CN101038266A - 离子传感器及使用它的临床分析仪 - Google Patents

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Abstract

一种离子交换膜，它具有水可渗透的微孔的网状结构。当离子交换膜放入传感器体时，该膜的一面与试样溶液接触，而其另一面与内部溶液接触。内部溶液中的水会通过膜逐步渗入试样流路中。因此，当传感器长时间使用时，由于内部电极和离子交换膜之间电导率的降低，传感器的性能通常会下降。本发明提供一种离子传感器，它包括：试样溶液流经的流路；离子交换膜，它与上述试样流路中的试样接触；内部溶液，它设在所述离子交换膜的不与试样接触的那个面上并与之接触；内部电极，它与所述内部溶液接触，这些构成部分安置在密封的容器中，其特征在于，所述离子交换膜不与试样接触的表面上涂布有两种液体混合的环氧树脂。

Description

离子传感器及使用它的临床分析仪
本申请是申请号为02147333.1的发明专利申请的分案申请，该母案的申请日是2002年10月14日，发明创造名称是“离子传感器及使用它的临床分析仪”。
                        技术领域
本发明涉及适用于分析生物流体/物质中离子的离子传感器。更具体地说，本发明涉及适用于对电势法测定离子进行传感的离子传感器和临床分析仪。
                        背景技术
离子传感器具有选择性测量溶液中某种离子浓度的特点，迄今为止应用很广，如监测某种离子的浓度以及对水的分析。特别是，在医疗领域，离子传感器已经用来测定生物流体/物质如血液和尿中所含的离子，例如，测定氯离子和钾离子。这是根据生物流体/物质中某种离子的浓度与生物流体/物质的代谢反应有直接的关联。测量了该离子浓度，就可诊断各种疾病，如高血压、肾病、神经疾病等。离子传感器处理的离子活度a与离子传感器显示的电势E之间有一个关系式，如下所示，
E＝E0+2.303(RT/ZF)log a
式中，活度的对数随电势呈比例变化，因此所需的离子活度容易由测得的电势计算得出。在上述公式中，R是气体常数、T是绝对温度、Z是化合价、F是法拉弟常数、E0是体系的标准电极电势。使用这种离子传感器可通过简单的电势测量来测定广泛浓度范围内的离子。
氯离子传感器主要使用一种季铵盐作为离子敏感物质，人们已经进行了广泛的研究，旨在改善其选择性(Mikrochimica Acta〔Wien〕，1984，III，1-16)。日本专利申请No.23151/1989公开了一种以选择性极好为特征的传感器，其中，采用高分子支撑膜如聚氯乙烯承载作为敏感物质的四(十八烷基)铵盐。在使用离子敏感液体膜的传感器中，由于使用了具有亲油性的酯、醇和氟乙烯作为膜的主要成分，故水难以流过，并且不会流入内部溶液中，所以内部溶液的组分保持稳定。但是，有个问题是由于敏感物质和增塑剂的洗提，电极的斜率灵敏度会不稳定。还已知JP-A-57-40642和JP-B-2-13262公开了使用离子交换膜的传感器，在该离子交换膜中，季铵盐固定在聚合物基质上。由于敏感物质被固定不被洗去，可以认为电极的斜率灵敏度很稳定。但是，离子交换膜是为了除去盐而研制的，它让离子容易通过，因此也让水容易流过。如果将离子交换膜用作离子传感器的敏感膜，会产生的问题是水容易迁移进入内部溶液中，由此内部溶液变稀，致使传感器的寿命缩短。据报道JP-A-2000-28568公开了一种方法，在离子交换膜的近旁设置一层抑制水渗透的膜。它是水不能流过但离子可以通过的材料。具体地说，所述的膜是(1)季铵盐和增塑剂分散在聚氯乙烯中的可塑聚合物膜，(2)季铵盐、冠醚和增塑剂分散在聚氯乙烯中的可塑聚合物膜，以及(3)掺杂了碘离子的聚吡咯膜。使用有机溶剂将上述聚合物膜附着在离子交换膜与试样接触的面相背的表面上。装有与用所述方法形成的水渗透抑制膜构成一体的离子交换膜，即使在保存三个月后仍能抑制斜率灵敏度的下降。
