JPH0641929B2 - Ion sensor - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ｉ．発明の背景 （産業上の利用分野） 本発明は、電極電位応答イオンセンサー、更に詳細に
は、内部（標準）溶液を有しない固体型のイオンセンサ
ーでより好ましくは生体中での測定も可能なイオンセン
サーに関する。Detailed Description of the Invention I. BACKGROUND OF THE INVENTION (Industrial field of application) The present invention relates to an electrode potential responsive ion sensor, more specifically, a solid-state ion sensor having no internal (standard) solution, and more preferably in vivo measurement. Regarding ion sensor.

（従来の技術及びその問題点） 従来、溶液中のイオン濃度を電極電位応答で測定し、固
体型で小型化が可能なイオンセンサーとして、導電性基
体に酸化還元膜を被着し、さらにイオンキャリヤー膜を
被着した電極電位応答性のイオンセンサーがある。(Prior art and its problems) Conventionally, as an ion sensor capable of measuring the ion concentration in a solution by an electrode potential response and being a solid type and downsizing, a redox film is deposited on a conductive substrate, and further ion There are electrode potential responsive ion sensors coated with a carrier film.

しかしながら、導電性基体／酸化還元膜／イオン選択性
膜からなる電極であったため、酸化還元膜組成物のイオ
ン選択性膜中への溶解またはイオン選択膜組成物の酸化
還元膜中への溶解のため電極のイオン特性が（特に感度
が）１ケ月を経過するころから低下してくるという欠点
があった。However, since the electrode is composed of a conductive substrate / a redox film / an ion selective film, it is possible to dissolve the redox film composition in the ion selective film or the ion selective film composition in the redox film. Therefore, there is a drawback that the ionic characteristics (especially the sensitivity) of the electrode deteriorate after about one month.

II．発明の目的 従って本発明は、酸化還元機能層を構成する物質とイオ
ン選択性層を構成する物質の相互の溶解溶出が生じな
い、イオン特性が長期間安定した、妨害イオンに対する
選択性が高く、イオン応答速度が速いイオンセンサーを
提供することを目的とする。II. Therefore, the present invention, the mutual dissolution and elution of the substance forming the redox functional layer and the substance forming the ion-selective layer does not occur, ionic characteristics are stable for a long time, high selectivity for interfering ions, An object is to provide an ion sensor having a high ion response speed.

上記目的は、イオン感応部を備え、溶液中のイオン濃度
を電極電位応答で測定するイオンセンサーにおいて、前
記イオン感応部は、導電性基体と、該導電性基体の表面
を覆う酸化還元機能層と、該酸化還元機能層の表面を覆
う隔壁層と、該隔壁層の表面を覆うイオン選択性層とを
備え、前記隔壁層は該イオン選択性層および前記酸化還
元機能層との間でそれぞれの層を構成する物質の移動を
妨げかつイオンとの接触により該イオン選択性層に生じ
る電位差を該イオン選択性層から酸化還元機能層へ伝達
する機能を有することを特徴とするイオンセンサーによ
り達成される。さらに上記目的は隔壁層の厚さ0.2μｍ
〜1.0mmである上記イオンセンサーにより達成される。The above-mentioned object is an ion sensor including an ion sensitive part and measuring an ion concentration in a solution by an electrode potential response, wherein the ion sensitive part comprises a conductive substrate and an oxidation-reduction functional layer covering the surface of the conductive substrate. A partition wall layer covering the surface of the redox functional layer and an ion selective layer covering the surface of the partition wall layer, wherein the partition wall layer is provided between the ion selective layer and the redox functional layer. An ion sensor characterized by having a function of preventing movement of a substance constituting a layer and having a function of transmitting a potential difference generated in the ion-selective layer by contact with ions from the ion-selective layer to the redox functional layer. It Further, the above-mentioned purpose is the thickness of the partition wall of 0.2 μm.
Achieved by the above ion sensor which is ~ 1.0 mm.

III．発明の具体的説明 以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。III. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be specifically described based on Examples.

本発明の特徴は、第１図及び第１表，第２表を参照する
ことにより一層明瞭に理解できる。The features of the present invention can be understood more clearly by referring to FIG. 1 and Tables 1 and 2.

第１図は本発明に係わるイオンセンサーの一実施例の構
成図である。導電性基体１（直径1.1mm×長さ3.0mm）の
底面1aにテフロン被覆銅線(0.2mmφ）のリード線２が導
電性接着剤８で固定され、更に導電性基体１は1.5mm露
出するように熱収縮チューブ４で外周を被覆絶縁されて
いる。更に露出された導電性基体１の先端部は半球状に
研磨され、露出部の表面積が0.064cm²（平均）になるよ
うに調整され、電解酸化重合により、導電性基体１の露
出面上に酸化還元機能層５が形成されている。FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the ion sensor according to the present invention. The lead wire 2 of the Teflon-coated copper wire (0.2 mmφ) is fixed to the bottom surface 1a of the conductive substrate 1 (diameter 1.1 mm × length 3.0 mm) with the conductive adhesive 8, and the conductive substrate 1 is exposed 1.5 mm. Thus, the outer periphery is covered and insulated by the heat shrinkable tube 4. Further, the exposed tip of the conductive substrate 1 is polished into a hemispherical shape, and the surface area of the exposed portion is adjusted to 0.064 cm ² (average). By electrolytic oxidation polymerization, the exposed surface of the conductive substrate 1 is adjusted. The redox functional layer 5 is formed.

本発明のイオンセンサーに使用される導電性基体１とし
ては、例えばベーサル・プレーン・ピロリティック・グ
ラファイト(basal plane pyrolytic graphite；以下Ｂ
ＰＧという）、グラッシーカーボン等の導電性炭素材
料；金，白金，銅，銀，パラジウム，ニッケル，鉄等の
金属、特に貴金属又はこれらの金属の表面に酸化インジ
ウム，酸化スズ等の半導体を被覆したものが挙げられ
る。就中、導電性炭素材料が好ましく、ＢＰＧが特に好
ましく、形状としては円柱状が好ましい。Examples of the conductive substrate 1 used in the ion sensor of the present invention include basal plane pyrolytic graphite (hereinafter referred to as B).
PG), a conductive carbon material such as glassy carbon; a metal such as gold, platinum, copper, silver, palladium, nickel, iron, etc., particularly a noble metal or the surface of such a metal is coated with a semiconductor such as indium oxide or tin oxide. There are things. Above all, a conductive carbon material is preferable, BPG is particularly preferable, and a cylindrical shape is preferable.

