JPH02170041A - 水性試料の化学的パラメータの検出のための測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、試料と電解質媒体との間に配設された少なく
とも１つの対称性イオン感応膜を備えた水性試料の化学
的パラメータの検出のための測定装置であって、試料と
電解質媒体が、同一に構成されるとともに評価ユニット
に接続された参照電極に接触されるものに関する。

〔従来の技術〕

従来のイオン感応膜の作用が第１図に簡単化されて示さ
れている。イオン感応膜Ｍは小さな開放したサークルと
して図示されている数個の配位分子を含む。この図示は
、この配位分子が十−記号を付けた小さなサークルとし
て図示されているイオンを作る、つまり模式的に示され
ているように鋏状に包み込まれる状態にあるという事実
に関連している。より良くそしてより正確に配位分子が
イオンを包み込むほどその膜はこの該当イオンに対して
特別なもので選択性のあるものとなる。この種の配位分
子は特に膜と電解溶液との境界にも存在する。そのイオ
ン、つまり測定されるべき粒子は電解溶液の中で水分子
によって取り囲まれ、膜から一般にイオン直径の２・３
倍の距離を隔てて位置している。

この位置から個々のイオンがその熱エネルギーにより大
きな運動能力を得て、このイオンは自分を取り囲んでい
る水のベールから出て大変小さな路程をとって膜に侵入
し、そこで適当な配位分子を見いだす。イオンが配位分
子へ広まるとイオンはこの正確に確定された位置を占め
、このことによって膜内で安定化され、事情によっては
膜内にさらに送られていく。

一般には、イオン感応センサの場合膜の両側が流体と接
触する。従来の電極の内側を向いた方の腹側面はイオン
溶液と接触し、その外側の方は試料と接触する。膜の両
側でこの種のイオン交換が行なわれ、膜の両側にイオン
の電気的チャージが安定して保持される。このことによ
って膜の両側の間に電気的ポテンシャル差が生じ、これ
は公知の方法によって測定可能である。

従来の膜は、製造的制限から被覆厚さ、配位分子の位置
決め、その膜内の移動性に関して両側で異なった特性を
有する。このことによってこの膜の場合、膜の両側が同
じ電解質媒体と接触していても、膜の両側間に電気的ポ
テンシャルの相違が生じる。この現象は膜の非対称性と
呼ばれている。同じ電解溶液が接触している場合は膜の
両側にポテンシャル差が出ないもの、つまり対称性膜が
理想的である。

近年、対称性膜ないしはその製造方法が公表されている
。この対称性膜の重要な利点は、同じイオン濃度の、つ
まり同じイオン活性度の流体が接している場合、膜の両
側で電気的ポテンシャルの差が生じないので、較正する
必要がないことである。例えば、膜の一方の側に標準液
を接触させ、他方の側に試料を接触させて膜両側のつま
り両流体の電気的ポテンシャルを完全に同一な参照電極
で測定し、ポテンシャル差が零であったなら、その試料
は膜の他端側に存在する標準液と正確に同じイオン値を
備えていることになる。電気的ポテンシャルの変化がイ
オン濃度の大変正確な関数であるので、膜両側間の任意
に測定されたポテンシャル差からその流体のイオン濃度
差を算定することができる。いずれにしても、用いられ
た両参照電極が完全に同一でありかつ互いに電圧差を有
しないことが前提となる。

この種の対称性イオン感応膜を用いた冒頭部に記載され
た公知の測定装置は第２図から理解される。２つの参照
電極Ｒ１、Ｒ２が膜Ｍの両側を調べることができるよう
に構成することが必要である。この２つの参照電極は、
起こりえるポテンシャル差を調べるためにまずお互いを
測定することができる。それから対称性膜Ｍを架橋電解
液を介して２つの参照電極の１つＲ１と接触させ、有効
膜面を拡大するために吸い込み能力のある裏張り、例え
ばフィルタ紙Ｆが用いられ、試料Ｐを膜の他方の側に位
置させ、それから膜に第２の参照電極Ｒ２を接触させる
。このような方法で試料のイオン濃度の価である膜両側
のポテンシャル差が測定される。その際膜Ｍの選択する
特定のイオン種だけの濃度が測定される。この公知の測
定装置の欠点は実験室における連続的測定には適してい
ないことと、試料による測定装置の汚染を避けることが
できないことである。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の課題は、対称性のイオン感応膜の優れた特性を
利用しながらも測定装置や測定者に汚染が及ぼされない
実用的でユーザフレンドリ−な測定装置を提供すること
である。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、本発明によれば、測定装置に差し込まれる
測定素子が備えられ、この測定素子孔を介して参照室に
接続されている試料室を設けており、かつ対称性イオン
感応膜によって試料室から分離された少なくとも１つの
測定室が設けらており、参照室と測定室が電解質媒体を
収容しており、その電解質媒体の中へ測定装置に設けら
れた参照電極が沈み込むことで解決される。

