode auftritt. Daher kann die Referenzelektrode sich selbst anhand der Abnormalität diagnostizieren, wodurch der Verdacht ausgeschlossen wird, dass die gemessenen Werte nicht zuverlässig sind, da die Verunreinigung des Übergangs nicht akkurat bei herkömmlichen Referenzelektroden überprüft werden kann.
Beispiel 3:
Aktivierungsdauer der Referenzelektrode in Bezug auf den Übergang.
Unter Bezugnahme auf 5 werden die Aktivierungszeiten der Referenzelektroden verglichen, im Vergleich wenn ein einzelner Übergang (a) gebildet ist oder wenn ein doppelter Übergang (b) gebildet ist. Wie in der Kurve dargestellt, dauert es ungefähr 165 Sekunden, dass die Elektrode mit einem einzelnen Übergang (a) aktiviert wird, wohingegen die Referenzkontaktstelle mit einem doppelten Übergang nur 75 Sekunden zur Aktivierung benötigt, das heißt zweimal so schnell wie die Aktivierung der Referenzelektrode mit einem relativ kleinen Übergang. Die Aktivierungsdauer wurde bestimmt als der Zeitraum, der notwendig ist, um einen Potentialfluss von 0,2 mV oder weniger je Minute zu erzielen, welcher für klinische Überprüfungen notwendig ist.
Beispiel 4:
Stabilität der Referenelektrode
(1) Stabilität bei klinisch wichtigen Ionenarten in Blut
Unter Bezugnahme auf 6, zeigt diese die Stabilität der Referenzelektrode der vorliegenden Erfindung bei klinisch wichtigen Ionen im Blut: Gegenüber Kaliumion und Chloridion (a); Natriumion und Chloridion (b); und Kalziumion und Chloridion (c). Wie in diesen Kurven dargestellt, behält die Referenzelektrode der vorliegenden Erfindung ein stabiles Potential bei, auch bei Konzentrationen, die einige 10fache so hoch sind wie die normalen klinischen Konzentrationen (Kaliumion: 3,6 – 5,0 mM, Natriumion 135 – 145 mM, Kalziumion: 1,14 – 1,31 mM, Chloridion: 101 – 111 mM) und kann daher die volle Funktion durchführen.
(2) Stabilität gegenüber dem pH-Wert
Unter Bezugnahme auf 7 zeigt die Referenzelektrode einen Potentialanstieg von 0,15 mM/pH über einem pH-Wert von 3 – 12 (klinisch normaler pH-Wert-Bereich 7,35 – 7,45), und bleibt daher fast unverändert bezüglich des Potentials.
(3) Stabilität gegenüber Konzentrationsänderungen gemischter Ionen
In Bezug auf 8 ist eine Potentialändenmg der Referenzelektrode gegen die Konzentrationsänderung der gemischten Ionen über einen Zeitraum dargestellt. Um eine Konzentrationsänderung der gemischten Ionen zu erzielen, wurde ein klinisches Kalibriermittel A (1 mM Kaliumion, 150 mM Natriumion, 1 mM Kalziumion, 120 mM Chloridion, pH-Wert 7,4) verwendet, gefolgt von der Zugabe eines klinischen Kalibriermittels B (10 mM Kaliumion, 50 mM Natriumion, 5 mM Kalziumion, 50 mM Chloridion, pH-Wert 6,8). Wie in der Kurve dargestellt, hielt die Referenzelektrode das Potential konstant gegen die Konzentrationsänderung der gemischten Ionenarten.
Die in den obigen Beispielen erhaltenen Werte zeigen, dass die Referenzelektrode, welche die ionensensitive, schützende Membran der vorliegenden Erfindung einsetzt, bezüglich der Selbstdiagnosefunktion und der Potentialstabilität überragend ist wie auch der Aktivierung innerhalb eines kurzen Zeitraumes.
Wie zuvor beschrieben, stellt die vorliegende Erfindung eine miniaturisierte Festkörper-Referenzelektrode zur Verfügung, die eine ionenselektive Membran einschließt, enthaltend ein ionenstörendes Material als eine schützende Membran für die innere Referenzlösung, um selbst eine betriebsbedingte Abnormalität, wie die Verunreinigung des Übergangs zu diagnostizieren, wie auch der Einsatz eines doppelten Übergangs, um so die eigene vollständige Funktion durchzuführen, auch wenn ein Übergang verunreinigt ist, aufgrund des anderen Übergangs. Zusätzlich zeigt die Festkörper-Referenzelektrode den Vorteil, eine Aktivierung innerhalb eines kurzen Zeitraumes zu erzielen, da sie in der Lage ist, Feuchtigkeit aus den Proben durch die offenen zwei Übergänge zu absorbieren.