また、酸化還元機能を有する層５（以下、酸化還元機能
層ということがある）とは、これを導電性基体表面に被
着してなる電極が酸化還元反応によって導電性基体に一
定電位を発生しうるものであり、本発明においては特に
酸素ガス分圧によって電位が変動しないものが好まし
い。斯かる酸化還元機能層５としては、例えばキノン
−ヒドロキノン型の酸化還元反応を行うことができる有
機化合物層若しくは高分子層、アミン−キノイド型の
酸化還元反応を行うことができる有機化合物層若しくは
高分子層等が好適なものとして挙げられる。なお、ここ
でキノン−ヒドロキノン型の酸化還元反応とは、重合体
の場合を例にとれば、例えば次の反応式で表されるもの
をいう。In addition, the layer 5 having a redox function (hereinafter sometimes referred to as a redox function layer) means that an electrode formed by depositing the layer 5 on the surface of the conductive substrate generates a constant potential on the conductive substrate by a redox reaction. In the present invention, it is particularly preferable that the potential does not fluctuate due to the partial pressure of oxygen gas. Examples of the redox functional layer 5 include an organic compound layer or a polymer layer capable of performing a quinone-hydroquinone type redox reaction, an organic compound layer capable of performing an amine-quinoid type redox reaction, or a high layer. A molecular layer or the like can be mentioned as a preferable example. Here, the quinone-hydroquinone type redox reaction means, for example, in the case of a polymer, a reaction represented by the following reaction formula.

（式中、Ｒ₁，Ｒ₂は例えば芳香族含有構造の化合物を示
す） また、アミン−キノイド型の酸化還元反応とは、前記同
様重合体の場合を例にとれば、例えば次の反応式で表さ
れるものをいう。 (In the formula, R ₁ and R ₂ represent, for example, a compound having an aromatic-containing structure.) The amine-quinoid type redox reaction is, for example, in the case of a polymer similar to the above, for example, the following reaction formula Is represented by.

（式中、Ｒ₃，Ｒ₄）は例えば芳香族含有構造の化合物を
示す） このような酸化還元機能を有する層５を形成しうる化合
物としては、例えば次の(a)〜(c)の化合物が挙げられ
る。 (In the formula, R ₃ and R ₄ are, for example, compounds having an aromatic-containing structure) Examples of the compound capable of forming the layer 5 having the redox function include the following compounds (a) to (c): Compounds.

(a) （式中、Ａｒ₁は芳香核、各Ｒ₅は置換基、ｍ₂は１ない
しＡｒ₁の有効原子価数、ｎ₂は０ないしＡｒ₁の有効原
子価数−１を示す） で表されるヒドロキシ芳香族化合物。Ａｒ₁の芳香核
は、例えばベンゼン核のように単環のものであっても、
アントラセン核、ピレン核、クリセン核、ペリレン核、
コロネン核等のように多環のものであってもよく、また
ベンゼン骨核のみならず複素環骨核のものであってもよ
い。置換基Ｒ₅としては、例えばメチル基等のアルキル
基，フェニル基等のアリール基，およびハロゲン原子等
が挙げられる。具体的には、例えばジメチルフェノー
ル、フェノール、ヒドロキシピリジン、ｏ−またはｍ−
ベンジルアルコール、ｏ−、ｍ−またはｐ−ヒドロキシ
ベンズアルデヒド、ｏ−またはｍ−ヒドロキシアセトフ
ェノン、ｏ−、ｍ−またはｐ−ヒドロキシプロピオフェ
ノン、ｏ−、ｍ−またはｐヒドロキシベンゾフェノン、
ｏ−、ｍ−またはｐ−カルボキシフェノール、ジフェニ
ルフェノール、２−メチル−８−ヒドロキシキノリン、
５−ヒドロキシ−1,4−ナフトキノン、４−（ｐ−ヒド
ロキシフェニル）２−ブタノン、1,5−ジヒドロキシ−
1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン、ビスフェノール
Ａ、サリチルアニリド、５−ヒドロキシキノリン、８−
ヒドロキシキノリン、1,8−ジヒドロキシアントラキノ
ン、５−ヒドロキシ−1,4−ナフトキノン等が挙げられ
る。これらの中では、とくにジメチルフェノールが好ま
しい。(a) (Wherein Ar ₁ is an aromatic nucleus, each R ₅ is a substituent, m ₂ is an effective valence number of ₁ to Ar ₁ , and n ₂ is 0 to an effective valence number of Ar ₁ −1) Hydroxy aromatic compounds. The aromatic nucleus of Ar ₁ may be a monocyclic ring such as a benzene nucleus,
Anthracene nucleus, pyrene nucleus, chrysene nucleus, perylene nucleus,
It may be a polycyclic one such as a coronene nucleus, and may be not only a benzene skeleton but also a heterocyclic skeleton. Examples of the substituent R ₅ include an alkyl group such as a methyl group, an aryl group such as a phenyl group, and a halogen atom. Specifically, for example, dimethylphenol, phenol, hydroxypyridine, o- or m-
Benzyl alcohol, o-, m- or p-hydroxybenzaldehyde, o- or m-hydroxyacetophenone, o-, m- or p-hydroxypropiophenone, o-, m- or p-hydroxybenzophenone,
o-, m- or p-carboxyphenol, diphenylphenol, 2-methyl-8-hydroxyquinoline,
5-hydroxy-1,4-naphthoquinone, 4- (p-hydroxyphenyl) 2-butanone, 1,5-dihydroxy-
1,2,3,4-tetrahydronaphthalene, bisphenol A, salicylanilide, 5-hydroxyquinoline, 8-
Examples thereof include hydroxyquinoline, 1,8-dihydroxyanthraquinone and 5-hydroxy-1,4-naphthoquinone. Of these, dimethylphenol is particularly preferable.

(b)次式 （式中、Ａｒ₂は芳香核、各Ｒ₆は置換基、ｍ₃は１ない
しＡｒ₂の有効原子価数、ｎ₃は０ないしＡｒ₂の有効原
子価数−１を示す） で表されるアミノ芳香族化合物。(b) The following equation (Wherein Ar ₂ is an aromatic nucleus, each R ₆ is a substituent, m ₃ is 1 to the effective valence number of Ar ₂ and n ₃ is 0 to the effective valence number of Ar ₂ −1) Amino aromatic compounds.