〔作　用〕

同時に異なるイオンを検出するために複数の測定室を備
えている本発明による測定装置の測定素子は簡単に測定
装置の投入口に差し込まれ、その後間−に構成された参
照電極が電解質媒体で満たされた参照室と測定室に沈め
られ、参照電極に生じている電圧差からそれぞれのイオ
ン濃度が定められる。

〔効　果〕

測定素子の簡単な構成により、この測定素子は安く大量
に製造することができ、使用後試料とともに廃棄される
使い捨て測定素子としても適している。測定装置での参
照電極とのドツキングは差し込み過程において、あるい
は測定素子の収納後に行なわれる測定素子と電極との間
の相対移動によって行なわれる。電極と試料が直接に接
触せず、各室の電解質媒体中にのみ沈み込むので、測定
装置の内部部材の汚染は回避され、個々の測定過程の間
での洗浄は必要ない。

〔その他の特徴〕

全ての測定・参照室に同じ電解質媒体を備えさせること
はもちろん可能であるが、本発明による別な態様では、
測定室が標準媒体を含み、参照室が参照電解液、好まし
くはＫＣＩを含んでいるものがある。標準媒体、好まし
くは水性標準液は測定されるべきイオンを試料の予想さ
れる濃度だけ含ませることができ、このことにより非常
に正確な測定が可能となる。参照電解液としては、好ま
しくは電極電解液が用いられ本発明のさらに別な態様で
は、測定室の１つに沈み込んでいる各参照電極が標準媒
体用貯蔵容器に接続され、前記参照室に沈み込んでいる
参照電極が参照電解液用貯蔵容器に接続され、かつ前記
参照電極が参照電解液ないしは標準媒体を参照室ないし
は測定室に送るために供給管路を備え付けている。この
実施変形例では、測定のわずか前に測定素子の測定室に
少量の標準液をそして参照室に少量の参照電解液を満た
し、その中に測定のために参照電極を沈める。測定毛細
管を有する参照電極の使用の場合これを通ってそれぞれ
の電解質媒体が参照・測定室に送り込まれる。固体電極
、例えばパイプ状に形成されるとともに標準媒体ないし
は参照電解液の取り込みに適している金属／金属塩化物
電極を用いることも可能である。

本発明による測定装置の相応な簡単化は、測定素子がそ
の参照室や測定室内に電解質を含むゲルを備え、そのゲ
ル内乙こ測定装置に配設された固体参照電極、好ましく
は金属／金属塩化物電極を沈み込ませ、参照室や測定室
を固体参照電極によって差し込まれる箔で覆うことによ
って達成される。この実施変形例では、電解質を含むゲ
ルがすでに測定準備された好ましくは個々に包装された
測定素子が用意されるので、電解質媒体のための貯蔵容
器もポンプ手段も必要ない。試料が試料空間に注入され
た後測定素子が測定装置に入れられ、固体電極の被覆箔
を突き破り測定が行なわれる。

測定素子に関しては、種々の実施変形例が考えられる。

第１の変形例として、測定素子が毛細管として形成され
た試料空間を備え、この試料空間が列状に配置されてい
る参照室や測定室と接続されており、毛細管の一端部に
は収容室がそして他端部には試料用排出室が設けられて
いるものがある。収容室に送り込まれた試料は毛細管作
用によって参照・測定室の下側を流れていき、再び排出
室に流れ出る。その際、試料は列状に個々の測定室の床
面に配設された対称性のイオン感応膜と接触する。

測定装置の操作性は、本発明によれば、測定素子がグリ
ップ部及び各室を閉鎖する蓋を備えることによって改善
される。測定素子は開放状態で装置内へ挿入され、測定
の後装置の放出運動を通じて、ないしは採取過程におい
て自動敵に閉鎖され、汚染問題も難な（解決することが
できる。

