JP2859458B2 - イオンセンサ - Google Patents
イオンセンサInfo
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- JP2859458B2 JP2859458B2 JP3080616A JP8061691A JP2859458B2 JP 2859458 B2 JP2859458 B2 JP 2859458B2 JP 3080616 A JP3080616 A JP 3080616A JP 8061691 A JP8061691 A JP 8061691A JP 2859458 B2 JP2859458 B2 JP 2859458B2
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- ion
- internal
- electrode
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- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は医療計測（臨床検査）、
水質検査、食品工業や化学工業におけるプロセス管理な
どに利用され、特に使い捨て用途に適したイオンセンサ
に関する。
水質検査、食品工業や化学工業におけるプロセス管理な
どに利用され、特に使い捨て用途に適したイオンセンサ
に関する。
【０００２】
【従来の技術】イオンセンサを構成するイオン選択電極
や参照電極としては、電解質溶液を内部に封入した内部
液構造のものが用いられている。この内部液構造のもの
は、精度はすぐれているが、保守・管理が必要であると
共に小型化が困難である。その点を改善するため、内部
液をゲル化等により固化したり、内部液を用いないよう
にする試みとして次の報告がある。特開昭 ６３−７５
５５１、同６３−２６５６６、同６２−２１８８５０、
同６２−４７５４６など。
や参照電極としては、電解質溶液を内部に封入した内部
液構造のものが用いられている。この内部液構造のもの
は、精度はすぐれているが、保守・管理が必要であると
共に小型化が困難である。その点を改善するため、内部
液をゲル化等により固化したり、内部液を用いないよう
にする試みとして次の報告がある。特開昭 ６３−７５
５５１、同６３−２６５６６、同６２−２１８８５０、
同６２−４７５４６など。
【０００３】
【従来技術の問題点】しかし、ゲル化剤や吸水性樹脂を
用いて内部液をゲル化したもの（特開昭６３−２６５６
６、同６２−２１８８５０、同６２−４７５４６）は、
内部液性状を完全に維持するのは難しく、長期間にわた
る保存においては、測定精度が劣化する。一方、完全に
固体状の電極（特開昭６３−７５５５１）では、測定精
度やその出力電位の安定性（再現性、個体差等）の点で
従来の内部液を用いるものよりは性能が劣る。
用いて内部液をゲル化したもの（特開昭６３−２６５６
６、同６２−２１８８５０、同６２−４７５４６）は、
内部液性状を完全に維持するのは難しく、長期間にわた
る保存においては、測定精度が劣化する。一方、完全に
固体状の電極（特開昭６３−７５５５１）では、測定精
度やその出力電位の安定性（再現性、個体差等）の点で
従来の内部液を用いるものよりは性能が劣る。
【０００４】イオンセンサの用途のひとつとして、血液
や尿中の電解質成分の分析があるが、この場合、センサ
の使い捨て使用が衛生上望ましく、また高い精度と保存
安定性が要求されている。しかし、従来技術において
は、満足すべきセンサが得られていない。
や尿中の電解質成分の分析があるが、この場合、センサ
の使い捨て使用が衛生上望ましく、また高い精度と保存
安定性が要求されている。しかし、従来技術において
は、満足すべきセンサが得られていない。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】本発明のイオンセンサ
は、両端に注入口及び排出口を有する２つの内部液用流
路が並設され一体化された支持管と、一方の前記内部液
用流路に臨む壁の一部に互いに離間されて設けられたイ
オン感応膜及び第１の内部極と、他方の前記内部液用流
路に臨む壁の一部に互いに離間されて設けられた液絡部
及び第２の内部極と、を有し、前記イオン感応膜及び前
記液絡部が前記支持管の外表面にも露出している。
は、両端に注入口及び排出口を有する２つの内部液用流