Ａｒ₂の芳香核、置換基Ｒ₆としては化合物(a)における
Ａｒ₁、置換基Ｒ₅と夫々同様のものが使用される。アミ
ノ芳香族化合物の具体例を挙げると、アニリン、1,2−
ジアミノベンゼン、アミノピレン、ジアミノピレン、ア
ミノクリセン、ジアミノクリセン、１−アミノフェナン
トレン、９−アミノフェナントレン、9,10−ジアミノフ
ェナントレン、１−アミノアントラキノン、ｐ−フェノ
キシアニリン、ｏ−フェニレンジアミン、ｐ−クロロア
ニリン、3,5−ジクロロアニリン、2,4,6−トリクロロア
ニリン、Ｎ−メチルアニリン、Ｎ−フェニル−ｐ−フェ
ニレンジアミン等である。As the aromatic nucleus of Ar ₂ and the substituent R ₆ , those similar to Ar ₁ and the substituent R ₅ in the compound (a) are used. Specific examples of the amino aromatic compound include aniline and 1,2-
Diaminobenzene, aminopyrene, diaminopyrene, aminochrysene, diaminochrysene, 1-aminophenanthrene, 9-aminophenanthrene, 9,10-diaminophenanthrene, 1-aminoanthraquinone, p-phenoxyaniline, o-phenylenediamine, p-chloroaniline , 3,5-dichloroaniline, 2,4,6-trichloroaniline, N-methylaniline, N-phenyl-p-phenylenediamine and the like.

(c)1,6−ピレンキノン、1,2,5,8−テトラヒドロキシナ
リザリン、フェナントレンキノン、１−アミノアントラ
キノン、プルプリン、１−アミノ−４−ヒドロキシアン
トラキノン、アントラルフィン等のキノン類。(c) Quinones such as 1,6-pyrenequinone, 1,2,5,8-tetrahydroxynalizarin, phenanthrenequinone, 1-aminoanthraquinone, purpurin, 1-amino-4-hydroxyanthraquinone, and anthralphine.

これらの化合物のうち、特に2、6−キシレノール、１−
アミノピレンが好ましい。Among these compounds, 2,6-xylenol, 1-
Aminopyrene is preferred.

更に、実施例に係る酸化還元機能層５を形成しうる化合
物としては、 (d)ポリ（Ｎ−メチルアニリン）〔大貫，松田，小山、
日本化学会誌、1801-1809(1984)〕、ポリ（2,6−ジメチ
ル−1,4−フェニレンエーテル）、ポリ（ｏ−フェニレ
ンジアミン）、ポリ（フェノール）、ポリ2,6キシレノ
ール；ピラゾロキノン系ビニルモノマーの重合体、イソ
アロキサジン系ビニルモノマーの重合体等のキノン系ビ
ニルポリマー縮重合化合物のような(a)〜(c)の化合物を
含有する有機化合物、(a)〜(c)の化合物の低重合度高分
子化合物（オリゴマー）、あるいは(a)〜(c)をポリビニ
ル化合物，ポリアミド化合物等の高分子化合物に固定し
たもの等の当該酸化還元反応性を有するものが挙げられ
る。これらの中ではとくにポリ（2,6キシレノール）が
好ましい。なお、本明細書において、重合体という語は
単独重合体及び共重合体等の相互重合体の双方を含む。Further, as a compound capable of forming the redox functional layer 5 according to the embodiment, (d) poly (N-methylaniline) [Onuki, Matsuda, Koyama,
Journal of the Chemical Society of Japan, 1801-1809 (1984)], poly (2,6-dimethyl-1,4-phenylene ether), poly (o-phenylenediamine), poly (phenol), poly-2,6-xylenol; pyrazoloquinone vinyl Organic compounds containing compounds (a) to (c) such as quinone vinyl polymer polycondensation compounds such as polymers of monomers and polymers of isoalloxazine vinyl monomers, compounds of (a) to (c) Polymerization degree polymer compounds (oligomers) or those having (a) to (c) fixed to polymer compounds such as polyvinyl compounds and polyamide compounds, and the like having the redox reactivity can be mentioned. Of these, poly (2,6 xylenol) is particularly preferable. In the present specification, the term polymer includes both homopolymers and interpolymers such as copolymers.

叙上の酸化還元機能層５を形成しうる化合物が導電性基
体１の表面に被着されるためには、アミノ芳香族化合
物，ヒドロキシ芳香族化合物等を電解酸化重合法または
電解析出法によって基体表面上で直接重合させる方法、
あるいは電子線照射，光，熱などの適用によって、予め
合成された重合体を溶媒に溶かし、この溶液中に浸漬・
塗布および乾燥により基体表面に固定する方法、更には
重合体膜を化学的処理，物理的処理もしくは照射処理に
よって基体表面に直接固定する方法を採ることができ
る。これらの方法の中では、特に電解酸化重合法による
のが好ましい。In order to deposit the compound capable of forming the above-mentioned redox functional layer 5 on the surface of the conductive substrate 1, an amino aromatic compound, a hydroxy aromatic compound or the like is formed by electrolytic oxidative polymerization or electrolytic deposition. A method of directly polymerizing on the substrate surface,
Alternatively, a polymer synthesized in advance is dissolved in a solvent by application of electron beam irradiation, light, heat, etc., and immersed in this solution.
A method of fixing to the surface of the substrate by coating and drying, and a method of directly fixing the polymer film to the surface of the substrate by chemical treatment, physical treatment or irradiation treatment can be adopted. Among these methods, the electrolytic oxidative polymerization method is particularly preferable.