本発明によるさらに別な実施変形例では、測定装置が使
い捨てピストン注射手段として形成され、そのピストン
室が試料空間として機能し、かつ前記参照室や測定室が
ピストン壁に組み込まれるとともにピストン室と接続し
ている。この形態では、例えば血液試料採取のための試
料採取装置は、測定素子と兼用されており、針を抜いた
後ずぐに測定装置に挿入される。

好ましくは、ピストン注射手段が係止手段を備え、この
係止手段が試料収容の後ピストン注射手段のピストンの
前進運動を阻止することにより、試料液の流出が防止さ
れる。最後に、本発明により各測定室をＮａ−１Ｋ−１
Ｌｉ−濃度の測定のために構成することができる。

〔実施例〕

本発明は、次に図面を用いて詳しく説明される。

第３図は本発明による測定素子３のための投入口２を備
えた測定装置１を示しており、この測定素子３はその投
入の後搬送機構４によってつかまえられ、測定位置まで
搬送される。この測定位置において保持手段５に設けら
れた参照電極６が標準媒体で満たされた測定室フないし
は参照電解液で満たされた参照室７゛に沈められ、その
際参照電極６を有する保持手段が矢印８に沿ってストロ
ーク移動を行なうのである。

測定の終了後、測定素子３は搬送機構４によって測定装
置１から搬出され、その際測定素子３の蓋９と接触して
いる測定装置のハウジング１１の突片１０がＭ９を閉鎖
するように働く。

放出された測定素子３は続いて廃物容器１２に捨てられ
る。測定室７に沈められるとともにここではその一番目
のものが見えている、列状に配設された参照電極６は管
路１３を介して標準媒体の貯蔵容器１４に接続されてい
る。同様のことが参照室７゛に沈み込む参照電極６にも
言え、これは管路１５を介して参照電解液の貯蔵容器１
６に接続されている。信号検出や評価、つまりそのため
の必要な公知の装置がここでは詳しくは示されていない
。

第４図には第１図の測定素子３が詳細に示されており、
第４ａ図には蓋９を取り除いた平面図が、第４ｂ図には
開放されたＭ９を含んだｂｂ線に沿った断面図が、第４
ｃ図にはｃ−ｃ線に沿った断面図が示されている。試料
はこの測定素子の収容室１７に少量与えられ、そこから
毛細管１８つまりここでは試料室を形成している毛細状
の溝に流れ、毛細管作用により測定室７及び参照室７′
の下側を流れていき、排出室１９に流れ出る。その際、
試料は下側から列状の対称性のイオン感応膜２０（この
実施例ではＮａ、に、Ｌｉ用のもの）に接触する。この
感応膜は室７の床面に取付けられており、毛細管１８を
上から閉鎖している。参照室７”は小さな孔２１を設け
ており、それによって試料が参照電極と接触することが
できる。参照室７が少量の参照電解液で満たされ、イオ
ン感応膜を備えた測定室７が少量の標準溶液で満たされ
、かつ参照電極６（第１図に示されているように）が各
室７．７゛に沈み込み、電気的接触を作り出すことで測
定が行なわれる。もちろん、ここで個々の室７．７′を
電解質を含むゲルで満たし、箔３５で覆うこともでき、
ただ固い先の尖った参照電極をこの室に沈めるだけであ
る。測定素子３は測定後蓋９で閉鎖されることができ、
汚染問題が解決される。操作性を改善するために測定素
子３にグリップ部３６を設けている。

全てのその他の実施変形例において、同じ部材には同じ
参照番号が付けられている。第５図には使い捨てピスト
ン注射手段２２の形態をとった測定素子３が収納されて
いる測定装置１が示されており、そのピストン室２３は
試料室として機能する。参照・測定室７．７′は、ここ
ではピストン注射手段２２の壁２４に組め込まれており
、膜２０ないしは参照室７″の孔２１を介してピストン
室２３と接続されている。ピストン注射手段２２ば、第
６図の詳細図から明らかなように、ピストン２７の軸２
６に係止手段２５を備えており、この係止手段は試料を
１回採取した後係止作用を行ない、ピストンの前進移動
を阻止する。注射手段２２の壁２４には突出したひた２
８が形成され、これが投入口２の溝２９に案内され、こ
の使い捨てピストン注射手段２２が簡単に正しく挿入さ
れることができる。測定の間ピストン注射手段２２の針
差し込み部から流れ出すわずかの量の試料が抜き取り可
能な廃物容器１２によって収容される。