路が並設され一体化された支持管と、一方の前記内部液
用流路に臨む壁の一部に互いに離間されて設けられたイ
オン感応膜及び第１の内部極と、他方の前記内部液用流
路に臨む壁の一部に互いに離間されて設けられた液絡部
及び第２の内部極と、を有し、前記イオン感応膜及び前
記液絡部が前記支持管の外表面にも露出している。
【０００６】
【作用】不使用時においては、前記空間には内部液が存
在しておらず、この状態で保存することにより、感応膜
及び内部極についての経時劣化を気にしなくて済む。即
ち、従来のように不使用時においてもイオン感応膜と内
部液とが接触している場合、感応膜成分が内部液中に溶
出したり、感応膜のイオンと内部液のイオンとがイオン
交換して感応膜の組成が変化して、イオン感応性、従っ
て出力信号に変動をきたす。特に、イオン感応膜が固体
電解質からなるイオン選択電極にあってはその感応膜
（固体電解質）の劣化が大きい。又、内部極と内部液と
が接触している場合、通常の内部極であるＡｇ／ＡｇＣ
ｌ電極を例にとれば、ＡｇＣｌが内部液中に溶出してや
はり出力信号に変動をきたす。しかし、本発明にあって
は、長期間にわたる保存においても、こうしたイオン感
応膜及び内部極の変化が起こらず、その精度を高く維持
できる。
在しておらず、この状態で保存することにより、感応膜
及び内部極についての経時劣化を気にしなくて済む。即
ち、従来のように不使用時においてもイオン感応膜と内
部液とが接触している場合、感応膜成分が内部液中に溶
出したり、感応膜のイオンと内部液のイオンとがイオン
交換して感応膜の組成が変化して、イオン感応性、従っ
て出力信号に変動をきたす。特に、イオン感応膜が固体
電解質からなるイオン選択電極にあってはその感応膜
（固体電解質）の劣化が大きい。又、内部極と内部液と
が接触している場合、通常の内部極であるＡｇ／ＡｇＣ
ｌ電極を例にとれば、ＡｇＣｌが内部液中に溶出してや
はり出力信号に変動をきたす。しかし、本発明にあって
は、長期間にわたる保存においても、こうしたイオン感
応膜及び内部極の変化が起こらず、その精度を高く維持
できる。
【０００７】そして使用時には、前記空間に内部液を注
入することによってイオン感応膜と内部極との間（参照
電極の場合は液絡部と内部極との間）に内部液を介在さ
せる。そして測定試料液をイオン選択電極のイオン感応
膜及び参照電極の液絡部に滴下等して測定を行なう。
入することによってイオン感応膜と内部極との間（参照
電極の場合は液絡部と内部極との間）に内部液を介在さ
せる。そして測定試料液をイオン選択電極のイオン感応
膜及び参照電極の液絡部に滴下等して測定を行なう。
【０００８】
【実施例】図１〜３に示す様に、２つの流路（１）、
（２）を持つアルミナ製絶縁支持管（３）の各々の流路
に臨ませて第１、第２の内部極としての銀／塩化銀電極
（４）、（５）を形成し、この電極（４）、（５）に接
しない様に対向させてイオン感応膜としてのナシコンセ
ラミック（６）と液絡部としての多孔質アルミナセラミ
ック（７）を設けた。イオン感応膜（６）と液絡部
（７）は絶縁支持管（３）の外表面にも露出させ、イオ
ン感応膜（６）上に試料液を滴下した時に液絡部（７）
上にも試料液が接する様にした。また、流路（１）、
（２）のそれそれの出入口にシリコーンチューブ（８）
を接続し、使用時に注入される内部電解質溶液（内部
液）の保持と短絡防止を図った。
（２）を持つアルミナ製絶縁支持管（３）の各々の流路
に臨ませて第１、第２の内部極としての銀／塩化銀電極
（４）、（５）を形成し、この電極（４）、（５）に接
しない様に対向させてイオン感応膜としてのナシコンセ
ラミック（６）と液絡部としての多孔質アルミナセラミ
ック（７）を設けた。イオン感応膜（６）と液絡部
（７）は絶縁支持管（３）の外表面にも露出させ、イオ
ン感応膜（６）上に試料液を滴下した時に液絡部（７）
上にも試料液が接する様にした。また、流路（１）、
（２）のそれそれの出入口にシリコーンチューブ（８）
を接続し、使用時に注入される内部電解質溶液（内部
液）の保持と短絡防止を図った。
【０００９】２つの銀／塩化銀電極（４）、（５）の端
子（４１）、（５１）にエレクトロメータ（９）を接続
し、シリコーンチューブ（８）より内部液として飽和Ａ
ｇＣ１−１Ｍ−ＫＣｌ溶液を注入し、更に、支持管外表
面のイオン感応膜（６）上に測定試料液（１０）とし
て、所定濃度のＮａＣｌ溶液を滴下し、エレクトロメー
