DE112012003198T5

DE112012003198T5 - Sensorkopf, elektrochemischer Sensor und Verfahren zur Verwendung des elektrochemischen Sensors

Info

Publication number: DE112012003198T5
Application number: DE112012003198.9T
Authority: DE
Inventors: Naoto Ohgami; Hideyuki Yamashita; Yutaro Okuno
Original assignee: Omron Healthcare Co Ltd
Current assignee: Omron Healthcare Co Ltd
Priority date: 2011-08-01
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2014-04-17
Also published as: CN103733057B; JP5834599B2; JP2013032945A; CN103733057A; WO2013018406A1; US20140209485A1; US10139362B2

Abstract

Bereitgestellt wird ein Sensorkopf, der eine Montagefläche (31a) mit Isoliervermögen aufweist. Eine erste Elektrode (41) und eine zweite Elektrode (42) sind auf der Montagefläche (31a) voneinander beabstandet angeordnet. Ein Flüssigkeitshaltematerial 51 ist auf der Montagefläche (31a) in einem Zustand angeordnet, in dem das Flüssigkeitshaltematerial (51) die erste Elektrode (41) und die zweite Elektrode (42) in einem Stück bedeckt. Das Flüssigkeitshaltematerial (51) ist mit einer Standardflüssigkeit imprägniert, die als Referenz bei der elektrochemischen Messung verwendet wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft einen Sensorkopf und insbesondere einen Sensorkopf zur Durchführung elektrochemischer Messungen.
Ferner betrifft die Erfindung einen elektrochemischen Sensor, der mit einem solchen Sensorkopf versehen ist.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verwendung eines elektrochemischen Sensors, das einen solchen elektrochemischen Sensor verwendet.
HINTERGRUND DER TECHNIK
Herkömmlich sind im Handel als elektrochemischer Sensor beispielsweise ein kompaktes Natriumionen-Messgerät C-122 und ein kompaktes Nitrat- bzw. Salpetersäureionen-Messgerät B-343, die beide von HORIBA, Ltd. hergestellt werden, u. ä. erhältlich. Will ein Benutzer Messungen mit einem solchen elektrochemischen Sensor durchführen, wird der elektrochemische Sensor zur Gewährleistung der Messgenauigkeit mit Hilfe von Standardflüssigkeiten zur Kalibrierung vorab kalibriert.
Zum Beispiel wird beim Kalibrieren des kompakten Natriumionen-Messgeräts C-122 gemäß der Kalibrierung mit einer Flüssigkeit die Kalibrierung in Übereinstimmung mit den folgenden Schritten durchgeführt. (1) Der Sensor (also ein Sensorkopf, diese Definition wird nachstehend verwendet) wird mit Hilfe einer Reinigungsflüssigkeit sauber abgewaschen, und die Reinigungsflüssigkeit wird mit einem trockenen Papiertuch o. ä. abgewischt. Dieser Reinigungsvorgang wird ein paar Mal wiederholt. (2) Eine Beprobungsbahn wird auf dem Sensor platziert, und eine STD-Standardlösung (erste Standardlösung) wird auf die Beprobungsbahn getropft (kann direkt auf den Sensor getropft werden). (3) Nachdem sich der Sensor stabilisiert, wird eine Anzeige des Sensors auf 20 × 100 durch ein STD-Volumen eingestellt. (4) Der Sensor wird mit Hilfe einer Reinigungsflüssigkeit gereinigt, und anschließend wird die Reinigungsflüssigkeit mit einem trockenen Papiertuch o. ä. abgewischt (Kalibrierung beendet).
Beim Kalibrieren des kompakten Natriumionen-Messgeräts C-122 gemäß der Kalibrierung mit zwei Flüssigkeiten erfordert die Kalibrierung einen Vorgang, bei dem eine SLOPE-Standardflüssigkeit (zweite Standardflüssigkeit) zusätzlich verwendet und eine Anzeige des Sensors auf 15 × 10 durch ein SLOPE-Volumen eingestellt wird.
Die gleichen Kalibrierschritte werden auch im Hinblick auf die Kalibrierung des kompakten Salpetersäureionen-Messgeräts B-343 durchgeführt.
Eine solche Kalibrierung ist für Benutzer allgemein äußerst umständlich, und zudem besteht die Möglichkeit, dass ein Fehler während dieses Vorgangs auftritt.
Angesichts dessen wurde wie in der Beschreibung der JP-A-2009-150902 herkömmlich eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der ein Stachel auf einer Probenaufnahmekammer innerhalb einer in eine Ablesevorrichtung einzusetzenden Patrone angeordnet ist, eine Packung (eine Folienpackung, die mit einer Standardflüssigkeit zur Kalibrierung gefüllt ist) vom Stachel zerrissen wird, wenn ein Benutzer die Patrone in die Ablesevorrichtung einsetzt, und eine Flüssigkeit in eine Leitung von der Probenaufnahmekammer eingeleitet wird. Mit Hilfe einer solchen Vorrichtung kann der Benutzer die Kalibrierung automatisch durchführen, indem er lediglich die Patrone in die Ablesevorrichtung einsetzt, auch wenn der Benutzer die Vorgänge zur Kalibrierung nicht bewusst durchführt.
DOKUMENTE DES STANDS DER TECHNIK
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: JP-A-2009-150902

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LOSENDE PROBLEME
Allerdings hat die im Patentdokument ( JP-A-2009-150902 ) offenbarte Vorrichtung die folgenden Nachteile. das heißt, die Vorrichtung weist die Leitung, die sich von der Probenaufnahmekammer erstreckt, und eine Pumpe zum Zuführen einer Flüssigkeit durch die Leitung auf, weshalb die Vorrichtung groß wird und Kosten steigert.
Folglich liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, einen Sensorkopf zur Durchführung elektrochemischer Messungen bereitzustellen, der einem Benutzer ermöglicht, die Kalibrierung mit einem einfachen Vorgang durchzuführen, und der miniaturisiert sowie mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, einen elektrochemischen Sensor bereitzustellen, der einen solchen Sensorkopf aufweist und einem Benutzer ermöglicht, die Kalibrierung mit einem einfachen Vorgang durchzuführen, und der miniaturisiert sowie mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann.
Als noch weitere Aufgabe liegt der Erfindung zugrunde, ein Verfahren zur Verwendung eines elektrochemischen Sensors wie eines solchen zuvor beschriebenen elektrochemischen Sensors bereitzustellen, das einem Benutzer ermöglicht, Messungen leicht durchzuführen.
PROBLEMÖSUNGEN
Zur Lösung der o. g. Probleme weist ein erfindungsgemäßer Sensorkopf zur Durchführung elektrochemischer Messungen auf:
eine Montagefläche mit Isoliervermögen;
eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode, die auf der Montagefläche voneinander beabstandet angeordnet sind; und
ein Flüssigkeitshaltematerial, das auf der Montagefläche in einem Zustand angeordnet ist, in dem das Flüssigkeitshaltematerial die erste Elektrode und die zweite Elektrode in einem Stück bedeckt, wobei
das Flüssigkeitshaltematerial mit einer Standardflüssigkeit getränkt bzw. imprägniert ist, die als Referenz bei der elektrochemischen Messung verwendet wird.
In dieser Beschreibung bezeichnet „elektrochemische Messung” eine Messung, bei der das elektrische Signal mit Hilfe eines Umwandlungselements mit einer Funktion zum Erzeugen eines elektrischen Signals (eines elektrischen Stroms, einer Spannung, einer Elektrizitätsmenge oder einer Änderung des elektrischen Stroms oder der Spannung) in Entsprechung zu einer Eigenschaft (Konzentration o. ä.) eines zu messenden Objekts detektiert wird und das elektrische Signal in eine Größe als Anzeige der Eigenschaft des zu messenden Objekts umgewandelt wird.
In dieser Beschreibung bezeichnet „Isoliervermögen” elektrisches Isoliervermögen.
In dieser Beschreibung bezeichnet „flüssigkeitshaltend” eine Eigenschaft zum Festhalten einer Flüssigkeit, z. B. Wasser oder einer wässrigen Lösung, in einem imprägnierten Zustand.
In dieser Beschreibung bezeichnet „imprägniert”, dass eine Flüssigkeit in Lücken, die im Aufbau des Flüssigkeitshaltematerials gebildet sind, oder in der Struktur des Flüssigkeitshaltematerials enthalten ist. Steht das Flüssigkeitshaltematerial beispielsweise in direktem Kontakt mit den Elektroden, tritt die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitshaltematerial aus, so dass sich ein Zustand ergibt, in dem die Flüssigkeit mit den Elektroden in Kontakt gebracht ist.
Im Sensorkopf der Erfindung ist das Flüssigkeitshaltematerial so angeordnet, dass es die erste Elektrode und die zweite Elektrode auf der Montagefläche in einem Stück bedeckt. Das Flüssigkeitshaltematerial ist mit einer Standardflüssigkeit imprägniert, die als Referenz bei elektrochemischen Messungen verwendet wird. Folglich ist es durch Detektieren einer Potenzialdifferenz oder eines elektrischen Stroms zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode in einem Zustand, in dem die Standardflüssigkeit aus dem Flüssigkeitshaltematerial austritt, so dass die Standardflüssigkeit mit der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode in Kontakt gebracht ist, möglich, Messdaten (Potenzialdifferenz oder elektrischer Strom, wobei diese Definition auch nachstehend gilt) im Hinblick auf die Standardflüssigkeit zu erhalten. Somit kann durch Detektieren einer Potenzialdifferenz oder eines elektrischen Stroms zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode unter einer Bedingung, dass beispielsweise der Sensorkopf am Sensorkörper angebaut ist, ein Benutzer die Kalibrierung des Sensorkopfs vornehmen, ohne einen Kalibriervorgang bewusst durchzuführen. Nach Erhalten von Messdaten im Hinblick auf die Standardflüssigkeit versetzt der Benutzer den Sensorkopf in einen Zustand, in dem die Standardflüssigkeit im Flüssigkeitshaltematerial gegen eine zu messende Flüssigkeit ausgetauscht ist, indem die zu messende Flüssigkeit auf das Flüssigkeitshaltematerial gesprüht oder indem das Flüssigkeitshaltematerial in die zu messende Flüssigkeit eingetaucht wird. Durch Detektieren einer Potenzialdifferenz oder eines elektrischen Stroms zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode in einem solchen Zustand ist es möglich, Messdaten (Potenzialdifferenz oder elektrischer Strom, wobei diese Definition auch nachstehend gilt) im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit zu erhalten. Durch Kalibrieren der Messdaten im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit mit Hilfe der Messdaten im Hinblick auf die Standardflüssigkeit ist es möglich, elektrochemische Messdaten im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit mit hohem Genauigkeitsgrad zu erhalten.