                        发明内容
本发明者研究了使用聚氯乙烯作为上述JP-A-2000-28568的实施例中的水渗透抑制膜的传感器，发现该传感器重量的减少得以抑制，但是有一个问题，它不能长时间保持斜率灵敏度的稳定性。
因此，本发明的目的是提供一种稳定性高的离子传感器。
本发明提供：
(1)一种离子传感器，它包括：试样溶液流经的流路；离子交换膜，它与上述试样流路中的试样接触；内部溶液(内部溶胶)，它设在所述离子交换膜的不与试样接触的那个面上并与之接触；内部电极，它与所述内部溶液接触，这些构成部分安置在密封的容器中，其特征在于，所述离子交换膜的不与试样接触的表面上涂布有反应型胶粘剂。
(2)一种离子传感器，它包括：试样溶液流经的流路；离子交换膜，它与上述试样流路中的试样接触；内部溶液(内部溶胶)，它设在所述离子交换膜的不与试样接触的那个面上并与之接触；内部电极，它与所述内部溶液接触，这些构成部分安置在密封的容器中，其特征在于，所述离子交换膜不与试样接触的表面上涂布有两种液体混合的环氧树脂。
(3)一种氯离子传感器，试样溶液流经的流路；氯离子交换膜，它与上述试样流路中的试样接触；内部溶液(内部溶胶)，它设在所述氯离子交换膜的不与试样接触的那个面上并与之接触；内部电极，它与所述内部溶液接触，这些构成部分安置在密封的容器中，其特征在于，所述氯离子交换膜不与试样接触的表面上涂布有两种液体混合的环氧树脂。
(4)一种临床分析仪，它使用上述〔1〕-〔3〕中任意一种离子传感器。
                          附图说明
图1是根据本发明制成的氯离子传感器的透视图；
图2是根据本发明制成的氯离子传感器的剖面图；
图3是根据本发明在测量2中斜率灵敏度随着时间变化结果的示意图；
图4是根据本发明在测量2中电极重量随着时间变化结果的示意图；
图5是应用本发明离子传感器的临床分析仪的构造示意图。
                        具体实施方式
在描述本发明之前，下面将首先描述通过使用JP-A-2000-28568的实施例中所述的水渗透抑制膜来研究传感器斜率灵敏度稳定性的结果。将其中分散有季铵盐的可塑聚合物膜用作膜材料。此膜的制法是：按200mg的总重量，称取30％甲基三癸基氯化铵作为季铵盐、50％癸二酸二辛酯作为增塑剂，20％聚氯乙烯作为聚合物，都溶解在2ml四氢呋喃溶剂中。将所得溶液倒入一实验皿中并铺展之，溶剂蒸发后形成可塑的聚合物膜。将此膜冲切成适宜的形状，用四氢呋喃将其附着在离子交换膜要与内部溶液接触的那个面上，这就将此水渗透抑制聚合物膜与离子交换膜完整地合在一起。将这样制得的复合膜装入五个氟离子传感器中，另使用不用水抑制膜的电极作为空白，检查温度恒定在37℃的恒温器中时斜率灵敏度的稳定性。表1和2示出了保存阶段以及斜率灵敏度和传感器重量的变化。在保存3个月后，传感器的重量变化不大，但斜率灵敏度下降了。
                                         表1
                             斜率灵敏度的稳定性(单位：mV)
  保存时间(月) 1 2 3 4 5 6
  传感器1   -50   -49   -46   -42   -40   -40
  传感器2   -51   -50   -45   -40   -37   -36
  传感器3   -50.5   -50   -47   -41   -36   -35
  传感器4   -51   -50   -44   -40   -37   -34