タにて２つの電極間の電位差を測定した。各種濃度のＮ
ａＣｌ溶液に対して得られた応答は、ネルンストの式に
従うものであった（図４）。応答時間（電位が安定する
までの時間）も滴下後約３０〜６０秒と短かった。ま
た、１００ｍＭのＮａＣｌ溶液について１０個の上記実
施例センサを用いて出力電位を調べた。尚、比較例の電
極として、全固体型のナトリウムイオン選択電極（イオ
ン感応膜がナシコンセラミック、内部極がカーボン樹
脂）及び市販の参照電極を組み合わせたものを用い、両
電極を試料液に浸漬することにより、同様に１０個の比
較例センサについても出力電位を調べた。その結果、本
実施例センサについては、個々のセンサ間の出力電位の
ばらつき（変動係数ＣＶ）も０．３％以内であり、比較
例センサ間のばらつき（約６％）に比べて格段に優れて
いた（表１）。
子（４１）、（５１）にエレクトロメータ（９）を接続
し、シリコーンチューブ（８）より内部液として飽和Ａ
ｇＣ１−１Ｍ−ＫＣｌ溶液を注入し、更に、支持管外表
面のイオン感応膜（６）上に測定試料液（１０）とし
て、所定濃度のＮａＣｌ溶液を滴下し、エレクトロメー
タにて２つの電極間の電位差を測定した。各種濃度のＮ
ａＣｌ溶液に対して得られた応答は、ネルンストの式に
従うものであった（図４）。応答時間（電位が安定する
までの時間）も滴下後約３０〜６０秒と短かった。ま
た、１００ｍＭのＮａＣｌ溶液について１０個の上記実
施例センサを用いて出力電位を調べた。尚、比較例の電
極として、全固体型のナトリウムイオン選択電極（イオ
ン感応膜がナシコンセラミック、内部極がカーボン樹
脂）及び市販の参照電極を組み合わせたものを用い、両
電極を試料液に浸漬することにより、同様に１０個の比
較例センサについても出力電位を調べた。その結果、本
実施例センサについては、個々のセンサ間の出力電位の
ばらつき（変動係数ＣＶ）も０．３％以内であり、比較
例センサ間のばらつき（約６％）に比べて格段に優れて
いた（表１）。
【表１】
【００１０】又、流路の出入口に備えられる接続管
（８）を電極端子（４１）、（５１）と同一方向に配置
させると共に、エレクトロメータ（９）と内部液注入機
構を一体化させることにより、測定時において、接続管
（８）と内部液注入機構との接続及び電極端子（４
１）、（５１）とエレクトロメータ（９）との接続をワ
ンタッチで行うこともできる。これによって、イオンセ
ンサがコンパクト化されると共に、測定操作がより簡便
となる。
（８）を電極端子（４１）、（５１）と同一方向に配置
させると共に、エレクトロメータ（９）と内部液注入機
構を一体化させることにより、測定時において、接続管
（８）と内部液注入機構との接続及び電極端子（４
１）、（５１）とエレクトロメータ（９）との接続をワ
ンタッチで行うこともできる。これによって、イオンセ
ンサがコンパクト化されると共に、測定操作がより簡便
となる。
【００１１】内部液は流路（１）、（２）及び接続管
（８）を介して循環して使用できる。この場合、使用後
においてその循環経路を洗浄することにより、繰返し使
用することもできる。又、接続管（８）を流路（１）、
（２）の入口側にだけ備え、流路（１）、（２）内へ注
入するだけの構成（流出経路を有さないもの）としても
よい。使い捨て用途の場合に適する。
（８）を介して循環して使用できる。この場合、使用後
においてその循環経路を洗浄することにより、繰返し使
用することもできる。又、接続管（８）を流路（１）、
（２）の入口側にだけ備え、流路（１）、（２）内へ注
入するだけの構成（流出経路を有さないもの）としても
よい。使い捨て用途の場合に適する。
【００１２】絶縁支持管（３）はセラミックの他、樹脂
（テフロン、ＡＢＳ樹脂又はシリコーン樹脂など）など
を用いても良い。イオン感応膜（６）はベータ・アルミ
ナや、イオン伝導性ガラスなどを用いても良い。液絡部
（７）は多孔質セラミックに限ることなく、内部液と測
定液とをつなぐ働きを持ち特に液に不溶性のものであれ
ば良く、ピンホールを有するプラスチック膜などでもよ
い。また、内部液は特に限定されず、例えば解離度が高
く安定な飽和ＫＣｌ溶液など既知のものが使用可能であ
る。流路（１）、（２）内に液浸透材例えば綿状パルプ
を存在させることにより、内部液を流路においてムラな
く均質に浸透させて、イオン感応膜（６）、液絡部
（７）及び銀／塩化銀電極（４）、（５）を接触させる
ようにしてもよい。