Der Sensorkopf ist im Wesentlichen so konfiguriert, dass das mit der Standardflüssigkeit imprägnierte Flüssigkeitshaltematerial so angeordnet ist, dass es die erste Elektrode und die zweite Elektrode auf der Montagefläche in einem Stück bedeckt. Somit ist es möglich, den Sensorkopf zu miniaturisieren und den Sensorkopf mit niedrigen Kosten herzustellen.
In dieser Beschreibung gehören zu „Sprühen einer zu messenden Flüssigkeit auf das Flüssigkeitshaltematerial” der Fall, in dem eine zu messende Flüssigkeit, die aus einem lebenden Körper abgegeben wird, aus dem lebenden Körper direkt auf das Flüssigkeitshaltematerial gesprüht wird, und der Fall, in dem eine feste Menge zu messender Flüssigkeit auf das Flüssigkeitshaltematerial mit Hilfe eines Instruments, z. B. einer Mikropipette, getropft wird.
In dieser Beschreibung gehört zu „Eintauchen des Flüssigkeitshaltematerials in eine zu messende Flüssigkeit” der Fall, in dem nicht nur das Flüssigkeitshaltematerial, sondern auch ein Abschnitt des Sensorkopfs (insbesondere die Montagefläche), an dem das Flüssigkeitshaltematerial angeordnet ist, in die zu messende Flüssigkeit zusammen mit dem Flüssigkeitshaltematerial eingetaucht wird.
Im Sensorkopf gemäß einer Ausführungsform ist das Flüssigkeitshaltematerial in Form einer Bahn vorgesehen, und das Flüssigkeitshaltematerial hat Flüssigkeitsdurchdringungsvermögen, das einer zu messenden Flüssigkeit ermöglicht, das in Form einer Bahn vorgesehene Flüssigkeitshaltematerial zur ersten Elektrode und zweiten Elektrode zu durchdringen.
Im Sensorkopf gemäß dieser Ausführungsform ist das Flüssigkeitshaltematerial in Form einer Bahn vorgesehen. Folglich kann der Sensorkopf mit kleiner Dicke ausgebildet sein. Das Flüssigkeitshaltematerial hat ein Flüssigkeitsdurchdringungsvermögen, das einer zu messenden Flüssigkeit ermöglicht, das in Form einer Bahn vorgesehene Flüssigkeitshaltematerial zur ersten Elektrode und zweiten Elektrode zu durchdringen. Somit kann ein Benutzer den Sensorkopf leicht in einen Zustand versetzen, in dem eine Standardflüssigkeit in einem Flüssigkeitshaltematerial gegen eine zu messende Flüssigkeit ausgetauscht wird, indem die zu messende Flüssigkeit auf das Flüssigkeitshaltematerial gesprüht oder indem das Flüssigkeitshaltematerial in die zu messende Flüssigkeit eingetaucht wird.
Ferner weist der Sensorkopf gemäß einer Ausführungsform ein Dichtungsbauteil auf, das mindestens das Flüssigkeitshaltematerial zum Verhindern einer Änderung der Standardflüssigkeit bedeckt, mit der das Flüssigkeitshaltematerial imprägniert ist.
In dieser Beschreibung bezeichnet „Änderung der Standardflüssigkeit” eine Trocknungs- oder Konzentrationsänderung infolge von Verdunstung, Oxidation infolge von Kontakt der Standardflüssigkeit mit Luft o. ä.
Der Sensorkopf gemäß dieser Ausführungsform weist das Dichtungsbauteil auf, das mindestens das Flüssigkeitshaltematerial bedeckt. Infolge eines solchen Dichtungsbauteils kann eine Änderung der Standardflüssigkeit verhindert werden, mit der das Flüssigkeitshaltematerial imprägniert ist. Folglich kann die Kalibrierung mit hohem Genauigkeitsgrad realisiert werden. Dies führt zu einer vorteilhaften Wirkung, dass es beispielsweise bei Vermarktung des Sensorkopfs als handelsübliches Produkt möglich ist, einen langen Zeitraum zu gewährleisten, in dem der Sensorkopf mit hohem Genauigkeitsgrad mit Hilfe der Standardflüssigkeit kalibriert werden kann. Erwünscht ist, dass das Dichtungsbauteil durch einen Benutzer unmittelbar vor Verwendung des Sensorkopfs entfernt wird.
Im Sensorkopf gemäß einer Ausführungsform ist das Dichtungsbauteil in Form einer Bahn mit einer Ebenenrichtungsgröße vorgesehen, die größer als eine Ebenenrichtungsgröße des Flüssigkeitshaltematerials ist, und ein Kantenabschnitt des Dichtungsbauteils in Form einer Bahn ist mit der Montagefläche hermetisch verklebt.
In dieser Beschreibung bezeichnet „Ebenenrichtungsgröße” eine Größe in Richtung entlang der Montagefläche.
Im Sensorkopf gemäß dieser Ausführungsform ist das Dichtungsbauteil in Form einer Bahn mit einer Ebenenrichtungsgröße vorgesehen, die größer als eine Ebenenrichtungsgröße des Flüssigkeitshaltematerials ist. Folglich kann der Sensorkopf mit kleiner Dicke ausgebildet sein. Ferner ist der Kantenabschnitt des Dichtungsbauteils in Form einer Bahn mit der Montagefläche hermetisch verklebt, weshalb eine Änderung der Standardflüssigkeit mit Sicherheit verhindert werden kann.
Im Sensorkopf gemäß einer Ausführungsform ist das Dichtungsbauteil in Form eines Beutels vorgesehen, und das Dichtungsbauteil bedeckt eine Gesamtheit oder einen Abschnitt des Substrats, das die Montagefläche zusammen mit der ersten Elektrode, der zweiten Elektrode und dem Flüssigkeitshaltematerial bildet.
Im Sensorkopf gemäß dieser Ausführungsform ist das Dichtungsbauteil in Form eines Beutels vorgesehen. Folglich wird die Dickenreduzierung des Sensorkopfs nicht durch das Dichtungsbauteil behindert. Ferner bedeckt das Dichtungsbauteil eine Gesamtheit oder einen Abschnitt des Substrats, das die Montagefläche zusammen mit der ersten Elektrode, der zweiten Elektrode und dem Flüssigkeitshaltematerial bildet, weshalb die Verdunstung der Standardflüssigkeit mit Sicherheit verhindert werden kann.
Ferner weist der Sensorkopf gemäß einer Ausführungsform einen Flüssigkeitsblockierfilm auf, der Durchdringen der Flüssigkeit blockiert, wobei der Flüssigkeitsblockierfilm zwischen dem Flüssigkeitshaltematerial und der ersten und zweiten Elektrode angeordnet ist.
Der Sensorkopf gemäß dieser Ausführungsform weist ferner einen Flüssigkeitsblockierfilm auf, der Durchdringen der Flüssigkeit blockiert, wobei der Flüssigkeitsblockierfilm zwischen dem Flüssigkeitshaltematerial und der ersten und zweiten Elektrode angeordnet ist. Somit ist es möglich, einen Nachteil zu verhindern, dass die Standardflüssigkeit, mit der das Flüssigkeitshaltematerial imprägniert ist, infolge eines Kontakts mit der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode über einen langen Zeitraum beeinträchtigt wird. Dies führt zu einer vorteilhaften Wirkung, dass es beispielsweise bei Vermarktung des Sensorkopfs als handelsübliches Produkt möglich ist, einen langen Zeitraum zu gewährleisten, in dem der Sensorkopf mit hohem Genauigkeitsgrad mit Hilfe der Standardflüssigkeit kalibriert werden kann. Erwünscht ist, dass der Flüssigkeitsblockierfilm durch einen Benutzer unmittelbar vor Verwendung des Sensorkopfs entfernt wird.
Sind insbesondere die erste Elektrode und die zweite Elektrode so konfiguriert, dass sie Innenflüssigkeiten (später beschrieben) zur Ionenkonzentrationsmessung enthalten, werden die Standardflüssigkeit, mit der das Flüssigkeitshaltematerial imprägniert ist, und diese Innenflüssigkeiten durch den Flüssigkeitsblockierfilm voneinander blockiert, weshalb die Standardflüssigkeit, mit der das Flüssigkeitshaltematerial imprägniert ist, und diese Innenflüssigkeiten nicht miteinander vermischt werden. Damit ist es möglich, die Innenflüssigkeiten und die Standardflüssigkeit optimal für die erste Elektrode und die zweite Elektrode anzuwenden, ohne das gegenseitige Vermischen von Flüssigkeiten zu berücksichtigen.
Im Sensorkopf gemäß einer Ausführungsform hat der Flüssigkeitsblockierfilm einen Vorsprungabschnitt, der in einer Richtung von einem Bereich vorsteht, in dem das Flüssigkeitshaltematerial vorhanden ist, so dass der Flüssigkeitsblockierfilm in der einen Richtung entlang der Montagefläche zwischen dem Flüssigkeitshaltematerial und der ersten und zweiten Elektrode gezogen werden kann, während das Flüssigkeitshaltematerial einen Verlängerungsabschnitt aufweist, der über den Flüssigkeitsblockierfilm hinausgeht und sich in einer Richtung entgegengesetzt zu der einen Richtung erstreckt, und der Verlängerungsabschnitt ist mit der Montagefläche hermetisch verklebt.
Im Sensorkopf dieser Ausführungsform weist der Flüssigkeitsblockierfilm den Vorsprungabschnitt auf, der in der einen Richtung vom Bereich vorsteht, in dem das Flüssigkeitshaltematerial vorhanden ist. Folglich ergreift der Benutzer unmittelbar vor Verwendung des Sensorkopfs den Vorsprungabschnitt des Flüssigkeitsblockierfilms mit seinen Fingern und zieht den Flüssigkeitsblockierfilm zwischen dem Flüssigkeitshaltematerial und der ersten und zweiten Elektrode entlang der Montagefläche heraus. Andererseits hat das Flüssigkeitshaltematerial einen Verlängerungsabschnitt, der sich in Gegenrichtung zu der einen Richtung erstreckt, während er sich über den Flüssigkeitsblockierfilm hinaus erstreckt, und der Verlängerungsabschnitt ist mit der Montagefläche hermetisch verklebt. Wird somit der Flüssigkeitsblockierfilm in der einen Richtung herausgezogen, wird das Flüssigkeitshaltematerial nicht zusammen mit dem Flüssigkeitsblockierfilm entfernt und wird in direkten Kontakt mit der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode gebracht. Dadurch kommt es zu einem Zustand, in dem die Standardflüssigkeit aus dem Flüssigkeitshaltematerial austritt und in Kontakt mit der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode gebracht ist. Durch Detektieren einer Potenzialdifferenz oder eines elektrischen Stroms zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode in diesem Zustand können die Messdaten im Hinblick auf die Standardflüssigkeit mit hohem Genauigkeitsgrad erhalten werden. Danach wird die Kalibrierung mit Hilfe der Messdaten im Hinblick auf die Standardflüssigkeit durchgeführt.