電解酸化重合法は、溶媒中で適当な支持電解質の存在
下、アミノ芳香族化合物，ヒドロキシ芳香族化合物等を
電解酸化重合させ導電体の表面に重合体層が被着される
ことにより実施される。電解条件としては−20℃、電極
電位0.0〜1.5Ｖ（対飽和塩化ナトリウムカロメル電極；
SSCE）で３回掃引（掃引速度50mV/sec）後、1.5Ｖで10
分間電解反応させる条件が好ましい。溶媒としては、例
えばアセトニトリル，水，ジメチルホルムアミド、ジメ
チルスルホキシド，プロピレンカーボネート等が挙げら
れ、これらの中でとくにアセトニトリルが好ましい。ま
た支持電解質としては、例えば過塩素酸ナトリウム，硫
酸，硫酸二ナトリウム，リン酸，ホウ酸，テトラフルオ
ロホウ素酸塩，テトラフルオロリン酸カリウム，４級ア
ンモニウム塩などが好適なものとして挙げられ、これら
の中ではとくに過塩素酸ナトリウムが好ましい。斯くし
て被着される重合体層は一般に極めて緻密であり、薄膜
であっても酸素の透過を阻止することができる。然し、
本発明に使用しうるためには、酸化還元機能層５は当該
酸化還元反応性を有するものであれば特に制限はなく、
層の緻密の如何は問わない。The electrolytic oxidative polymerization method is carried out by electrolytically oxidatively polymerizing an amino aromatic compound, a hydroxy aromatic compound or the like in a solvent in the presence of a suitable supporting electrolyte to deposit a polymer layer on the surface of a conductor. . The electrolysis conditions are −20 ° C., electrode potential 0.0 to 1.5 V (vs. saturated sodium chloride calomel electrode;
After 3 sweeps (SSCE) (sweep speed 50 mV / sec), 10 at 1.5V
The conditions for electrolytic reaction for a minute are preferable. Examples of the solvent include acetonitrile, water, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, propylene carbonate and the like, and among these, acetonitrile is particularly preferable. Examples of suitable supporting electrolytes include sodium perchlorate, sulfuric acid, disodium sulfate, phosphoric acid, boric acid, tetrafluoroborate, potassium tetrafluorophosphate, and quaternary ammonium salts. Among them, sodium perchlorate is particularly preferable. The polymer layer thus deposited is generally extremely dense, and even a thin film can prevent the permeation of oxygen. However,
In order to be used in the present invention, the redox functional layer 5 is not particularly limited as long as it has the redox reactivity.
It does not matter how precise the layers are.

酸化還元機能層５の厚さは0.1μｍ〜0.5mmとなるように
するのが好ましい。0.1μｍより薄い場合には、本発明
の効果を十分奏さず、また0.5mmより厚い場合には層抵
抗が高くなり過ぎ、測定上好ましくない。The thickness of the redox functional layer 5 is preferably 0.1 μm to 0.5 mm. When it is thinner than 0.1 μm, the effect of the present invention is not sufficiently exhibited, and when it is thicker than 0.5 mm, the layer resistance becomes too high, which is not preferable in measurement.

また、酸化還元機能層５は、これに電解質を含浸させて
使用することができる。電解質としては、例えばリン酸
水素二カリウム，過塩素酸ナトリウム，硫酸，テトラフ
ルオロホウ酸塩，テトラフェニルホウ酸塩等が挙げられ
る。これらの中ではとくに過塩素酸ナトリウムが好まし
い。酸化還元機能層５には電解質を含浸させるには、酸
化還元機能層５を導電性基体１に被着したのち、これを
電解質溶液に浸漬する方法が簡便である。Further, the redox functional layer 5 can be used by impregnating it with an electrolyte. Examples of the electrolyte include dipotassium hydrogen phosphate, sodium perchlorate, sulfuric acid, tetrafluoroborate, tetraphenylborate and the like. Of these, sodium perchlorate is particularly preferable. In order to impregnate the redox functional layer 5 with an electrolyte, it is simple to deposit the redox functional layer 5 on the conductive substrate 1 and then immerse it in an electrolyte solution.

叙上の如くして導電性基体１に酸化還元機能層５が被覆
された電極の表面に更に重ねて被覆される隔壁層６は、
酸化還元機能層５およびイオン選択性層７との間でそれ
ぞれの層を構成する物質の移動を妨げかつイオンとの接
触によりイオン選択性層７に生じる電位差とイオンを酸
化還元機能層５へ伝達する機能を有するものである。こ
のような機能を有する層としては、電解質液又は水溶液
を保有する高分子層，セルロース誘導体層，水溶性高分
子層などが挙げられ、この中ではとくにポリビニルアル
コール（以下ＰＶＡと略す）層が好適なものとして挙げ
られる。隔壁層６を酸化還元機能層５に被覆するには例
えばＰＶＡの10％水溶液あるいは電解液を含むＰＶＡ10
％水溶液を作製しこの溶液中に酸化還元電極を十分浸
漬、引き上げ、風乾、150℃で乾燥という工程を繰り返
し、所望の厚さに調整して得られる。電解液としては、
pH緩衝液が好ましく、水素イオンに対しては、クエン酸
塩，リン酸塩液が好ましい。pHの範囲としては、生体中
でのpH範囲とほぼ等しい4.8〜7.4が好ましく、とくに6.
0〜7.4が好ましい。ＰＶＡの層の厚さとしては0.2μｍ
〜10mmがよく、好ましくは200μｍ〜800μｍ、とくに好
ましくは400μｍ〜600μｍである。隔壁層６の表面に更
に被覆されるイオン選択性層７としては、被検イオンの
イオンキャリヤー物質及び必要により電解質塩を高分子
化合物に担持せしめた層が使用される。イオンキャリヤ
ー物質としては被検イオンに応じて例えば次のものが使
用される。As described above, the partition layer 6 which is further overlapped and coated on the surface of the electrode in which the conductive substrate 1 is coated with the redox functional layer 5 is
The potential difference generated in the ion-selective layer 7 due to contact with the ions and the transfer of the ions to the redox-functional layer 5 are impeded when the substances constituting the respective layers are prevented from moving between the redox-functional layer 5 and the ion-selective layer 7. It has a function to do. Examples of the layer having such a function include a polymer layer having an electrolyte solution or an aqueous solution, a cellulose derivative layer, a water-soluble polymer layer, and the like. Among them, a polyvinyl alcohol (hereinafter abbreviated as PVA) layer is particularly preferable. It can be mentioned as a thing. To cover the partition layer 6 on the redox functional layer 5, for example, a PVA 10 containing a 10% aqueous solution of PVA or an electrolytic solution is used.
% Aqueous solution is prepared, and the redox electrode is sufficiently dipped in this solution, pulled up, air-dried, and dried at 150 ° C., and the process is repeated to obtain a desired thickness. As the electrolyte,
A pH buffer solution is preferable, and for hydrogen ions, citrate and phosphate solutions are preferable. The pH range is preferably 4.8 to 7.4, which is almost equal to the pH range in the living body, and particularly 6.
0 to 7.4 is preferable. The PVA layer thickness is 0.2 μm
-10 mm, preferably 200-800 m, particularly preferably 400-600 m. As the ion-selective layer 7 which is further coated on the surface of the partition wall layer 6, a layer in which a polymer compound is supported by an ion carrier substance of test ions and, if necessary, an electrolyte salt is used. As the ion carrier substance, for example, the following substances are used according to the test ions.