（テフロン、ＡＢＳ樹脂又はシリコーン樹脂など）など
を用いても良い。イオン感応膜（６）はベータ・アルミ
ナや、イオン伝導性ガラスなどを用いても良い。液絡部
（７）は多孔質セラミックに限ることなく、内部液と測
定液とをつなぐ働きを持ち特に液に不溶性のものであれ
ば良く、ピンホールを有するプラスチック膜などでもよ
い。また、内部液は特に限定されず、例えば解離度が高
く安定な飽和ＫＣｌ溶液など既知のものが使用可能であ
る。流路（１）、（２）内に液浸透材例えば綿状パルプ
を存在させることにより、内部液を流路においてムラな
く均質に浸透させて、イオン感応膜（６）、液絡部
（７）及び銀／塩化銀電極（４）、（５）を接触させる
ようにしてもよい。
【００１３】絶縁支持管（３）の製作は例えば、アルミ
ナを主成分とするグリーンシートを多数枚用意し、所定
形状に切断しまたは打ち抜いた後、積層圧着し、焼成す
ることにより行う。アルミナを主成分とする顆粒を加圧
成形し、ドリル等で穿設加工した後、焼成しても良い。
又、銀／塩化銀電極（４）、（５）の形成は、例えば、
焼成前の絶縁支持管（３）にＷ、Ｍｏなどのメタライズ
ペーストを印刷し、焼成後にその上にＡｇを印刷、焼き
付けしまたはメッキし、ついでＡｇ表面に塩酸を接触さ
せた状態で電流を流し、Ａｇ表面にＡｇＣｌを析出させ
ることにより行う。絶縁支持管（３）の材質が結晶化ガ
ラス等の低温焼結セラミックスの場合、焼成前にＡｇペ
ーストを直接印刷し、同時焼成しても良い。また、支持
管（３）の材質が樹脂の場合、Ａｇ板の外周にその一部
を露出させて、支持管（３）をモールド成形し、その後
Ａｇ板の露出表面にＡｇＣｌを析出させることができ
る。
ナを主成分とするグリーンシートを多数枚用意し、所定
形状に切断しまたは打ち抜いた後、積層圧着し、焼成す
ることにより行う。アルミナを主成分とする顆粒を加圧
成形し、ドリル等で穿設加工した後、焼成しても良い。
又、銀／塩化銀電極（４）、（５）の形成は、例えば、
焼成前の絶縁支持管（３）にＷ、Ｍｏなどのメタライズ
ペーストを印刷し、焼成後にその上にＡｇを印刷、焼き
付けしまたはメッキし、ついでＡｇ表面に塩酸を接触さ
せた状態で電流を流し、Ａｇ表面にＡｇＣｌを析出させ
ることにより行う。絶縁支持管（３）の材質が結晶化ガ
ラス等の低温焼結セラミックスの場合、焼成前にＡｇペ
ーストを直接印刷し、同時焼成しても良い。また、支持
管（３）の材質が樹脂の場合、Ａｇ板の外周にその一部
を露出させて、支持管（３）をモールド成形し、その後
Ａｇ板の露出表面にＡｇＣｌを析出させることができ
る。
【００１４】本発明のイオンセンサは、イオン選択電極
と参照電極のための構成が最も効果的に一体化されてい
る。本発明のイオンセンサは、Ｎａイオンの他、各種イ
オンの活量測定に広く適用可能である。
と参照電極のための構成が最も効果的に一体化されてい
る。本発明のイオンセンサは、Ｎａイオンの他、各種イ
オンの活量測定に広く適用可能である。
【００１５】
【発明の効果】内部液は測定時に注入すればよいので、
各電極構成部材（内部液、イオン感応膜、内部極など）
の状態を初期と同じままに維持でき、内部液をそのまま
使用するにも拘らず、メンテナンスフリーで高精度測定
が可能となる。即ち、従来の内部液（ゲル化したもの等
も含む）を用いたセンサでは、通例半年から一年もする
と内部液等に経時変化をきたし、測定精度を低下するこ
ととなるが、本発明のセンサによれば、非使用時には内
部液が注入されておらず、その内部液と各電極構成部材
との接触に基づく経時変化（劣化）がそもそも問題とな
らないので、その経時変化を気にすることなく、使用時
において初期状態と同様に高精度の測定が可能である。
内部液に溶出し易い固体電解質を感応膜として用いるイ
オン選択電極の場合は、特に、感応膜（固体電解質）の
劣化を抑える効果が大きい。もっとも、いったん使用し
た場合、僅かなりとも、従来技術と同様な問題を生ずる
おそれがある。従って、使用時において常に高い精度の
測定が要求される一方使い捨てが好ましい用途、例えば
血液や尿などを分析する医療計測に極めて有効である。
各電極構成部材（内部液、イオン感応膜、内部極など）
の状態を初期と同じままに維持でき、内部液をそのまま
使用するにも拘らず、メンテナンスフリーで高精度測定
が可能となる。即ち、従来の内部液（ゲル化したもの等
も含む）を用いたセンサでは、通例半年から一年もする