Im Sensorkopf gemäß einer Ausführungsform ist der Vorsprungabschnitt des Flüssigkeitsblockierfilms mit dem Dichtungsbauteil verbunden.
Im Sensorkopf gemäß dieser Ausführungsform ist der Vorsprungabschnitt des Flüssigkeitsblockierfilms mit dem Dichtungsbauteil verbunden. Beim Entfernen des Dichtungsbauteils, unmittelbar bevor ein Benutzer den Sensorkopf verwendet, ist also der Benutzer über die Verbindung des Dichtungsbauteils mit dem Flüssigkeitsblockierfilm über den Vorsprungabschnitt informiert und aufgefordert, den Flüssigkeitsblockierfilm herauszuziehen. Durch Ergreifen des Dichtungsbauteils mit seinen Fingern und Ziehen am Dichtungsbauteil in einer Richtung entlang der Montagefläche kann der Benutzer den Flüssigkeitsblockierfilm in der einen Richtung zwischen dem Flüssigkeitshaltematerial und der ersten und zweiten Elektrode über den Vorsprungabschnitt herausziehen. Das heißt, durch einmaliges Durchführen eines Vorgangs zum Entfernen des Dichtungsbauteils kann der Benutzer den Flüssigkeitsblockierfilm gleichzeitig herausziehen. In diesem Fall ist es möglich zu verhindern, dass der Benutzer vergisst, den Flüssigkeitsblockierfilm herauszuziehen.
Im Sensorkopf gemäß einer Ausführungsform ist das Flüssigkeitshaltematerial in direkten Kontakt mit der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode gebracht.
Im Sensorkopf gemäß dieser Ausführungsform ist das Flüssigkeitshaltematerial in direkten Kontakt mit der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode gebracht. Folglich ist zu einem Zeitpunkt, zu dem ein Benutzer den Sensorkopf verwenden will, der Sensorkopf bereits in einen Zustand versetzt, in dem die Standardflüssigkeit aus dem Flüssigkeitshaltematerial austritt und mit der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode in Kontakt gebracht ist. Durch Detektieren einer Potenzialdifferenz oder eines elektrischen Stroms zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode in einem solchen Zustand ist es möglich, Messdaten im Hinblick auf die Standardflüssigkeit leicht zu erhalten.
Im Sensorkopf gemäß einer Ausführungsform liegt das Flüssigkeitshaltematerial in einem Gelzustand vor.
Im Sensorkopf gemäß dieser Ausführungsform befindet sich das Flüssigkeitshaltematerial in einem Gelzustand. Daher können verschiedene Materialien, wie beispielsweise Agar, Gelatine, Agarosegel, Cellulosegel oder Polyacrylamid, als Flüssigkeitshaltematerial angewendet werden.
Im Sensorkopf gemäß einer Ausführungsform ist das Flüssigkeitshaltematerial ein Aggregat von Fasern in Stoffform oder in Papierform.
Im Sensorkopf gemäß dieser Ausführungsform ist das Flüssigkeitshaltematerial ein Aggregat von Fasern in Stoffform oder in Papierform. Daher können verschiedene Materialien, z. B. Filterpapier, Kimwipe (Marke von NIPPON PAPER CRECIA Co., LTD.) oder ein Filter, als Flüssigkeitshaltematerial angewendet werden.
Im Sensorkopf gemäß einer Ausführungsform ist das Flüssigkeitshaltematerial ein poröses Material.
Im Sensorkopf gemäß dieser Ausführungsform ist das Flüssigkeitshaltematerial ein poröses Material. Daher können verschiedene Materialien, z. B. ein Schwamm, angewendet werden.
Im Sensorkopf gemäß einer Ausführungsform hat das Flüssigkeitshaltematerial Beständigkeit gegen die Standardflüssigkeit.
In dieser Beschreibung bezeichnet „Beständigkeit” gegen die Standardflüssigkeit eine Eigenschaft, dass das Flüssigkeitshaltematerial auch dann physisch oder chemisch unverändert bleibt, wenn das Flüssigkeitshaltematerial mit der Standardflüssigkeit in Kontakt gebracht ist, also einen Ausgangszustand beibehält.
Im Sensorkopf gemäß dieser Ausführungsform hat das Flüssigkeitshaltematerial Beständigkeit gegen die Standardflüssigkeit. Folglich kann der Sensorkopf einen Zustand beibehalten, in dem das Flüssigkeitshaltematerial mit der Standardflüssigkeit über einen langen Zeitraum imprägniert ist. Von besonderer Bedeutung ist diese vorteilhafte Wirkung, wenn der Sensorkopf beispielsweise als handelsübliches Produkt vermarktet wird.
Im Sensorkopf gemäß einer Ausführungsform
ist die erste Elektrode aus einem ersten Kernmaterial mit elektrischer Leitfähigkeit und einem Ionenselektionsfilm gebildet, der auf einer Oberfläche des ersten Kernmaterials auf Kontaktweise angeordnet ist und selektiv ermöglicht, dass eine spezifische Ionenspezies, die in einem zu messenden Objekt enthalten ist, ihn durchdringt oder darin absorbiert wird, und
ist die zweite Elektrode nur aus einem leitenden Material gebildet.
Gemäß dem Sensorkopf dieser Ausführungsform kann die Konzentration spezifischer Ionenspezies gemessen werden.
Im Sensorkopf gemäß einer Ausführungsform
ist die erste Elektrode aus einem ersten Kernmaterial mit elektrischer Leitfähigkeit und einem ersten Ionenselektionsfilm gebildet, der auf einer Oberfläche des ersten Kernmaterials auf Kontaktweise angeordnet ist,
ist die zweite Elektrode aus einem zweiten Kernmaterial mit elektrischer Leitfähigkeit und einem zweiten Ionenselektionsfilm gebildet, der auf einer Oberfläche des zweiten Kernmaterials auf Kontaktweise angeordnet ist, und
ermöglichen der erste Ionenselektionsfilm und der zweite Ionenselektionsfilm selektiv, dass Ionenspezies, die sich voneinander unterscheiden und in einem zu messenden Objekt enthalten sind, sie durchdringen oder darin absorbiert werden.
Gemäß dem Sensorkopf dieser Ausführungsform kann ein Konzentrationsverhältnis zwischen Ionenspezies gemessen werden, die sich voneinander unterscheiden.
Im Sensorkopf gemäß einer Ausführungsform
weist die erste Elektrode auf: ein erstes Kernmaterial mit elektrischer Leitfähigkeit, eine erste Hülle, die das erste Kernmaterial umgibt und Isoliervermögen hat, und eine erste Innenflüssigkeit zur Ionenkonzentrationsmessung, die zwischen der ersten Hülle und dem ersten Kernmaterial eingefüllt ist,
weist die zweite Elektrode auf: ein zweites Kernmaterial mit elektrischer Leitfähigkeit, eine zweite Hülle, die das zweite Kernmaterial umgibt und Isoliervermögen hat, und eine zweite Innenflüssigkeit zur Ionenkonzentrationsmessung, die zwischen der zweiten Hülle und dem zweiten Kernmaterial eingefüllt ist, und
sind ein erster Fensterabschnitt und ein zweiter Fensterabschnitt, die einen Kontakt zwischen der ersten Innenflüssigkeit, der zweiten Innenflüssigkeit und der Standardflüssigkeit oder der zu messenden Flüssigkeit ermöglichen können, jeweils auf einer Oberfläche der ersten Hülle und einer Oberfläche der zweiten Hülle gebildet, die zum Flüssigkeitshaltematerial entgegengesetzt weisen.
Gemäß dem Sensorkopf dieser Ausführungsform enthält die erste Elektrode die erste Innenflüssigkeit, die zwischen der ersten Hülle und dem ersten Kernmaterial zur Ionenkonzentrationsmessung eingefüllt ist, und die zweite Elektrode enthält die zweite Innenflüssigkeit, die zwischen der zweiten Hülle und dem zweiten Kernmaterial zur Ionenkonzentrationsmessung eingefüllt ist. Ein Kontakt zwischen der ersten Innenflüssigkeit, der zweiten Innenflüssigkeit und der Standardflüssigkeit oder der zu messenden Flüssigkeit ist über den ersten Fensterabschnitt und den zweiten Fensterabschnitt ermöglicht. Als Ergebnis ist der Sensorkopf zur elektrochemischen Messung, der verschiedene Ionenspezies messen kann, durch selektives Festlegen verschiedener Materialien als erste Innenflüssigkeit und zweite Innenflüssigkeit gebildet.
Im Sensorkopf gemäß einer Ausführungsform haben die erste Innenflüssigkeit und die zweite Innenflüssigkeit jeweils den gleichen Inhalt wie die Standardflüssigkeit.
Im Sensorkopf gemäß dieser Ausführungsform haben die erste Innenflüssigkeit und die zweite Innenflüssigkeit jeweils den gleichen Inhalt wie die Standardflüssigkeit. Auch wenn es also zum Vermischen der ersten Innenflüssigkeit, der zweiten Innenflüssigkeit und der Standardflüssigkeit über den ersten Fensterabschnitt bzw. den zweiten Fensterabschnitt kommt, tritt keine Änderung der Zusammensetzungen der ersten Innenflüssigkeit, der zweiten Innenflüssigkeit oder der Standardflüssigkeit auf. Somit kann die Kalibrierung mit hohem Genauigkeitsgrad realisiert werden. ferner führt dies zu einer vorteilhaften Wirkung, dass es beispielsweise bei Vermarktung des Sensorkopfs als handelsübliches Produkt möglich ist, einen langen Zeitraum zu gewährleisten, in dem der Sensorkopf mit hohem Genauigkeitsgrad durch die Standardflüssigkeit kalibriert werden kann.
Im Sensorkopf gemäß einer Ausführungsform
ist ein Ionenselektionsfilm, der selektiv ermöglicht, dass eine in der zu messenden Flüssigkeit enthaltene spezifische Ionenspezies ihn durchdringt oder darin absorbiert wird, am ersten Fensterabschnitt vorgesehen und
ist ein Flüssigkeitskommunikationsweg, der Kommunikationsfluss zwischen der Standardflüssigkeit oder der zu messenden Flüssigkeit und der zweiten Innenflüssigkeit ermöglicht, im zweiten Fensterabschnitt gebildet.
Gemäß dem Sensorkopf dieser Ausführungsform kann die Konzentration der spezifischen Ionenspezies gemessen werden.