(i)水素イオン 水素イオンキャリヤー物質としては、例えば次式 （式中、Ｒ₇，Ｒ₈およびR₉は同一もしくは異なったアル
キル基を示し、そのうち少なくとも２つは炭素数８〜18
のアルキル基を示す） で表されるアミン類、および次式 （式中、Ｒ₁₀は炭素数８〜18のアルキル基を示す） で表される化合物等を挙げることができ、好ましいもの
としてはトリ−ｎ−ドデシルアミンが挙げられる。(i) Hydrogen ion As the hydrogen ion carrier material, for example, the following formula (In the formula, R ₇ , R ₈ and R ₉ represent the same or different alkyl groups, at least two of which have 8 to 18 carbon atoms.
And an amine represented by the following formula: (In the formula, R ₁₀ represents an alkyl group having 8 to 18 carbon atoms) and the like, and tri-n-dodecylamine is preferable.

この中ではとくにトリドデシルアミンが好ましい。Of these, tridodecylamine is particularly preferable.

（ii）カリウムイオン バリノマイシン；ノナクチン、モナクチン；ジシクロヘ
キシル−18−クラウン−６、ナフト−15−クラウン−
５、ビス（15−クラウン−５）等のクラウンエーテル化
合物等が挙げられ、就中、バリノマイシン、ビス（15−
クラウン−５）が好適である。この中ではとくにバリノ
マイシンが好ましい。(Ii) Potassium ion valinomycin; nonactin, monactin; dicyclohexyl-18-crown-6, naphth-15-crown-
5, bis (15-crown-5) and other crown ether compounds, among which valinomycin, bis (15-
Crown-5) is preferred. Of these, valinomycin is particularly preferable.

（iii）ナトリウムイオン 芳香族系アミドもしくはジアミド類、脂肪族系アミドも
しくはジアミド類、クラウン化合物、例えばビス〔（12
−クラウン−４）メチル〕ドデシルマロネート、N,N,N,
N-テトラプロピル-3,6-ジオキサネ-ト-ジアミド、N,N,N′，Ｎ′−テトラベ
ンジル−1,2−エチレンジオキシジアセトアミド、N,N′
−ジベンジル−N,N′−ジフェニル−1,2−フェニレンジ
アセトアミド、N,N′，Ｎ″−トリヘプチル−N,N′，
Ｎ″−トリメチル−4,4′，４″−プロピリジントリス
（３−オキサブチルアミド）、３−メトキシ−N,N,N,N
−テトラプロピル−1,2−フェニレンジオキシジアセト
アミド、(-)-(R,R)−4,5−ジメチル−N,N,N,N−テトラ
プロピル−3,6−ジオキサオクタンジアミド、４−メチ
ル−N,N,N,N−テトラプロピル−3,6−ジオキサオクタン
−ジアミド、N,N,N,N−テトラプロピル−1,2−フェニレ
ンジオキシジアセトアミド、N,N,N,N−テトラプロピル
−2,3−ナフタレンジオキシジアセトアミド、４−ｔ−
ブチル−N,N,N,N−テトラプロピル−1,2−シクロヘキサ
ンジオキシ−ジアセトアミド、シス−N,N,N,N−テトラ
プロピル−1,2−シクロヘキサンジオキシジアセトアミ
ド、トランス−N,N,N,N−テトラプロピル−1,2シクロヘ
キサンジオキシジアセトアミド等が挙げられ、この中で
はとくにビス〔（12−クラウン−４）メチル〕ドデシル
マロネートが好ましい。(Iii) sodium ion aromatic amides or diamides, aliphatic amides or diamides, crown compounds such as bis [(12
-Crown-4) methyl] dodecyl malonate, N, N, N,
N-tetrapropyl-3,6-dioxanetate-diamide, N, N, N ', N'-tetrabenzyl-1,2-ethylenedioxydiacetamide, N, N'
-Dibenzyl-N, N'-diphenyl-1,2-phenylenediacetamide, N, N ', N "-triheptyl-N, N',
N "-trimethyl-4,4 ', 4" -propyridine tris (3-oxabutyramide), 3-methoxy-N, N, N, N
-Tetrapropyl-1,2-phenylenedioxydiacetamide, (-)-(R, R) -4,5-dimethyl-N, N, N, N-tetrapropyl-3,6-dioxaoctanediamide, 4-methyl-N, N, N, N-tetrapropyl-3,6-dioxaoctane-diamide, N, N, N, N-tetrapropyl-1,2-phenylenedioxydiacetamide, N, N, N, N-tetrapropyl-2,3-naphthalenedioxydiacetamide, 4-t-
Butyl-N, N, N, N-tetrapropyl-1,2-cyclohexanedioxy-diacetamide, cis-N, N, N, N-tetrapropyl-1,2-cyclohexanedioxydiacetamide, trans-N , N, N, N-tetrapropyl-1,2 cyclohexanedioxydiacetamide and the like can be mentioned, and among these, bis [(12-crown-4) methyl] dodecyl malonate is particularly preferable.

（iv）塩素イオン 次式 （式中、Ｒ₇，Ｒ₈，Ｒ₉は各々同一若しくは異なった炭
素数８〜18のアルキル基を、Ｒ₁₀は水素または炭素数１
〜８のアルキル基を示す） で表される四級アンモニウムの塩及び次式 で表されるトリフェニルスズクロライド等が挙げられ
る。この中ではとくにトリフェニルスズクロライドが好
ましい。(Iv) Chloride ion (In the formula, R ₇ , R ₈ and R ₉ are the same or different alkyl groups having 8 to 18 carbon atoms, and R ₁₀ is hydrogen or 1 carbon atom.
To an alkyl group of 8) and a quaternary ammonium salt represented by the following formula: And triphenyl tin chloride represented by the following. Of these, triphenyl tin chloride is particularly preferable.