  传感器5   -50   -49   -44   -38   -35   -35
  空白   -51   -46   -41   -37   -34   -34
                                           表2
                                 传感器重量的变化(单位：g)
  保存时间(月) 1 2 3 4 5 6
  传感器1   -0.05   -0.15   -0.25   -0.3   -0.4   -0.45
  传感器2   -0.03   -0.05   -0.1   -0.15   -0.3   -0.5
  传感器3   -0.1   -0.1   -0.15   -0.2   -0.3   -0.6
  传感器4   -0.1   -0.15   -0.2   -0.25   -0.4   -0.5
  传感器5   -0.1   -0.2   -0.4   -0.5   -0.6   -0.6
  空白   -0.6   -1.0   -1.6   -2.1   -2.5   -2.8
可知当聚氯乙烯用作水渗透抑制膜时，可以抑制传感器重量的减少，但斜率灵敏度的稳定性不能长时间保持。
当采用离子交换膜作为离子敏感膜的离子传感器长时间使用时，位于内部电极和离子交换膜之间的内部溶液中的水随着时间的推移会通过离子交换膜进入试样流路中，使电导率减小，因此传感器的性能下降。为了减少水的上述迁移，在离子交换膜不与试样接触而与内部溶剂接触那一面上涂布一种聚合物。这样，就可抑制经膜渗入内部溶液中的水，实现高度的稳定性。所使用的聚合物必须紧密地附着在离子交换膜上而且必须具有允许水渗透的孔隙。如果水一点也不能渗透，则显示不出电导率，传感器不起作用。另一方面，水若过分渗透进入试样流路，会使传感器失去稳定性。如果水会渗透较多，则聚合物与离子交换膜之间的粘附变差，因此，随着聚合物部分或全部剥落，电导率下降。因此，本发明最适宜的是聚合物允许水以一合适的程度渗透并保持这样一种状态，使得聚合物长时间不会从离子交换膜上剥落。
使用不同聚合物构成传感器对其性能进行了研究，结果发现环氧树脂最适合用作满足上述条件的聚合物。虽然其机理尚不清楚，但可认为(1)在干燥状态下环氧树脂能很好地附着在离子交换膜上，(2)与水接触时，水渗透进入环氧树脂并得到适宜程度的电导率，(3)即使水渗透进入环氧树脂，它仍能附着在离子交换膜上。在以上“要解决的问题”中已述，在所有使用老化的聚氯乙烯作为高分子涂料制成的传感器中，聚氯乙烯膜和离子交换膜之间观察到小的间隙。可以认为这是因为聚氯乙烯膜不能长时间附着在离子交换膜上的缘故。
A.用聚合物涂布离子交换膜的背面。
在不与试样接触的离子交换膜的背面上施加约50mg两种液体混合的环氧树脂，在40℃试验24小时，在离子交换膜上面形成聚合物膜。
B.离子传感器的构造。
图1和2示出了根据本发明构成氯离子传感器的例子。图1是根据本发明构成的流动池型氯离子传感器的透视图。直径为1mm的流路4穿过聚氯乙烯制成的矩形平行六面体形的流动池型传感器体3的相背的两个表面而形成，它用作试样溶液的流路。当许多个使用的传感器相互重叠时，在形成用于连接这许多传感器连接的通孔的表面上有一个圆柱形凸起部分5。防止溶液泄漏的O环6置于凸起部分5的上表面上。
图2是沿图1的a-a′线切开的剖面图。在流动池型传感器体3中的一个部位形成空腔10。在空腔10中向一个方向弯曲的内部弯曲表面11与流路4交叉，结果在流路的内部侧表面上形成一个椭圆形小孔12。沿内部弯曲表面11装上离子交换膜9，用来关闭小孔12并凸出在流路侧面上。