Im Sensorkopf gemäß einer Ausführungsform sind ein erster Ionenselektionsfilm und ein zweiter Ionenselektionsfilm, die selektiv ermöglichen, dass sich voneinander unterscheidende und in der zu messenden Flüssigkeit enthaltene Ionenspezies sie durchdringen oder darin absorbiert werden, am ersten Fensterabschnitt bzw. zweiten Fensterabschnitt vorgesehen.
Gemäß dem Sensorkopf dieser Ausführungsform kann ein Konzentrationsverhältnis zwischen sich voneinander unterscheidenden Ionenspezies gemessen werden.
Im Sensorkopf gemäß einer Ausführungsform
ist die Montagefläche eine Hauptfläche eines Substrats mit einer vorbestimmten Größe und
sind eine erste Ausziehelektrode und eine zweite Ausziehelektrode, die sich von der ersten bzw. zweiten Elektrode zu einem Kantenabschnitt des Substrats auf der Montagefläche erstrecken, an der Montagefläche vorgesehen.
Im Sensorkopf gemäß dieser Ausführungsform sind eine erste Ausziehelektrode und eine zweite Ausziehelektrode, die sich von der ersten bzw. zweiten Elektrode zu einem Kantenabschnitt des Substrats auf der Montagefläche erstrecken, an der Montagefläche vorgesehen. Folglich baut beispielsweise ein Benutzer Abschnitte des Sensorkopfs, auf denen sich die erste Ausziehelektrode und die zweite Ausziehelektrode erstrecken (wobei die Abschnitte als „Elektrodenanschlussabschnitte” bezeichnet sind) an einem Verbinder mit Kontakten an, die der ersten Ausziehelektrode und der zweiten Ausziehelektrode entsprechen. Dadurch kann eine Potenzialdifferenz oder ein elektrischer Strom zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode über den Verbinder leicht detektiert werden, Nachdem elektrochemische Messdaten im Hinblick auf eine zu messende Flüssigkeit erhalten sind, kann der Sensorkopf vom Verbinder leicht entfernt werden. Folglich lässt sich der Sensorkopf leicht entsorgen, wozu Vorteile kommen, dass der Sensorkopf miniaturisiert sowie mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann.
Ein elektrochemischer Sensor der Erfindung weist auf:
einen erfindungsgemäßen Sensorkopf; und
ein Detektionsteil, das eine Potenzialdifferenz oder einen elektrischen Strom zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode detektiert.
Gemäß dem elektrochemischen Sensor der Erfindung detektiert das Detektionsteil eine Potenzialdifferenz oder einen elektrischen Strom zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode im Sensorkopf in einem Zustand, in dem die Standardflüssigkeit aus dem Flüssigkeitshaltematerial austritt, so dass die Standardflüssigkeit mit der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode in Kontakt gebracht ist. Dadurch ist es möglich, Messdaten im Hinblick auf die Standardflüssigkeit zu erhalten. Durch Detektieren einer Potenzialdifferenz oder eines elektrischen Stroms zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode unter einer Bedingung, dass beispielsweise der Sensorkopf am Sensorkörper angebaut ist, kann ein Benutzer folglich die Kalibrierung des Sensorkopfs vornehmen, ohne einen Kalibriervorgang bewusst durchzuführen. Nach Erhalten von Messdaten im Hinblick auf die Standardflüssigkeit versetzt der Benutzer den Sensorkopf in einen Zustand, in dem die Standardflüssigkeit im Flüssigkeitshaltematerial gegen eine zu messende Flüssigkeit ausgetauscht ist, indem die zu messende Flüssigkeit auf das Flüssigkeitshaltematerial gesprüht oder indem das Flüssigkeitshaltematerial in die zu messende Flüssigkeit eingetaucht wird. Durch Detektieren einer Potenzialdifferenz oder eines elektrischen Stroms zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode durch das Detektionsteil in einem solchen Zustand ist es möglich, Messdaten im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit zu erhalten. Durch Kalibrieren der Messdaten im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit mit Hilfe der Messdaten im Hinblick auf die Standardflüssigkeit ist es möglich, elektrochemische Messdaten im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit mit hohem Genauigkeitsgrad zu erhalten.
Da ferner der Sensorkopf miniaturisiert und mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann, lässt sich der elektrochemische Sensor miniaturisieren und insgesamt mit niedrigen Kosten herstellen.
In einem weiteren Aspekt weist ein erfindungsgemäßer elektrochemischer Sensor auf:
einen erfindungsgemäßen Sensorkopf, wobei die Montagefläche eine Hauptfläche eines Substrats mit einer vorbestimmten Größe ist und eine erste Ausziehelektrode und eine zweite Ausziehelektrode, die sich zu einem Kantenabschnitt des Substrats von der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode erstrecken, auf der Montagefläche vorgesehen sind;
einen Körper, der einen Verbinder aufweist, an dem Elektrodenanschlussabschnitte, an denen sich die erste Ausziehelektrode und die zweite Ausziehelektrode des Sensorkopfs erstrecken, abnehmbar angebaut sind; und
ein Detektionsteil, das am Körper angebaut ist, wobei das Detektionsteil eine Potenzialdifferenz oder einen elektrischen Strom zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode über die erste Ausziehelektrode und die zweite Ausziehelektrode des Sensorkopfs detektiert, der am Verbinder angebaut ist.
Beim erfindungsgemäßen elektrochemischen Sensor baut bei Verwendung des elektrochemischen Sensors der Benutzer den Elektrodenanschlussabschnitt des Sensorkopfs am Verbinder mit Kontakten an, die der ersten Ausziehelektrode und der zweiten Ausziehelektrode entsprechen. Danach detektiert das Detektionsteil eine Potenzialdifferenz oder einen elektrischen Strom zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode im Sensorkopf in einem Zustand, in dem die Standardflüssigkeit aus dem Flüssigkeitshaltematerial austritt, so dass die Standardflüssigkeit mit der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode in Kontakt gebracht ist. Dadurch ist es möglich, Messdaten im Hinblick auf die Standardflüssigkeit zu erhalten. Durch Detektieren einer Potenzialdifferenz oder eines elektrischen Stroms zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode unter einer Bedingung, dass beispielsweise der Sensorkopf am Sensorkörper angebaut ist, kann folglich ein Benutzer die Kalibrierung des Sensorkopfs vornehmen, ohne einen Kalibriervorgang bewusst durchzuführen. Nach Erhalten von Messdaten im Hinblick auf die Standardflüssigkeit versetzt der Benutzer den Sensorkopf in einen Zustand, in dem die Standardflüssigkeit im Flüssigkeitshaltematerial gegen eine zu messende Flüssigkeit ausgetauscht ist, indem die zu messende Flüssigkeit auf das Flüssigkeitshaltematerial gesprüht oder indem das Flüssigkeitshaltematerial in die zu messende Flüssigkeit eingetaucht wird. Durch Detektieren einer Potenzialdifferenz oder eines elektrischen Stroms zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode durch das Detektionsteil in einem solchen Zustand ist es möglich, Messdaten im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit zu erhalten. Durch Kalibrieren der Messdaten im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit mit Hilfe der Messdaten im Hinblick auf die Standardflüssigkeit ist es möglich, elektrochemische Messdaten im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit mit hohem Genauigkeitsgrad zu erhalten.
Hierbei kann der Abschnitt des Sensorkopfs, an dem das Flüssigkeitshaltematerial angeordnet ist, so konfiguriert sein, dass er vom Körper nach außen vorsteht. In diesem Fall kann ein elektrochemischer Handsensor vorgesehen sein, den der Benutzer verwendet, indem er den Körper mit seiner Hand hält. Mit dem Gebrauch eines solchen elektrochemischen Handsensors kann der Benutzer leicht einen Vorgang zum Sprühen einer zu messenden Flüssigkeit auf das Flüssigkeitshaltematerial und einen Vorgang zum Eintauchen des Flüssigkeitshaltematerials in eine zu messende Flüssigkeit durchführen.
Der elektrochemische Sensor gemäß einer Ausführungsform weist ferner auf:
ein erstes Steuerteil, das eine erste Steuerung zum Detektieren der Potenzialdifferenz oder des elektrischen Stroms durch Betreiben des Detektionsteils im Hinblick auf die Standardflüssigkeit durchführt;
ein zweites Steuerteil, das eine zweite Steuerung zum Detektieren der Potenzialdifferenz oder des elektrischen Stroms durch Betreiben des Detektionsteils im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit durchführt; und
ein drittes Steuerteil, das ein Signal als Anzeige elektrochemischer Messdaten der zu messenden Flüssigkeit ausgibt, indem eine arithmetische Operation mit Hilfe der Konzentration einer spezifischen Komponente der Standardflüssigkeit, der im Hinblick auf die Standardflüssigkeit detektierten Potenzialdifferenz oder des elektrischen Stroms und der im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit detektierten Potenzialdifferenz oder des elektrischen Stroms durchgeführt wird.
Im elektrochemischen Sensor dieser Ausführungsform führt das erste Steuerteil eine erste Steuerung zum Detektieren der Potenzialdifferenz oder des elektrischen Stroms durch Betreiben des Detektionsteils im Hinblick auf die Standardflüssigkeit durch. Das zweite Steuerteil führt eine zweite Steuerung zum Detektieren der Potenzialdifferenz oder des elektrischen Stroms durch Betreiben des Detektionsteils im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit durch. Danach gibt das dritte Steuerteil ein Signal als Anzeige elektrochemischer Messdaten der zu messenden Flüssigkeit aus, indem eine arithmetische Operation mit Hilfe der Konzentration einer spezifischen Komponente der Standardflüssigkeit, der im Hinblick auf die Standardflüssigkeit detektierten Potenzialdifferenz oder des elektrischen Stroms und der im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit detektierten Potenzialdifferenz oder des elektrischen Stroms durchgeführt wird. Folglich ist es möglich, die Konzentration der spezifischen Komponente im zu messenden Objekt zu erhalten.
Im elektrochemischen Sensor gemäß einer Ausführungsform
startet das erste Steuerteil die erste Steuerung unter einer Bedingung, dass der Elektrodenanschlussabschnitt des Sensorkopfs am Verbinder angebaut ist, und
startet das zweite Steuerteil die zweite Steuerung unter einer Bedingung, dass ein vorbestimmter Befehl eingegeben wird, nachdem die erste Steuerung beendet ist.