Die vorliegende Erfindung wurde auf illustrierende Weise beschrieben und es sollte verstanden werden, dass die hier verwendete Terminologie nur zur Beschreibung dienen soll nicht zur Beschränkung. Viele Veränderungen und Modifikationen der vorliegenden Erfindung sind im Hinblick auf die obigen Lehren möglich. Daher sollte verstanden werden, dass innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche die Erfindung auf andere Weise durchgeführt werden kann, wie hier spezifisch beschrieben.

Claims

Referenzelektrode (40) für ein potentiometrisches Elektrodensystem, umfassend: ein Substat (11); eine Metallschicht (12); eine unlösliche Metallsalzschicht (13); ein Isolierfilm (18), um die Metallschicht (12) vor einer wässrigen Probelösung (60) zu isolieren; ein Hydrogel, welches als eine innere Referenzlösung (14) dient; und eine ionenempfindliche, schützende Membran (17), welche über alle Bereiche des Hydrogels ausgebildet ist, mit Ausnahme von zwei oder mehrern Übergängen (junction) (16), wobei die Übergänge (16) Fenster sind an denen das Hydrogel die Probelösung (60) kontaktiert, wobei die ionenempfindliche, schützende Membran (17) die innere Referenzlösung (14) von der Probelösung (60) trennt und als eine Ionen spürende Membran bei einer Verunreinigung der Kontaktstellen (16) dient.
Referenzelektrode (40) nach Anspruch 1, wobei das Substrat (11) aus Kunststoff oder Keramik hergestellt ist, die Metallschicht (12) aus einem reinen Metall oder einer Legierung, die unlösliche Metallsalzschicht (13) aus einem Silberhalogenid, der Isolierfilm (18) aus einem anorganischen oder einem organischen Polymer, das Hydrogel aus einem wässrigen Polymer gesättigt mit einem Salz und die ionenempfindliche, schützende Membran (17) aus einer herkömmlichen ionenselektiven Elektrodenmembran.
Referenzelektrode (40) nach Anspruch 2, wobei das Substrat (11) aus Poly(vinylchlorid) oder Aluminiumoxid (Al₂O₃) hergestellt ist; die Metallschicht (12) aus einem Metall besteht, gewählt aus der Gruppe bestehend aus Silber (Ag), Platin (Pt), Gold (Au), Kupfer (Cu) und deren Legierungen; die unlösliche Metallsalzschicht (13) aus einem Silberhalogenid hergestellt ist, gewählt aus der Gruppe bestehend aus Silberchlorid (AgCl), Silberbromid (AgBr) und Silberjodid (AgI); der Isolierfilm (18) ein keramischer Film, ein dielektrischer Film oder ein fotoempfindlicher Film ist; das Hydrogel hergestellt ist, indem eine wasserlösliche Verbindung aufgelöst wird, gewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyacrylsäure, Methocel^®, Po lyvinylalkohol, (Hydroxypropyl)methylzellulose, Polyvinylpyrrolidon, Poly(methylmetacrylat), Agar und Gelantine, mit 0,5 bis 30 Gewichts-% in einer verdickten Lösung aus KCl, KNO₃ der NH₄NO₃ Wasser; und wobei die ionenempfindliche, schützende Membran (17) aus der Gruppe gewählt ist, bestehend aus einer Kaliumionen, einer Natriumionen, einer Kaliziumionen und einer Chloridionen selektiven Elektrodenmembran.
Referenzelektrode (40) nach Anspruch 3, wobei die ionenempfindliche, schützende Membran (17) einen Polymerträger aufweist, gewählt aus Poly(vinylchlorid), Silikongummi oder Polyurethan.
Referenzelektrode (40) nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend eine Korrekturelektrode (50) für eine genauere Selbstdiagnosefunktion.
Referenzelektrode (40) nach Anspruch 5, wobei die Korrekturelektrode (50) eine Metallschicht (12); eine unlösliche Metallsalzschicht (13); und einen Isolierfilm (18), um die Metallschicht (12) von der wässrigen Probelösung (60) zu isolieren, umfasst.
Referenzelektrode (40) nach Anspruch 6, wobei das Substrat (11) aus Kunststoff oder Keramik hergestellt ist, die Metallschicht (12) aus einem reinen Metall oder einer Legierung, die unlösliche Metallsalzschicht (13) aus einem Silberhalogenid und der Isolationsfilm (18) aus einem anorganischen oder organischen Polymer.
Referenzelektrode (40) nach Anspruch 7, wobei das Substrat (11) aus Poly(vinylchlorid) oder Aluminiumoxid (Al₂O₃) hergestellt ist; die Metallschicht (12) aus einem Metall hergestellt ist, gewählt aus der Gruppe bestehend aus Silber (Ag), Platin (Pt), Gold (Au), Kupfer (Cu) und deren Legierungen; die unlösliche Metallsalzschicht (13) aus einem Silberhalogenid hergestellt ist, gewählt aus der Gruppe bestehend aus Silberchlorid (AgCl), Silberbromid (AgBr) und Silberjodid (AgI); und der Isolierfilm (18) ein keramischer Film, ein dielektrischer Film oder ein fotoempfindlicher Film ist.