（ｖ）カルシウムイオン カルシウム−ビス〔ジ−（ｎ−オクチルフェニル）ホス
フェート〕、(-)-(R,R)−N,N′−ビス〔（11−エトキシ
カルボニル）ウンデシル〕−N,N′，4,5−テトラメチル
−3,6−ジオキサオクタン−ジアミド、カルシウムビス
〔ジ（ｎ−デシル）ホスフェート〕等が好適なものとし
て挙げられる。この中ではとくにカルシウムビス〔ジ−
（ｎ−オクチルフェニル）ホスフェート〕が好ましい。(V) Calcium ion Calcium-bis [di- (n-octylphenyl) phosphate], (-)-(R, R) -N, N'-bis [(11-ethoxycarbonyl) undecyl] -N, N ' , 4,5-Tetramethyl-3,6-dioxaoctane-diamide, calcium bis [di (n-decyl) phosphate] and the like are preferable. Among these, especially calcium bis [di-
(N-octylphenyl) phosphate] is preferred.

（vi）炭酸水素イオン 次式 （式中、Ｒ₁₁，Ｒ₁₂，Ｒ₁₃は各々同一又は異なった炭素
数８〜18のアルキル基を、Ｒ₁₄は水素原子又は炭素数１
〜４のアルキル基を、Ｘ^-はＣｌ^-，Ｂｒ^-又はＯＨ^-を示
す） で表される４級アンモニウム塩；次式 （式中、Ｒ₁₅はフェニル基、水素原子又はメチル基を、
Ｒ₁₆は水素原子又はメチル基を、Ｒ₁₇は水素原子、メチ
ル基又はオクタデシル基を示す） で表される３級アミン化合物；更に次式 で表される化合物等が挙げられる。この中ではとくにト
リ（ｎ−ドデシル）アンモニウムクロライドが好まし
い。(Vi) Hydrogen carbonate ion (In the formula, R ₁₁ , R ₁₂ , and R ₁₃ are the same or different alkyl groups having 8 to 18 carbon atoms, and R ₁₄ is a hydrogen atom or 1 carbon atom.
Following formula: a ~ 4 alkyl group, X ^- is Cl ^-, Br ^{- -,} or OH 4 quaternary ammonium salts represented by the illustrated) (In the formula, R ₁₅ is a phenyl group, a hydrogen atom or a methyl group,
R ₁₆ represents a hydrogen atom or a methyl group, and R ₁₇ represents a hydrogen atom, a methyl group or an octadecyl group), and a tertiary amine compound represented by the following formula: And the like. Of these, tri (n-dodecyl) ammonium chloride is particularly preferable.

電解質塩としては、例えばナトリウムテトラキス（ｐ−
クロロフェニル）ボレート、カリウムテトラキス（ｐ−
クロロフェニル）ボレート、および次式 (R₁₈)₄NBF₄ （式中、Ｒ₁₈はアルキル基、好ましくは炭素数２〜６の
アルキル基を示す） で表される化合物が挙げられる。この中では、水素イオ
ン，カリウムイオン，ナトリウムイオン、炭酸水素イオ
ンに対してはテトラキス（ｐ−クロロフェニル）ホウ酸
カリウム、塩素イオンに対してはテトラクロロボレー
ト、カルシウムイオンに対してはジ−（ｎ−オクチルフ
ェニル）ホスフェートがとくに好ましい。Examples of the electrolyte salt include sodium tetrakis (p-
Chlorophenyl) borate, potassium tetrakis (p-
Chlorophenyl) borate and a compound represented by the following formula (R ₁₈ ) ₄ NBF ₄ (wherein R ₁₈ represents an alkyl group, preferably an alkyl group having 2 to 6 carbon atoms). Among them, potassium tetrakis (p-chlorophenyl) borate for hydrogen ion, potassium ion, sodium ion, hydrogen carbonate ion, tetrachloroborate for chlorine ion, and di- (n for calcium ion. -Octylphenyl) phosphate is particularly preferred.

また、イオンキャリヤー物質を担持せしめる層材につい
ては高分子化合物として、例えば塩化ビニル樹脂，塩化
ビニル−エチレン共重合体，ポリエステル，ポリアクリ
ルアミド，ポリウレタンなどの有機高分子化合物および
シリコーン樹脂などの無機高分子化合物を挙げることが
できる。この中ではとくに塩化ビニルが好ましい。使用
される可塑剤は、溶出しにくいものが使用される。この
ような可塑剤としては、例えばセバシン酸ジオクチルエ
ステル，アジピン酸ジオクチルエステル，マレイン酸ジ
オクチルエステル，ジ−ｎ−オクチルフェニルホスホネ
ート等が挙げられる。この中ではセバシン酸ジオクチル
（ＤＯＳ）、セバシン酸ジ（２−エチルヘキシル）が好
ましい。As the layer material for supporting the ion carrier substance, as a polymer compound, for example, an organic polymer compound such as vinyl chloride resin, vinyl chloride-ethylene copolymer, polyester, polyacrylamide, polyurethane, etc., and an inorganic polymer such as silicone resin, etc. A compound can be mentioned. Of these, vinyl chloride is particularly preferable. The plasticizer used is one that is difficult to elute. Examples of such a plasticizer include sebacic acid dioctyl ester, adipic acid dioctyl ester, maleic acid dioctyl ester, and di-n-octylphenylphosphonate. Among these, dioctyl sebacate (DOS) and di (2-ethylhexyl) sebacate are preferable.

また溶媒としては、テトラヒドロフラン(THF)がとくに
好ましい。イオン選択性層７が被覆されるには例えばテ
トラヒドロフラン等の溶媒に高分子化合物，可塑剤，イ
オンキャリヤー物質を溶かした溶液中に酸化還元電極を
浸漬、引き上げ、風乾そして乾燥という工程を繰り返
し、所望の厚さに調整することにより得られる。イオン
選択性層７の厚さとしては0.1μｍ〜10mm、特に0.4〜2.
0mmとなるようにするのが好ましい。Tetrahydrofuran (THF) is particularly preferable as the solvent. In order to coat the ion-selective layer 7, the steps of immersing the redox electrode in a solution prepared by dissolving a polymer compound, a plasticizer, and an ion carrier substance in a solvent such as tetrahydrofuran, pulling up, air-drying, and drying are repeated. It is obtained by adjusting the thickness of the. The thickness of the ion selective layer 7 is 0.1 μm to 10 mm, especially 0.4 to 2.
It is preferably 0 mm.