Im elektrochemischen Sensor gemäß dieser Ausführungsform startet das erste Steuerteil die erste Steuerung unter einer Bedingung, dass der Elektrodenanschlussabschnitt des Sensorkopfs am Verbinder angebaut ist. Daher kann ein Benutzer die Kalibrierung des Sensorkopfs vornehmen, ohne einen Kalibriervorgang bewusst durchzuführen. Das zweite Steuerteil startet die zweite Steuerung unter einer Bedingung, dass ein vorbestimmter Befehl eingegeben wird, nachdem die erste Steuerung beendet ist. Der vorbestimmte Befehl wird so erteilt, dass das Detektionsteil in einem Zustand betrieben wird, in dem die Standardflüssigkeit im Flüssigkeitshaltematerial gegen das zu messende Material ausgetauscht ist. Dadurch können die elektrochemischen Messdaten im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit mit hohem Genauigkeitsgrad erhalten werden.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Verwendung eines elektrochemischen Sensors verwendet einen elektrochemischen Sensor mit einem Sensorkopf der Erfindung, wobei das Flüssigkeitshaltematerial direkt mit der ersten und zweiten Elektrode in Kontakt steht, und ferner mit einem Detektionsteil, das eine Potenzialdifferenz oder einen elektrischen Strom zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode detektiert, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Detektieren der Potenzialdifferenz oder des elektrischen Stroms im Hinblick auf die Standardflüssigkeit durch Betreiben des Detektionsteils;
anschließendes Detektieren der Potenzialdifferenz oder des elektrischen Stroms im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit durch Betreiben des Detektionsteils in einem Zustand, in dem die Standardflüssigkeit im Flüssigkeitshaltematerial gegen die zu messende Flüssigkeit ausgetauscht ist, indem die zu messende Flüssigkeit auf das Flüssigkeitshaltematerial gesprüht oder indem das Flüssigkeitshaltematerial in die zu messende Flüssigkeit eingetaucht wird.
In einem solchen Verfahren zur Verwendung eines elektrochemischen Sensors der Erfindung sprüht nach Erhalten der Messdaten im Hinblick auf die Standardflüssigkeit ein Benutzer die zu messende Flüssigkeit auf das Flüssigkeitshaltematerial oder taucht das Flüssigkeitshaltematerial in die zu messende Flüssigkeit ein. Dadurch werden die Messdaten im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit erhalten. Folglich kann ein Benutzer die Messung mit einem einfachen Vorgang durchführen. Wird insbesondere eine zu messende Flüssigkeit, die aus einem lebenden Körper abgegeben wird (zum Beispiel Urin), direkt auf das Flüssigkeitshaltematerial aus dem lebenden Körper gesprüht, braucht ein Benutzer keinen Behälter zur Lagerung der zu messenden Flüssigkeit oder kein Instrument zur Handhabung der zu messenden Flüssigkeit vorzubereiten, was das Verfahren zweckmäßig macht.
In einem weiteren Aspekt verwendet ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Verwendung eines elektrochemischen Sensors einen elektrochemischen Sensor mit einem Sensorkopf der Erfindung, der einen Flüssigkeitsblockierfilm hat, der zwischen dem Flüssigkeitshaltematerial und der ersten und zweiten Elektrode zum Blockieren des Durchgangs von Flüssigkeit angeordnet ist, und ferner mit einem Detektionsteil, das eine Potenzialdifferenz oder einen elektrischen Strom zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode detektiert, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Detektieren der Potenzialdifferenz oder des elektrischen Stroms durch Betreiben des Detektionsteils im Hinblick auf die Standardflüssigkeit durch Herausziehen des Flüssigkeitsblockierfilms zwischen dem Flüssigkeitshaltematerial und der ersten und zweiten Elektrode, wodurch das Flüssigkeitshaltematerial mit der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode in Kontakt gebracht wird, und
anschließendes Detektieren der Potenzialdifferenz oder des elektrischen Stroms im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit durch Betreiben des Detektionsteils in einem Zustand, in dem die Standardflüssigkeit im Flüssigkeitshaltematerial gegen die zu messende Flüssigkeit ausgetauscht ist, indem die zu messende Flüssigkeit auf das Flüssigkeitshaltematerial gesprüht oder indem das Flüssigkeitshaltematerial in die zu messende Flüssigkeit eingetaucht wird.
Zieht im Verfahren zur Verwendung eines elektrochemischen Sensors der Erfindung ein Benutzer den Flüssigkeitsblockierfilm heraus, werden die Messdaten im Hinblick auf die Standardflüssigkeit erhalten. Danach sprüht ein Benutzer die zu messende Flüssigkeit auf das Flüssigkeitshaltematerial oder taucht das Flüssigkeitshaltematerial in die zu messende Flüssigkeit ein. Dadurch werden die Messdaten im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit erhalten. Folglich kann ein Benutzer die Messung mit einem einfachen Vorgang durchführen. Wird insbesondere eine zu messende Flüssigkeit, die aus einem lebenden Körper abgegeben wird (zum Beispiel Urin), direkt auf das Flüssigkeitshaltematerial aus dem lebenden Körper gesprüht, braucht ein Benutzer keinen Behälter zur Lagerung der zu messenden Flüssigkeit oder kein Instrument zur Handhabung der zu messenden Flüssigkeit vorzubereiten, was das Verfahren zweckmäßig macht.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Wie aus der vorstehenden Darstellung klar hervorgeht, kann gemäß dem Sensorkopf der Erfindung die Kalibrierung zur elektrochemischen Messung mit einem einfachen Vorgang durchgeführt werden, und der Sensorkopf kann miniaturisiert und kann mit niedrigen Kosten hergestellt werden.
Ferner kann im elektrochemischen Sensor der Erfindung die Kalibrierung des Sensorkopfs mit einem einfachen Vorgang durchgeführt werden, und der elektrochemische Sensor kann miniaturisiert sowie mit niedrigen Kosten hergestellt werden.
Weiterhin kann gemäß dem verfahren zur Verwendung eines elektrochemischen Sensors der Erfindung die Messung mit einem einfachen Vorgang durchgeführt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm eines Aufbaus eines elektrochemischen Sensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2A ist eine explodierte Perspektivansicht eines Sensorkopfs, der am elektrochemischen Sensor gemäß 1 anbaubar ist, wobei ein Flüssigkeitshaltematerial und Elektroden in direkten Kontakt miteinander gebracht sind (im Folgenden „vom Kontakttyp” genannt). 2B ist eine explodierte Perspektivansicht eines Sensorkopfs, der am elektrochemischen Sensor gemäß 1 anbaubar ist, wobei ein Flüssigkeitsblockierfilm, der bei Gebrauch herauszuziehen ist, zwischen einem Flüssigkeitshaltematerial und Elektroden vorhanden ist (im Folgenden „vom Ausziehtyp” genannt).
3 ist eine Perspektivansicht des Sensorkopfs in einem fertiggestellten Zustand in Entsprechung zu 2A zusammen mit einem Verbinder in Entsprechung zum Sensorkopf.
4 ist eine Ansicht des Sensorkopfs in einem fertiggestellten Zustand, wobei der Sensorkopf mit einem Dichtungsbauteil in Form eines Beutels bedeckt ist.
5 ist eine Ansicht eines Querschnitts (der einem Querschnitt an einer Linie V-V in 3 entspricht) des Sensorkopfs vom Kontakttyp in einem fertiggestellten Zustand.
6 ist eine Ansicht eines Querschnitts des Sensorkopfs vom Ausziehtyp in einem fertiggestellten Zustand.
7 ist eine Querschnittansicht eines Aufbaubeispiels des Sensorkopfs vom Kontakttyp.
8 ist eine Querschnittansicht eines Aufbaubeispiels des Sensorkopfs vom Ausziehtyp.
9 ist eine Querschnittansicht eines weiteren Aufbaubeispiels des Sensorkopfs vom Kontakttyp.
10 ist eine Querschnittansicht eines weiteren Aufbaubeispiels des Sensorkopfs vom Ausziehtyp.
11 ist eine Querschnittansicht noch eines weiteren Aufbaubeispiels des Sensorkopfs vom Kontakttyp.
12 ist eine Querschnittansicht noch eines weiteren Aufbaubeispiels des Sensorkopfs vom Ausziehtyp.
13 ist eine Querschnittansicht noch eines weiteren Aufbaubeispiels des Sensorkopfs vom Kontakttyp.
14 ist eine Querschnittansicht noch eines weiteren Aufbaubeispiels des Sensorkopfs vom Ausziehtyp.
15 ist ein Ablaufplan eines Betriebsablaufs beim Messen der Konzentration einer spezifischen Komponente in einer zu messenden Flüssigkeit mit Hilfe des elektrochemischen Sensors mit dem Sensorkopf vom Kontakttyp.
16 ist ein Ablaufplan eines Betriebsablaufs beim Messen eines Konzentrationsverhältnisses zwischen einer ersten spezifischen Komponente und einer zweiten spezifischen Komponente in einer zu messenden Flüssigkeit mit Hilfe des elektrochemischen Sensors mit dem Sensorkopf vom Kontakttyp.
17A und 17B sind Blockdiagramme, die jeweils einen Aufbau eines Messsystems zeigen, das in experimentellen Prüfungen verwendet wird, die für jeweilige Sensorköpfe durchgeführt werden.
18A und 18B sind Blockdiagramme, die jeweils einen Aufbau eines Messsystems zeigen, das in experimentellen Prüfungen verwendet wird, die für jeweilige Sensorköpfe durchgeführt werden.
19A ist eine explodierte Ansicht eines in der experimentellen Prüfung verwendeten Sensorkopfs vom Kontakttyp, und 19B ist eine Querschnittansicht eines Aufbaus des Sensorkopfs in einem fertiggestellten Zustand, der 19A entspricht.
20 ist ein Diagramm einer Korrelation zwischen einem Messergebnis durch einen handelsüblichen Sensorkopf und einem Messergebnis des Sensorkopfs der Ausführungsform im Hinblick auf verschiedene Konzentrationen spezifischer Komponenten in einer zu messenden Flüssigkeit.
21 ist ein Diagramm eines Messergebnisses durch den Sensorkopf der Ausführungsform, wenn ein Konzentrationsverhältnis zwischen einer ersten spezifischen Komponente und einer zweiten spezifischen Komponente in einer zu messenden Flüssigkeit variiert wird.
22 ist ein Diagramm einer Änderung der detektierten Potenzialdifferenz im zeitlichen Verlauf, wenn drei Arten wässriger NaCl-Lösungen mit unterschiedlichen Konzentrationen einer zu messenden Flüssigkeit wiederholt auf den Sensorkopf der Ausführungsform gesprüht werden.
23 ist ein Diagramm einer Korrelation zwischen einer festgelegten NaCl-Konzentration und einer detektierten Potenzialdifferenz, die mit Hilfe der Messdaten gemäß 22 erhalten wird.
24 ist ein Diagramm einer Änderung eines detektierten Potenzials im zeitlichen Verlauf, wenn eine wässrige NaCl-Lösung direkt auf den Sensorkopf der Ausführungsform gesprüht wird, einer Änderung eines detektierten Potenzials im zeitlichen Verlauf, wenn eine wässrige NaCl-Lösung direkt auf den Sensorkopf eines Vergleichsbeispiels gesprüht wird und einer Änderung eines detektierten Potenzials im zeitlichen Verlauf, wenn der Sensorkopf des Vergleichsbeispiel zusammen in eine wässrige NaCl-Lösung eingetaucht wird.