３１で示されたプリアンプ付き信号伝達機構は参照電極
６の保持手段５に直接接続されている。評価装置３２に
よって算出された個々のイオン濃度の測定結果は表示の
ためにデイスプレィ３３に送られる。このコンパクトな
構成と提示された実施変形例の小型形状は大きな利点を
生みだすことになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の非対称性膜を示す説明図、第２図は従来
技術による測定装置を示す概略図、第３図は本発明によ
る測定装置の実施例を示す断面図、第４ａ、４ｂ、４０
図は第３図による測定装置のための測定素子を示す平面
図と断面図、第５図は測定装置の別実施例を示す断面図
、第６図は第５図による測定装置のための測定素子を示
す斜視図である。 （１）・・・・・・測定装置、（３）・・・・・・測定
素子、（６）・・・・・・参照電極、（７）・・・・・
・測定室、（７゛）・・・・・・参照室、（１８）　、
　（２３）・・・・・・試料室、（２０）・・・・・・
対称性イオン感応膜、（２１）・・・・・・孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、試料と電解質媒体との間に配設された少なくとも１
   つの対称性イオン感応膜を備えた水性試料の化学的パラ
   メータの検出のための測定装置であって、試料と電解質
   媒体が、同一に構成されるとともに評価ユニットに接続
   された参照電極に接触されるものにおいて、 測定装置（１）に差し込まれる測定素子（３）が備えら
   れ、この測定素子が孔（２１）を介して参照室（７’）
   に接続されている試料室（１８；２３）を設けており、
   かつ 対称性イオン感応膜（２０）によって試料室（１８；２
   ３）から分離された少なくとも１つの測定室（７）が設
   けられており、参照室（７’）と測定室（７）が電解質
   媒体を収容しており、その電解質媒体の中へ測定装置（
   １）に設けられた参照電極（６）が沈み込むことを特徴
   とする測定装置。 ２、前記測定室（７）が標準媒体を含み、前記参照室（
   ７’）が参照電解液、好ましくはＫＣｌを含んでいるこ
   とを特徴とする請求項１記載の測定装置。 ３、前記測定室（７）の１つに沈み込んでいる各参照電
   極（６）が標準媒体用貯蔵容器（１４）に接続され、前
   記参照室（７’）に沈み込んでいる参照電極（６）が参
   照電解液用貯蔵容器（１６）に接続され、かつ 前記参照電極（６）が参照電解液ないしは標準媒体を参
   照室ないしは測定室（７、７’）に送るために供給管路
   （１３、１５）を備え付けていることを特徴とする請求
   項２記載の測定装置。 ４、前記測定素子（３）がその参照室や測定室（７、７
   ’）内に電解質を含むゲルを備えており、そのゲル内に
   測定装置（１）に配設された固体参照電極（６）、好ま
   しくは金属／金属塩化物電極が沈み込むことを特徴とす
   る請求項１又は２に記載の測定装置。 ５、前記参照室や測定室（７、７’）が固体参照電極（
   ６）によって差し込まれる箔（３５）で覆われているこ
   とことを特徴とする請求項４記載の測定装置。 ６、前記測定素子（３）が毛細管（１８）として形成さ
   れた試料空間を備え、この試料空間が列状に配置されて
   いる参照室や測定室（７、７’）と接続されており、毛
   細管（１８）の一端部には収容室（１７）がそして他端
   部には試料用排出室（１９）が設けられていることを特
   徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の測定装置。 ７、前記測定素子（３）がグリップ部（３６）及び各室
   （７、７’）を閉鎖する蓋（９）を備えていることを特
   徴とする請求項６記載の測定装置。 ８、前記測定装置（３）が使い捨てピストン注射手段（
   ２２）として形成され、そのピストン室（２３）が試料
   空間として機能し、かつ 前記参照室や測定室（７、７’）がピストン壁に組み込
   まれるとともにピストン室（２３）と接続していること
   を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の測定装置
   。 ９、前記ピストン注射手段（２２）が係止手段（２５）
   を備えており、この係止手段が試料収容の後ピストン注
   射手段（２２）のピストン（２７）の前進運動を阻止す
   ることを特徴とする請求項８記載の測定装置。 １０、各測定室（７）がＮａ−、Ｋ−、Ｌｉ−濃度測定
   のために構成されていることを特徴とする請求項１〜９
   のいずれかに記載の測定装置。