上述の如く作成された、酸化還元機能層とイオン選択性
層との間に隔壁層を備えた水素イオンセンサーについ
て、水素イオンセンサーを作用電極，飽和塩化ナトリウ
ムカロメル電極(SSCE)を基準電極として用いSSCEに対す
る起電力をpHに対しプロットしネルンストプロットの傾
きの経時時間依存性を調べることにより酸化還元機能層
を構成する物質のイオン選択性層への溶出の有無を調べ
た。酸素ガス依存性については、pH7.4リン酸緩衝液に
窒素ガスを１時間バブリングした後測定した電位と、酸
素ガスを１時間バブリングした後測定した電位との差を
比較して調べた。炭酸ガス依存性は、pH7.4リン酸緩衝
液に二酸化炭酸ガスを溶解させて電位の変化の有無によ
り調べた。また、20℃，30℃，37℃，45℃におけるpH−
起電力の関係式をもとめ、ネルンストプロットの傾きを
調べた。また、酸化還元機能層構成物質の水素イオン選
択性層への溶出の有無，水素イオン選択性構成物質の酸
化還元機能層への溶出の有無についても調べた。結果を
第１表，第２表に示す。Regarding the hydrogen ion sensor provided with the partition layer between the redox functional layer and the ion selective layer, which was created as described above, the hydrogen ion sensor was used as the working electrode and the saturated sodium chloride calomel electrode (SSCE) as the reference electrode. The presence or absence of elution of the substance constituting the redox functional layer into the ion selective layer was examined by plotting the electromotive force for SSCE against pH and examining the time dependence of the slope of the Nernst plot. The oxygen gas dependence was examined by comparing the difference between the potential measured after bubbling nitrogen gas into the pH 7.4 phosphate buffer solution for 1 hour and the potential measured after bubbling oxygen gas for 1 hour. The carbon dioxide dependence was examined by dissolving carbon dioxide in pH 7.4 phosphate buffer and examining the potential change. In addition, pH at 20 ℃, 30 ℃, 37 ℃, 45 ℃
The slope of the Nernst plot was investigated based on the relational expression of electromotive force. Moreover, the presence or absence of elution of the redox functional layer constituents into the hydrogen ion selective layer and the presence or absence of elution of the hydrogen ion selective constituents into the redox functional layer were also investigated. The results are shown in Tables 1 and 2.

上記結果から実施例１〜３において、ネルンストプロッ
トの傾きは水素イオンセンサー作製後１日経過してのち
は理論値61.55によく一致し、しかも３ケ月の間ネルン
ストプロットの傾きが殆ど変化せず安定した値を示して
いることがわかる。また酸化還元機能層を構成する物質
の水素イオン選択性層への溶出、水素イオン選択性層を
構成する物質の酸化還元機能層への溶出がないことがわ
かる。また、95％応答速度は５秒以内であることが確認
された。 From the above results, in Examples 1 to 3, the slope of the Nernst plot is in good agreement with the theoretical value of 61.55 one day after the production of the hydrogen ion sensor, and the slope of the Nernst plot hardly changes for three months and is stable. It can be seen that the values are shown. Further, it can be seen that there is no elution of the substance forming the redox functional layer into the hydrogen ion selective layer and the elution of the substance forming the hydrogen ion selective layer into the redox functional layer. It was also confirmed that the 95% response speed was within 5 seconds.

本発明、イオンセンサーは90日経過した後に、イオン選
択性層を剥離して観察してみると、酸化還元機能層中の
キノイド化合物（赤褐色）のイオン選択性層への溶出に
よる層の色変化がまったく観察されなかった。一方、従
来のものは作製後20日前後からイオン選択性層が黄色に
変色するのが観測された。溶出の有無の検査は、前記目
視による検査の他にスペクトル分析（吸光光度法な
ど）、ガスクロマトグラフィー，液体クロマトグラフィ
ーなどがある。さらにまた、酸素ガスおよび二酸化炭素
による影響をうけないことがわかる。なお、本実施例は
本発明の１例でありこれに限定されるものでなく、各層
をなす構成物質の組成についてもこれに限定されるもの
ではない。The present invention, the ion sensor, after 90 days, peeled off the ion-selective layer and observed. When the quinoid compound (reddish brown) in the redox functional layer was eluted to the ion-selective layer, the color change of the layer changed. Was not observed at all. On the other hand, it was observed that the conventional ion-selective layer turned yellow around 20 days after preparation. The inspection for the presence or absence of elution includes spectral analysis (absorptiometry, etc.), gas chromatography, liquid chromatography and the like in addition to the above-mentioned visual inspection. Furthermore, it can be seen that it is not affected by oxygen gas and carbon dioxide. The present embodiment is an example of the present invention, and the present invention is not limited to this, and the composition of the constituent material of each layer is not limited to this.

カリウムイオンセンサー，ナトリウムイオンセンサー，
塩素イオンセンサー，カルシウムイオンセンサーについ
ても、ネルンストプロットの傾きの特性、酸化還元機能
層を構成する物質のイオン選択性層への溶出の有無、イ
オン選択性層を構成する物質の酸化還元機能層への溶出
の有無、酸素ガスおよび二酸化炭素依存性についても上
記水素イオンセンサーと同様の結果が確認された。Potassium ion sensor, sodium ion sensor,
Also for chlorine ion sensor and calcium ion sensor, the characteristics of the slope of the Nernst plot, the presence / absence of elution of the substance forming the redox functional layer into the ion selective layer, and the redox functional layer of the substance forming the ion selective layer The results similar to those of the hydrogen ion sensor were confirmed with respect to the presence or absence of elution and the dependence on oxygen gas and carbon dioxide.

実施例４〜７において、20℃〜45℃で、ネルンストプロ
ットの傾き（mV/pH）は、理論値によく近似しており等
温点がpH５〜６の範囲に存在するため生体中でのpH範囲
とほぼ等しいpH6.0〜8.0の領域では、温度依存性が非常
に小さいことがわかる。In Examples 4 to 7, at 20 ° C. to 45 ° C., the slope of the Nernst plot (mV / pH) is close to the theoretical value, and the isothermal point is in the range of pH 5 to 6, so that the pH in the living body is low. It can be seen that the temperature dependence is very small in the range of pH 6.0 to 8.0 which is almost equal to the range.