25 ist eine Tabelle des durch Analysieren der Messdaten gemäß 24 erhaltenen Ergebnisses.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Die Erfindung wird im Zusammenhang mit Ausführungsformen näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind.
Erste Ausführungsform
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Aufbaus eines elektrochemischen Sensors (wobei der gesamte Sensor mit der Bezugszahl 90 bezeichnet ist) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Der elektrochemische Sensor 90 weist im Wesentlichen einen Sensorkopf 30 und einen Körper 10 mit einem Gehäuse 10' auf. Der Körper 10 weist einen Verbinder 21 auf, an dem der Sensorkopf 30 abnehmbar angebaut ist. Der Verbinder 21 ist in einem Zustand vorgesehen, in dem der Verbinder 21 eine Wandfläche des Gehäuses 10' durchdringt. Im Körper 10 sind ein Steuerteil 11, ein Dateneingabeteil 12, ein Bedienteil 13, ein Sensorkopf-Verbindungsdetektionsteil 14 und ein Anzeigeteil 20 eingebaut und untergebracht. Das Steuerteil 11 weist ein später beschriebenes Arithmetikberechnungsteil 15 auf.
In dieser Ausführungsform hat der Körper 10 ein längliches Ecksäulenprofil, damit ein Benutzer den Körper 10 in seiner Hand halten kann. Der Sensorkopf 30 hat eine annähernd rechtwinklige Plattenform. Als Ergebnis ist der elektrochemische Sensor 90 als Handvorrichtung konfiguriert, die ein Benutzer verwendet, während er den Körper 10 in seiner Hand hält, was später näher beschrieben wird.
Der Sensorkopf 30 kann einige erfindungsgemäße Konfigurationen annehmen. 2A zeigt in einem explodierten Zustand einen Sensorkopf 30A vom Kontakttyp als ein Beispiel für den Sensorkopf 30. 3 zeigt einen fertiggestellten Zustand des Sensorkopfs 30A. „Vom Kontakttyp” bedeutet, dass ein Flüssigkeitshaltematerial 51 und Elektroden 41, 42, die später beschrieben werden, in direkten Kontakt miteinander gebracht sind.
Wie aus 2A klar hervorgeht, weist der Sensorkopf 30A auf: ein rechtwinkliges Substrat 31 mit einer vorbestimmten Größe, eine erste Elektrode 41 und eine zweite Elektrode 42, die eine Kreisscheibenform oder eine Rundsäulenform haben und auf einer Montagefläche 31a, die eine von Hauptflächen des Substrats 31 bildet, entlang einer Seite 31c beabstandet angeordnet sind; und eine erste Ausziehelektrode 43 und eine zweite Ausziehelektrode 44, die sich in Richtung X von der ersten und zweiten Elektrode 41, 42 zu einer Gegenseite (Kantenabschnitt) 31e des Substrats 31 parallel erstrecken.
Das Substrat 31 ist aus einem Isoliermaterial hergestellt, z. B. PET (Polyethylenterephthalat), Glas, Silicium, einem Polyimidfilm oder einem Glasepoxidharz. Somit hat die Montagefläche 31a ebenfalls Isoliervermögen. Die erste Ausziehelektrode 43 und die zweite Ausziehelektrode 44 sind aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt, z. B. Pt, Ag, Au, Ir, C oder IrO₂.
Zudem weist der Sensorkopf 30A eine rechtwinklige Flüssigkeitshaltebahn 51 auf, die ein Flüssigkeitshaltematerial auf ihrer Montagefläche 31a so bildet, dass die Flüssigkeitshaltebahn 51 die erste Elektrode 41 und die zweite Elektrode 42 in einem Stück bedeckt. Die Flüssigkeitshaltebahn 51 bedeckt etwa die Hälfte der Montagefläche 31a nahe einer Seite 31c der Montagefläche 31a. Ein Abschnitt der Flüssigkeitshaltebahn 51, der zur Montagefläche 31a weist, ist mit der Montagefläche 31a durch ein nicht gezeigtes Klebemittel verklebt (ein doppelseitiges Klebeband kann verwendet werden).
Die Flüssigkeitshaltebahn 51 ist mit einer Standardflüssigkeit getränkt bzw. imprägniert, die zu einer Referenz bei der elektrochemischen Messung wird. Die Flüssigkeitshaltebahn 51 hat Flüssigkeitsdurchdringungsvermögen, das ermöglicht, dass eine zu messende Flüssigkeit die Flüssigkeitshaltebahn 51 zur ersten Elektrode 41 und zweiten Elektrode 42 durchdringt. Folglich ist es möglich, die Flüssigkeitshaltebahn 51 leicht in einen Zustand zu versetzen, in dem die Standardflüssigkeit in der Flüssigkeitshaltebahn 51 gegen die zu messende Flüssigkeit ausgetauscht ist, indem die zu messende Flüssigkeit auf die Flüssigkeitshaltebahn 51 gesprüht oder indem die Flüssigkeitshaltebahn 51 in die zu messende Flüssigkeit eingetaucht wird.
In dieser Ausführungsform ist die Flüssigkeitshaltebahn 51 aus einem papierartigen Material hergestellt, das durch Aggregieren von Fasern gebildet ist. Neben einem solchen Material können als Material zur Bildung der Flüssigkeitshaltebahn 51 verschiedene Materialien zum Einsatz kommen, darunter beispielsweise ein gelartiges Material, z. B. Agar, Gelatine, Agarosegel, Cellulosegel oder Polyacrylamid, ein stoffartiges Material, das durch Aggregieren von Fasern gebildet ist, oder ein poröses Material, z. B. Schwamm. Erwünscht ist, dass die Flüssigkeitshaltebahn 51 gegenüber der Standardflüssigkeit beständig ist. Somit kann die Flüssigkeitshaltebahn 51 einen Zustand aufrecht erhalten, in dem die Flüssigkeitshaltebahn 51 mit der Standardflüssigkeit über einen langen Zeitraum imprägniert ist. Dies führt zu einer vorteilhaften Wirkung, beispielsweise bei Vermarktung des Sensorkopfs 30A als handelsübliches Erzeugnis.
Ferner weist der Sensorkopf 30A eine rechtwinklige Dichtungsbahn 71 als Dichtungsbauteil auf, das die Flüssigkeitshaltebahn 51 zum Verhindern einer Änderung der Standardflüssigkeit bedeckt, mit der die Flüssigkeitshaltebahn 51 imprägniert ist.
In dieser Ausführungsform hat die Dichtungsbahn 71 eine Ebenenrichtungsgröße, die größer als eine Ebenenrichtungsgröße der Flüssigkeitshaltebahn 51 ist. Auf der Montagefläche 31a sind vier Seiten 51c, 51d, 51e, 51f der Flüssigkeitshaltebahn 51 an Positionen angeordnet, die von vier Seiten 71c, 71d, 71e, 71f der Dichtungsbahn 71 um eine vorbestimmte Größe nach innen eingezogen sind. Drei Seiten 71c, 71d, 71f der Dichtungsbahn 71 sind an Positionen angeordnet, an denen diese Seiten 71c, 71d, 71f mit drei Seiten 31c, 31d, 31f des Substrats 41 zusammenfallen. Kantenabschnitte der Dichtungsbahn 71 an vier Seiten 71c, 71d, 71e, 71f (Abschnitte der Dichtungsbahn 71, die außerhalb der Flüssigkeitshaltebahn 51 positioniert sind) sind mit der Montagefläche 31a über ein doppelseitiges Klebeband 61 mit rechtwinkliger Rahmenform hermetisch verklebt. Die Dichtungsbahn 71 ist in Form einer Bahn auf die gleiche Weise wie die Flüssigkeitshaltebahn 51 konfiguriert, weshalb der Sensorkopf 30A mit kleiner Dicke ausgebildet sein kann.
Mit Hilfe der Dichtungsbahn 71 ist es möglich, eine Änderung der Standardflüssigkeit zu verhindern, mit der die Flüssigkeitshaltebahn 51 imprägniert ist. Folglich kann die Kalibrierung mit hohem Genauigkeitsgrad realisiert werden. Dies führt zu einer vorteilhaften Wirkung, dass es zum Beispiel bei Vermarktung des Sensorkopfs 30A als handelsübliches Produkt möglich ist, einen langen Zeitraum zu gewährleisten, in dem der Sensorkopf 30A mit hohem Genauigkeitsgrad mit Hilfe der Standardflüssigkeit kalibriert werden kann. Erwünscht ist, dass die Dichtungsbahn 71 durch einen Benutzer unmittelbar vor Gebrauch des Sensorkopfs 30A entfernt wird. Die Dichtungsbahn 71 ist mit der Montagefläche 31a über das doppelseitige Klebeband 61 verklebt, weshalb ein Benutzer die Dichtungsbahn 71 mit seinem Nagel leicht entfernen kann.
Wie aus 3 klar hervorgeht, liegen auf einem Abschnitt 30x des Sensorkopfs 30A, der nicht mit der Dichtungsbahn 71 bedeckt ist (der Abschnitt 30x ist nachstehend als „Elektrodenanschlussabschnitt” bezeichnet) 30x, die erste Ausziehelektrode 43 und die zweite Ausziehelektrode 44 frei.
Gemäß 5 (die einem Querschnitt an einer Linie V-V in 3 entspricht) ist in dieser Ausführungsform (vom Kontakttyp) die Flüssigkeitshaltebahn 51 in direkten Kontakt mit der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42 gebracht. Somit ist zu einem Zeitpunkt, zu dem ein Benutzer den Sensorkopf 30A verwenden will, der Sensorkopf 30A bereits in einen Zustand versetzt, in dem die Standardflüssigkeit aus der Flüssigkeitshaltebahn 51 austritt und in Kontakt mit der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42 gebracht ist.
Der Sensorkopf 30A mit dem o. g. Aufbau hat die relativ kleine Anzahl von Bauelementen, weshalb der Sensorkopf 30A miniaturisiert und zudem mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann.