と内部液等に経時変化をきたし、測定精度を低下するこ
ととなるが、本発明のセンサによれば、非使用時には内
部液が注入されておらず、その内部液と各電極構成部材
との接触に基づく経時変化（劣化）がそもそも問題とな
らないので、その経時変化を気にすることなく、使用時
において初期状態と同様に高精度の測定が可能である。
内部液に溶出し易い固体電解質を感応膜として用いるイ
オン選択電極の場合は、特に、感応膜（固体電解質）の
劣化を抑える効果が大きい。もっとも、いったん使用し
た場合、僅かなりとも、従来技術と同様な問題を生ずる
おそれがある。従って、使用時において常に高い精度の
測定が要求される一方使い捨てが好ましい用途、例えば
血液や尿などを分析する医療計測に極めて有効である。
【００１６】また、本発明のイオンセンサは、特に、各
電極構成部材の経時変化を気にしなくて済むので、メン
テナンスが不要となり測定精度を高水準に維持しつつ極
めて小型化できる。従って微量測定液についてイオン活
量を測定する場合に有効である。
電極構成部材の経時変化を気にしなくて済むので、メン
テナンスが不要となり測定精度を高水準に維持しつつ極
めて小型化できる。従って微量測定液についてイオン活
量を測定する場合に有効である。
【図１】実施例のイオンセンサ（イオン選択電極及び参
照電極からなる）を示す平面図、
照電極からなる）を示す平面図、
【図２】実施例のイオンセンサを示す断面図
【図３】実施例のイオンセンサの使用状態（測定時の状
態）を示す側面図
態）を示す側面図
【図４】実施例のイオン選択電極及び参照電極からなる
イオンセンサを用いた測定試験において、Ｎａイオン濃
度に基づく電位変化を示すグラフ
イオンセンサを用いた測定試験において、Ｎａイオン濃
度に基づく電位変化を示すグラフ
１、２ 流路（空間） ４、５ 銀／塩化銀電極（内部極） ６ ナシコンセラミック（イオン感応膜） ７ 多孔質アルミナセラミック（液絡部）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−24852（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−24853（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−183655（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−187764（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 27/30 G01N 27/30 311 G01N 27/403 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (2)
- 【請求項１】両端に注入口及び排出口を有する２つの内
部液用流路が並設され一体化された支持管と、一方の前
記内部液用流路に臨む壁の一部に互いに離間されて設け
られたイオン感応膜及び第１の内部極と、他方の前記内
部液用流路に臨む壁の一部に互いに離間されて設けられ
た液絡部及び第２の内部極と、を有し、前記イオン感応
膜及び前記液絡部が前記支持管の外表面にも露出してい
ることを特徴とするイオンセンサ。 - 【請求項２】前記イオン感応膜が固体電解質からなるこ
とを特徴とする請求項１記載のイオンセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3080616A JP2859458B2 (ja) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | イオンセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3080616A JP2859458B2 (ja) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | イオンセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06194333A JPH06194333A (ja) | 1994-07-15 |
| JP2859458B2 true JP2859458B2 (ja) | 1999-02-17 |
Family
ID=13723277