使用内径4.6Φ的木塞穿孔器将经选择性处理的离子交换膜冲压成圆形，用THF将其附着在流动池型电极体上，并干燥1小时。再将约50mg聚合物施加在离子交换膜的背面，然后在40℃干燥24小时。用内部溶液填充位于流路对面的空腔10。将银/卤化银内部电极7浸入内部溶液中，将接收信号的导线8在它的一端与内部电极7的金属部分连接，在另一端与外部测量电路连接。
C.测量1(初始性能试验)。
用不同聚合物涂布在离子交换膜上，构成流动池型电极，然后使用临床分析仪(7170型，日立株式会社制造)对其进行评价。图5是临床分析仪的构造的图解示意图。使用取样泵107向稀释皿130中注入试剂，使用取样探针127注入试样。用抽吸泵126将要测定的试样注入离子传感器128中，并用A/D变换器129处理所产生的电势。结果如下表所示。
〔表3〕
               表3
  聚合物   斜率灵敏度(mV)
  纤维素   -46.5
  醋酸酯   -47
  聚乙烯醇   -50
  聚氯乙烯   -51
  聚丙烯腈   -46
  聚偏二氯乙烯   -45
  聚酯   -45.5
  聚丙烯   -46
  聚氨酯   -49.5
  聚丙烯酸酯   -49
  聚乙酸乙烯酯   -49.5
  聚酰胺树脂   -48
  聚酯树脂   -47.5
  酚醛树脂   -50
  密胺树脂   -50
  聚氨酯   -50.5
  聚醚树脂   -50
  环氧树脂   -51
  ABS树脂   -47.5
  ACS树脂   -47
  SBR   -48
  NBR   -46
  BR   -45.5
  聚氨酯橡胶   -47
  丙烯酸橡胶   -48
  硅酮橡胶   -47
对几乎所有用于实验的聚合物而言，电极的初始斜率灵敏度不小于-45mV。在离子交换膜与内部溶液接触的面上用聚合物涂布后，发现聚合物不是完全的绝缘体，它有一定的电导率。可能是由于聚合物电导率的差异，斜率灵敏度随聚合物而不同。
D.测量2(重量试验)。
进行重量试验，测量初始斜率灵敏度不小于-50mV的高灵敏度电极的耐久性。为了评价稳定性，将电极保存在60℃恒温器中，作图表示电极的斜率灵敏度和重量的随着天数的变化。结果示于图3和4。
在恒温器中保存约6个月后，观察到电极的斜率灵敏度和重量的变化。在没有涂布聚合物的空白情况下，3个月后重量减少约3g，斜率灵敏度为零。在所施加的聚合物中，仅施加环氧树脂的电极展示了良好的结果，其斜率下降很小。由此可知，在用聚合物涂布离子交换膜不与试样接触的背面时，可控制水通过膜向内部溶液的渗入，从而增加稳定性，且聚合物也不会剥落。

Claims (4)

1.一种离子传感器，它包括：试样溶液流经的流路；离子交换膜，它与上述试样流路中的试样接触；内部溶液，它设在所述离子交换膜的不与试样接触的那个面上并与之接触；内部电极，它与所述内部溶液接触，这些构成部分安置在密封的容器中，其特征在于，所述离子交换膜的不与试样接触的表面上涂布有反应型胶粘剂。
2.一种离子传感器，它包括：试样溶液流经的流路；离子交换膜，它与上述试样流路中的试样接触；内部溶液，它设在所述离子交换膜的不与试样接触的那个面上并与之接触；内部电极，它与所述内部溶液接触，这些构成部分安置在密封的容器中，其特征在于，所述离子交换膜的不与试样接触的表面上涂布有两种液体混合的环氧树脂。
3.一种氯离子传感器，它包括：试样溶液流经的流路；氯离子交换膜，它与上述试样流路中的试样接触；内部溶液，它设在所述氯离子交换膜的不与试样接触的那个面上并与之接触；内部电极，它与所述内部溶液接触，这些构成部分安置在密封的容器中，其特征在于，所述氯离子交换膜的不与试样接触的表面上涂布有两种液体混合的环氧树脂。
4.一种临床分析仪，它使用权利要求1-3中任一项所述的离子传感器。
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