Wie insbesondere 3 zeigt, weist der Verbinder 21 gemäß 1 einen Schlitz 22 auf, in den der Elektrodenanschlussabschnitt 30x des Sensorkopfs 30A einzusetzen ist. Innerhalb des Schlitzes 22 sind aus einer L-förmigen Blattfeder gebildete Kontaktbauteile 23, 24 an Positionen vorgesehen, die der ersten Ausziehelektrode 43 und der zweiten Ausziehelektrode 44 des Sensorkopfs 30A entsprechen. Setzt ein Benutzer den Elektrodenanschlussabschnitt 30x des Sensorkopfs 30A in das Innere des Schlitzes 22 ein, werden die erste Ausziehelektrode 43 und die zweite Ausziehelektrode 44 mit den Kontaktbauteilen 23, 24 in Kontakt gebracht, wodurch sie mit den Kontaktbauteilen 23, 24 elektrisch leitend werden. Als Ergebnis kann eine Potenzialdifferenz oder ein elektrischer Strom zwischen der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42 des Sensorkopfs 30A durch den Körper 10 über den Verbinder 21 detektiert werden.
In einem Zustand, in dem der Sensorkopf 30A am Körper 10 über den Verbinder 21 angebaut ist, ist ein Abschnitt des Sensorkopfs 30A, in dem die Flüssigkeitshaltebahn 51 angeordnet ist, so konfiguriert, dass er vom Körper 10 nach außen vorsteht. Dadurch kann ein Benutzer leicht einen Vorgang zum Sprühen einer zu messenden Flüssigkeit auf die Flüssigkeitshaltebahn 51 oder einen Vorgang zum Eintauchen der Flüssigkeitshaltebahn 51 in die zu messende Flüssigkeit durch Halten des Körpers 10 in seiner Hand durchführen.
Das am Körper 10 gemäß 1 angebaute Dateneingabeteil 12 gibt eine Potenzialdifferenz oder einen elektrischen Strom zwischen der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42 des Sensorkopfs 30A ein.
Ob der Sensorkopf 30A am Körper 10 angebaut ist, detektiert das Sensorkopf-Verbindungsdetektionsteil 14 anhand dessen, ob die Kontaktbauteile 23, 24 des Verbinders 21 geöffnet sind. Ein Grenzschalter (in der Zeichnung nicht gezeigt) kann im Inneren des Schlitzes 22 gemäß 3 vorgesehen sein. Ob der Sensorkopf 30A am Körper 10 angebaut ist, kann das Sensorkopf-Verbindungsdetektionsteil 14 anhand dessen detektieren, ob ein Abschnitt des Substrats 31 mit dem Grenzschalter so in Kontakt gebracht ist, dass der Grenzschalter eingeschaltet ist.
Das Steuerteil 11 in 1 weist eine CPU (Zentraleinheit) auf, die in Übereinstimmung mit Software betrieben wird, und steuert einen Betrieb des gesamten elektrochemischen Sensors 90. Insbesondere weist das Steuerteil 11 ein Arithmetikoperationsteil 15 auf, das ein Detektionsteil darstellt. Das Arithmetikoperationsteil 15 weist auf: ein Kalibrierprobenmesspotenzial-Aufzeichnungsteil 16; ein Arithmetikoperationsformel-Berechnungsteil 17; ein Probenmesspotenzial-Aufzeichnungsteil 18; und ein Konzentrationsumwandlungs-Verarbeitungsteil 19, die später näher erläutert werden.
Das Bedienteil 13 gemäß 13 ist in dieser Ausführungsform aus einem Drucktastenschalter gebildet und ermöglicht, dass ein Benutzer einen Befehl zum Starten der Messung einer zu messenden Flüssigkeit eingibt.
Das Anzeigeteil 20 ist in dieser Ausführungsform aus einer LCD (Flüssigkristall-Anzeigebauelement) gebildet. Das Anzeigeteil 20 zeigt verschiedene Informationen an, z. B. ein Ergebnis einer arithmetischen Operation durch das Steuerteil 11.
Unmittelbar vor Gebrauch des elektrochemischen Sensors 90 entfernt ein Benutzer die Dichtungsbahn 71 vom Sensorkopf 30A und baut den Elektrodenanschlussabschnitt 30x des Sensorkopfs 30A im Verbinder 21 des Körpers 10 ein. Zu diesem Zeitpunkt ist im Sensorkopf 30A die Standardflüssigkeit bereits aus der Flüssigkeitshaltebahn 51 ausgetreten und mit der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode in Kontakt gebracht.
Ist der Sensorkopf 30A am Körper 10 angebaut, detektiert das Sensorkopf-Verbindungsdetektionsteil 14 diesen Anbau, und das Arithmetikoperationsteil 15 fungiert als erstes Steuerteil als Reaktion auf die Detektion und detektiert eine Potenzialdifferenz oder einen elektrischen Strom zwischen der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42. Infolge eines solchen Betriebs werden Messdaten (eine Potenzialdifferenz oder ein elektrischer Strom, wobei diese Definition auch nachstehend gilt) im Hinblick auf die Standardflüssigkeit leicht erhalten. Das Kalibrierprobenmesspotenzial-Aufzeichnungsteil 16 speichert elektrochemische Messdaten im Hinblick auf die Standardflüssigkeit. Somit kann ein Benutzer die Kalibrierung vornehmen, ohne einen derartigen Kalibriervorgang bewusst durchzuführen.
Nachdem Messdaten im Hinblick auf die Standardflüssigkeit erhalten sind, versetzt der Benutzer den Sensorkopf 30A in einen Zustand, in dem die Standardflüssigkeit in der Flüssigkeitshaltebahn 51 gegen die zu messende Flüssigkeit ausgetauscht ist, indem die zu messende Flüssigkeit auf die Flüssigkeitshaltebahn 51 gesprüht oder indem die Flüssigkeitshaltebahn 51 in die zu messende Flüssigkeit eingetaucht wird. In einem solchen Zustand gibt der Benutzer einen Befehl zum Starten der Messung im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit durch Bedienen des Bedienteils 13 des Körpers 10 ein (durch Drücken des Drucktastenschalters in dieser Ausführungsform). Das Arithmetikoperationsteil 15 fungiert als zweites Steuerteil als Reaktion auf den Befehl und detektiert eine Potenzialdifferenz oder einen elektrischen Strom zwischen der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42. Infolge einer solchen Bedienung werden Messdaten (eine Potenzialdifferenz oder ein elektrischer Strom, wobei diese Definition auch nachstehend gilt) im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit erhalten. Das Probenmesspotenzial-Aufzeichnungsteil 18 speichert Messdaten im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit.
Danach fungiert das Arithmetikoperationsteil 15 als drittes Steuerteil, d. h., das Arithmetikoperationsformel-Berechnungsteil 17 kalibriert die Messdaten im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit mit Hilfe der Messdaten im Hinblick auf die Standardflüssigkeit (Konzentration der Standardflüssigkeit bekannt), und das Konzentrationsumwandlungs-Verarbeitungsteil 19 gibt ein Signal als Anzeige elektrochemischer Messdaten (Konzentration der spezifischen Komponente in dieser Ausführungsform) im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit aus. Folglich können die elektrochemischen Messdaten im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit mit hohem Genauigkeitsgrad erhalten werden.
Auf diese Weise kann gemäß dem elektrochemischen Sensor 90 dieser Ausführungsform ein Benutzer die Messung mit einem einfachen Vorgang vornehmen, ohne einen Kalibriervorgang bewusst durchzuführen. Wird insbesondere die zu messende Flüssigkeit (zum Beispiel Urin), die aus einem lebenden Körper abgegeben wird, direkt auf die Flüssigkeitshaltebahn 51 aus dem lebenden Körper gesprüht, braucht ein Benutzer keinen Behälter zur Unterbringung von zu messender Flüssigkeit oder kein Instrument zur Handhabung der zu messenden Flüssigkeit vorzubereiten, was den elektrochemischen Sensor 90 zweckmäßig macht. Ferner kann der elektrochemische Sensor 90 an einem Ort verwendet werden, an dem keine Leitungen zur Messung zur Verfügung stehen.
Da der Sensorkopf 30A miniaturisiert und mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann, lässt sich auch der elektrochemische Sensor 90 insgesamt miniaturisieren und mit niedrigen Kosten herstellen.
Nachdem elektrochemische Messdaten im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit erhalten sind, kann der Sensorkopf 30A vom Verbinder 21 leicht entfernt werden. Dadurch hat der Sensorkopf 30A auch einen Vorteil, dass der Sensorkopf 30A leicht entsorgbar zusammen mit den Vorteilen ist, dass der Sensorkopf 30A miniaturisiert und mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann. Folglich ist der Sensorkopf 30A zum Erhalten von Daten über ein zu messendes kontaminiertes Objekt oder eine kontaminierte Umgebung geeignet (wobei der Sensorkopf 30A entsorgbar ist, nachdem der Sensorkopf 30A verwendet wurde).
Beim Aufbau, bei dem der Elektrodenanschlussabschnitt 30x wie im Fall des o. g. Sensorkopfs 30A freiliegt, kann ein Benutzer die Dichtungsbahn 71 entfernen, unmittelbar bevor die zu messende Flüssigkeit auf den Sensorkopf 30A gesprüht oder der Sensorkopf 30A in die zu messende Flüssigkeit eingetaucht wird, statt die Dichtungsbahn 71 vor Anbau des Sensorkopfs 30A am Sensorkörper 10 zu entfernen.
Zweite Ausführungsform
In der o. g. Ausführungsform wird die in Bahnform vorgesehene Dichtungsbahn 71 als Dichtungsbauteil verwendet. Allerdings ist das Dichtungsbauteil nicht auf die Dichtungsbahn 71 beschränkt. Eine in Beutelform vorgesehene Dichtungspackung 72 kann als Dichtungsbauteil anstelle der Dichtungsbahn 71 gemäß 4 verwendet werden.
In der Ausführungsform gemäß 4 ist die Dichtungspackung 72 aus einer rechtwinkligen vorderen Bahn 72a und einer hinteren Bahn 72b mit einer Ebenenrichtungsgröße gebildet, die größer als eine Ebenenrichtungsgröße eines Substrats 31 ist. Die vordere Bahn 72a und die hintere Bahn 72b haben mindestens vier Seiten, die miteinander hermetisch verklebt sind, und bedecken ein gesamtes Substrat 31, darunter die Montagefläche 31a zusammen mit der ersten Elektrode 41, der zweiten Elektrode 42 und einer Flüssigkeitshaltebahn 51. Auch wenn ein Sensorkopf eine solche Dichtungspackung 72 aufweist, ist die Dickenreduzierung des Sensorkopfs nicht behindert. Ferner kann die Dichtungspackung 72 die Verdunstung der Standardflüssigkeit sicher verhindern, mit der die Flüssigkeitshaltebahn 51 imprägniert ist. Erwartungsgemäß wird die Dichtungspackung 72 entfernt, bevor der Sensorkopf an einem Sensorkörper 10 angebaut wird.