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3080616A Expired - Fee Related JP2859458B2 (ja) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | イオンセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2859458B2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9658178B2 (en) | 2012-09-28 | 2017-05-23 | General Electric Company | Sensor systems for measuring an interface level in a multi-phase fluid composition |
| US9536122B2 (en) | 2014-11-04 | 2017-01-03 | General Electric Company | Disposable multivariable sensing devices having radio frequency based sensors |
| US9589686B2 (en) * | 2006-11-16 | 2017-03-07 | General Electric Company | Apparatus for detecting contaminants in a liquid and a system for use thereof |
| US10914698B2 (en) | 2006-11-16 | 2021-02-09 | General Electric Company | Sensing method and system |
| US9538657B2 (en) | 2012-06-29 | 2017-01-03 | General Electric Company | Resonant sensor and an associated sensing method |
| US7691329B2 (en) * | 2006-11-16 | 2010-04-06 | General Electric Company | Methods for detecting contaminants in a liquid |
| US8542023B2 (en) | 2010-11-09 | 2013-09-24 | General Electric Company | Highly selective chemical and biological sensors |
| US10598650B2 (en) | 2012-08-22 | 2020-03-24 | General Electric Company | System and method for measuring an operative condition of a machine |
| WO2014031749A1 (en) | 2012-08-22 | 2014-02-27 | General Electric Company | Wireless system and method for measuring an operative condition of a machine |
| US10684268B2 (en) | 2012-09-28 | 2020-06-16 | Bl Technologies, Inc. | Sensor systems for measuring an interface level in a multi-phase fluid composition |
| CN113588759B (zh) * | 2021-07-12 | 2024-01-23 | 成都云芯医联科技有限公司 | 一种虹吸式离子选择电极电解质检测试纸 |
-
1991
- 1991-03-20 JP JP3080616A patent/JP2859458B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06194333A (ja) | 1994-07-15 |
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