第２表には記載しないが、酸化還元機能層構成物質の水
素イオン選択性層への溶出の有無、水素イオン選択性層
構成物質の酸化還元機能層への溶出の有無については実
施例１〜３と同様の結果が得られた。これは、隔壁層に
水溶液が浸透し膨潤することにより、隔壁層が従来の液
膜型のイオン電極、例えばガラス電極の内部液層として
の内部基準液の作用をすることによるものである。隔壁
層が１μｍ以下では、上記のような結果は示されない。
カリウムイオンセンサー，ナトリウムイオンセンサー，
塩素イオンセンサー，カルシウムイオンセンサーについ
ても上記実施例４〜６と同様の結果が得られた。Although not described in Table 2, the presence or absence of elution of the redox functional layer constituents into the hydrogen ion selective layer and the presence or absence of elution of the hydrogen ion selective layer constituents into the redox functional layer are described in Examples 1 to 1. Results similar to those of No. 3 were obtained. This is because the partition layer acts as an internal reference liquid as an internal liquid layer of a conventional liquid film type ion electrode, for example, a glass electrode, when an aqueous solution penetrates and swells. When the partition layer is 1 μm or less, the above result is not shown.
Potassium ion sensor, sodium ion sensor,
The same results as in Examples 4 to 6 were obtained for the chlorine ion sensor and the calcium ion sensor.

隔壁層のイオン濃度を変えることにより任意のイオン濃
度領域に等温点を設定でき、被測定範囲での温度依存性
を小さくすることができる。By changing the ion concentration of the partition layer, the isothermal point can be set in an arbitrary ion concentration region, and the temperature dependence in the measurement range can be reduced.

IV．発明の効果 本発明は、酸化還元機能層とイオン選択性層の間に、そ
れぞれの層を構成する物質の相互移動を妨げかつイオン
との接触によりイオン選択性層に生ずる電位差をイオン
選択性層から酸化還元機能層へ伝達する機能を有する隔
壁層を設けたことにより、酸化還元機能層組成物質とイ
オン選択性層の組成物質の相互の溶解・溶出が生じなく
なりイオン特性すなわちネルンストプロットの傾きが長
期間変化することがなく妨害イオンに対する選択性が高
くなり、イオン応答速度が速い。IV. EFFECTS OF THE INVENTION The present invention provides a potential difference between the redox functional layer and the ion-selective layer that prevents mutual migration of substances constituting the respective layers and causes a potential difference generated in the ion-selective layer by contact with ions. By providing the partition layer having a function of transmitting from the redox functional layer to the redox functional layer, mutual dissolution and elution of the redox functional layer composition substance and the ion selective layer composition substance do not occur, and the slope of the Nernst plot is suppressed. It does not change for a long period of time, the selectivity for interfering ions is high, and the ion response speed is fast.

隔壁層の膜厚を0.2μｍ〜1.0mmにすることにより20℃〜
45℃において、生体中でのpH範囲とほぼ等しい6.0〜8.0
で、温度依存性がなく、従来の内部液室を有するガラス
電極と類似した温度特性を示す。By setting the thickness of the partition layer to 0.2 μm to 1.0 mm,
6.0-8.0, which is almost equal to the pH range in vivo at 45 ℃
Thus, it has no temperature dependence and exhibits temperature characteristics similar to those of a conventional glass electrode having an internal liquid chamber.

また、内部に液室を有するガラス型の電極と異なる固体
型のセンサーであるため、取り扱いが簡単で、小型化が
図られ、しかもガラス電極と異なり、破損し難いのでガ
イドワイヤー，カテーテル等と組み合わせることができ
医療用イオンセンサーとして生体内中で被検イオンを測
定できる。Also, because it is a solid type sensor that is different from the glass type electrode that has a liquid chamber inside, it is easy to handle and can be downsized, and unlike the glass electrode, it is hard to break, so it is combined with a guide wire, catheter, etc. It is possible to measure a test ion in a living body as a medical ion sensor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第１図は本発明のイオンセンサーの構成図である。 １…導電性基体、1a…導電性基体底面、２…リード線、
３…テフロン被覆部、４…熱収縮チューブ、５…酸化還
元機能層、６…隔壁層、７…イオン選択性層、８…導電
性接着剤、９…絶縁体。FIG. 1 is a block diagram of the ion sensor of the present invention. 1 ... Conductive substrate, 1a ... Conductive substrate bottom surface, 2 ... Lead wire,
3 ... Teflon coating part, 4 ... Heat shrinkable tube, 5 ... Redox functional layer, 6 ... Partition layer, 7 ... Ion selective layer, 8 ... Conductive adhesive, 9 ... Insulator.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】イオン感応部を備え、溶液中のイオン濃度
を電極電位応答で測定する固体型のイオンセンサーにお
いて、前記イオン感応部は、導電性基体と、該導電性基
体の表面を覆う酸化還元機能層と、該酸化還元機能層の
表面を覆う隔壁層と、該隔壁層の表面を覆うイオン選択
性層とを備え、前記隔壁層は該イオン選択性層および前
記酸化還元機能層との間でそれぞれの層を構成する物質
の移動を妨げかつイオンとの接触により該イオン選択性
層に生じる電位差を該イオン選択性層から酸化還元機能
層へ伝達する機能を有することを特徴とするイオンセン
サー。1. A solid-state ion sensor, comprising an ion sensitive part, for measuring an ion concentration in a solution by an electrode potential response, wherein the ion sensitive part comprises a conductive base and an oxidation covering the surface of the conductive base. A reduction functional layer, a partition layer covering the surface of the redox functional layer, and an ion selective layer covering the surface of the partition layer, wherein the partition layer includes the ion selective layer and the redox functional layer. Between the ion-selective layer and the oxidation-reduction functional layer, which has a function of hindering the movement of substances constituting each layer between them and transmitting a potential difference generated in the ion-selective layer due to contact with the ion from the ion-selective layer to the redox functional layer. sensor. 【請求項２】隔壁層の厚さが0.2μｍ〜1.0mmである特許
請求の範囲第１項記載のイオンセンサー。2. The ion sensor according to claim 1, wherein the partition wall layer has a thickness of 0.2 μm to 1.0 mm.