Der Sensorkopf kann so konfiguriert sein, dass eine Größe der Dichtungspackung 72 im Hinblick auf die Richtung, in der sich Ausziehelektroden 43, 44 erstrecken (Richtung X) etwa halbiert ist, so dass die Dichtungspackung 72 nur etwa den halben Abschnitt des Substrats 31 bedeckt (auf einer Seite, auf der die Flüssigkeitshaltebahn 51 angeordnet ist) und ein Elektrodenanschlussabschnitt 30x freiliegt. Bei einem solchen Aufbau entfernt ein Benutzer die Dichtungspackung 72 möglicherweise nicht vor Anbau des Sensorkopfs am Sensorkörper 10, sondern unmittelbar bevor die zu messende Flüssigkeit auf den Sensorkopf gesprüht oder der Sensorkopf in die zu messende Flüssigkeit eingetaucht wird.
Dritte Ausführungsform
7 zeigt ein spezifisches Aufbaubeispiel (mit einer Bezugszahl 30A-1 bezeichnet), in dem der Sensorkopf 30A gemäß 3 als Ionensensor angewendet werden kann.
Im Sensorkopf 30A-1 gemäß dieser Ausführungsform ist die erste Elektrode 41 aus einem ersten Kernmaterial 41m mit elektrischer Leitfähigkeit und einem Ionenselektionsfilm 41i gebildet, der in Kontakt mit einer Oberfläche des ersten Kernmaterials 41m ausgebildet ist und den Durchgang einer in der zu messenden Flüssigkeit enthaltenen spezifischen Ionenspezies oder die Absorption der spezifischen Ionenspezies darin selektiv ermöglicht. Die erste Elektrode 41 stellt eine Ionenselektionselektrode dar. Andererseits ist die zweite Elektrode 42 nur aus einem elektrisch leitenden Material (zweiten Kernmaterial) 42m gebildet und stellt eine Referenzelektrode dar, die eine nichtempfindliche Elektrode ist.
Die Konzentration einer spezifischen Ionenspezies (nachstehend gegebenenfalls „spezifische Ionen” genannt), die in der zu messenden Flüssigkeit enthalten ist, wird auf der Grundlage des im Folgenden dargestellten Prinzips mit Hilfe des Sensorkopfs 30A-1 gemäß 7 erhalten.
Allgemein zeigt ein potenziometrischer Sensor, der die Ionenkonzentration auf der Grundlage eines Elektrodenpotenzials misst, eine Antwort bzw. Reaktion, die proportional zu einem Aktivitätslogarithmus (log) einer chemischen Spezies in Übereinstimmung mit einer Nernst-Gleichung ist, die durch die folgende Formel (1) ausgedrückt ist. E = E* + Sloga (1)
Hierbei ist E ein Potenzial einer Ionenselektionselektrode, E* ist ein formales Eigenpotenzial an jeder Elektrode, S ist eine Nervst-Konstante, die einen theoretischen Potenzialgradient der Ionenselektionselektrode ausdrückt, und „a” bezeichnet die Ionenaktivität an einer Grenze der Elektrode. Aktivität bezeichnet eine Rate der Anzahl von Teilchen eines Materials, das in einem Mischprodukt besetzt. In einer typischen verdünnten Lösung, die die zu messende Flüssigkeit bildet, kann die Ionenaktivität gegen eine volumetrische Stoffmengen- bzw. molare Konzentration C ausgetauscht werden.
Unter Berücksichtigung der Ionenselektionselektrode 41 und der Referenzelektrode 42, die stets ein festes Potenzial aufweist, und unter Annahme eines Referenzpotenzials im System als E₀ ist eine Potenzialdifferenz E_w zwischen der Ionenselektionselektrode 41 und der Referenzelektrode 42 allgemein durch die Formel (2) ausgedrückt. E_w = E₀ + SlogC (2)
Um die Konzentration spezifischer Ionen zu erhalten, die in der zu messenden Flüssigkeit enthalten sind, ist es nötig, vorab einen Potenzialgradient (Kernst-Konstante) S und ein Referenzpotenzial E₀ im System zu erhalten: Diese Werte S, E₀ werden durch Kalibrierung erhalten. Hierbei wird im Hinblick auf den Potenzialgradient S ein bekannter fester Wert, der vorab gemessen wird, unter der Annahme angewendet, dass der Potenzialgradient S in Losen hergestellter Sensoren fest ist. Das Referenzpotenzial E₀ kann durch Detektieren einer Potenzialdifferenz zwischen der Ionenselektionselektrode 41 und der Referenzelektrode 42 im Hinblick auf die Standardflüssigkeit erhalten werden, mit der eine Flüssigkeitshaltebahn 51 imprägniert ist. Das heißt, unter Annahme der Konzentration (bekannter Wert) spezifischer Ionen in der Standardflüssigkeit als C_ref und der im Hinblick auf die Standardflüssigkeit detektierten Potenzialdifferenz als E_ref wird die folgende Formel (3) anhand der Formel (2) erhalten. E₀ = E_ref – SlogC_ref (3)
Eine Potenzialdifferenz zwischen der Ionenselektionselektrode 41 und der Referenzelektrode 42 wird im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit in einem Zustand detektiert, in dem die Standardflüssigkeit in der Flüssigkeitshaltebahn 51 gegen die zu messende Flüssigkeit ausgetauscht ist, indem die zu messende Flüssigkeit auf die Flüssigkeitshaltebahn 51 gesprüht oder indem die Flüssigkeitshaltebahn 51 in die zu messende Flüssigkeit eingetaucht wird. Unter Annahme der Konzentration eines spezifischen Ions in der zu messenden Flüssigkeit als C_s und einer im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit detektierten Potenzialdifferenz als E_s wird die folgende Formel erhalten. logC_s = (Es – E₀)/S
Folglich wird die Konzentration C_s der spezifischen Ionen in der zu messenden Flüssigkeit durch die folgende Formel (4) erhalten. C_s = 10^{Es–E0)/S} = 10^{{(Es–Eref+SlogCref)/S)} (4)
15 zeigt einen Ablauf eines Verfahrens zur Verwendung des elektrochemischen Sensors 90, wenn ein Benutzer den elektrochemischen Sensor 90 mit dem Sensorkopf 30A-1 gemäß 7 verwendet.
Wie im Schritt 51 gemäß 15 dargestellt, entfernt ein Benutzer zunächst eine Dichtungsbahn 71, die ein Dichtungsbauteil darstellt, vom Sensorkopf 30A-1. Wie zuvor beschrieben, ist zu einem Zeitpunkt, zu dem der Benutzer den Sensorkopf 30A-1 verwenden will, die Standardflüssigkeit bereits aus der Flüssigkeitshaltebahn 51 ausgetreten, so dass der Sensorkopf 30A-1 in einen Zustand versetzt ist, in dem die Standardflüssigkeit mit der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42 in Kontakt steht.
Wie im Schritt S2 gemäß 15 dargestellt, baut der Benutzer als Nächstes den Sensorkopf 30A-1 am Sensorkörper 10 an. Insbesondere baut der Benutzer den Elektrodenanschlussabschnitt 30x (siehe 3) des Sensorkopfs 30A-1 am Verbinder 21 an.
Als Reaktion auf einen solchen Anbau des Sensorkopfs 30A-1 detektiert gemäß dem in 15 gezeigten Schritt S3 das Sensorkopf-Verbindungsdetektionsteil 14 im Körper 10, dass der Sensorkopf 30A-1 am Körper 10 angebaut ist.
Danach fungiert das Steuerteil 11 als erstes Steuerteil und startet eine erste Steuerung. Wie im Schritt S4 gemäß 15 gezeigt, betreibt bei dieser Steuerung das Steuerteil 11 das Arithmetikoperationsteil 15 als Detektionsteil, so dass das Arithmetikoperationsteil 15 eine Potenzialdifferenz E_ref im Hinblick auf die Standardflüssigkeit detektiert. Insbesondere gibt das Dateneingabeteil 12 die Potenzialdifferenz E_ref zwischen der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42 des Sensorkopfs 30A-1 über den Verbinder 21 gemäß 1 ein, und das Kalibrierprobenmesspotenzial-Aufzeichnungsteil 16 speichert die Potenzialdifferenz E_ref. Das Arithmetikoperationsformel-Berechnungsteil 17 führt eine arithmetische Operation zur Berechnung eines Referenzpotenzials E₀ auf der Grundlage der Formel (3) mit Hilfe der Potenzialdifferenz E_ref im Hinblick auf die Standardflüssigkeit durch, um die Potenzialdifferenz E_s im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit zu kalibrieren. Folglich kann der Benutzer die Kalibrierung vornehmen, ohne Kalibriervorgänge bewusst durchzuführen.
Ist die arithmetische Operation durch das Arithmetikoperationsformel-Berechnungsteil 17 abgeschlossen, zeigt das Steuerteil 11 auf dem Anzeigeteil 20 an, dass die Messvorbereitung im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit abgeschlossen ist (beispielsweise eine Zeichenreihe, die „Messvorbereitung abgeschlossen” lautet), wodurch ein Benutzer über den Abschluss informiert wird.
Wie im Schritt S5 gemäß 15 gezeigt, spricht als Nächstes der Benutzer die zu messende Flüssigkeit auf den Sensorkopf 30A-1 oder taucht den Sensorkopf 30A-1 in die zu messende Flüssigkeit ein. Durch 20- bis 30-sekündiges Fortsetzen des Sprühens der zu messenden Flüssigkeit auf den Sensorkopf 30A-1 oder des Eintauchen des Sensorkopfs 30A-1 in die zu messende Flüssigkeit wird der Sensorkopf 30A-1 in einen Zustand versetzt, in dem die Standardflüssigkeit in der Flüssigkeitshaltebahn 51 gegen die zu messende Flüssigkeit ausgetauscht ist. Somit ist der Sensorkopf 30A-1 in einen Zustand versetzt, in dem die zu messende Flüssigkeit die Flüssigkeitshaltebahn 51 durchdringt und mit der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42 in Kontakt gebracht ist.
In diesem Zustand bedient gemäß dem in 15 gezeigten Schritt S6 der Benutzer das Bedienteil 13 des Körpers 10, um einen Befehl zum Starten der Messung im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit einzugeben.
Danach fungiert das Steuerteil 11 als zweites Steuerteil und startet eine zweite Steuerung. Wie im Schritt S7 gemäß 15 gezeigt, betreibt bei dieser Steuerung das Steuerteil 11 das Arithmetikoperationsteil 15, das ein Detektionsteil darstellt, so dass das Arithmetikoperationsteil 15 eine Potenzialdifferenz E_s im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit detektiert. Insbesondere gibt das Dateneingabeteil 12 die Potenzialdifferenz E_s zwischen der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42 des Sensorkopfs 30A-1 über den Verbinder 21 gemäß 1 ein, und ein Probenmesspotenzial-Aufzeichnungsteil 18 speichert die Potenzialdifferenz E_s.
Anschließend fungiert das Steuerteil 11 als drittes Steuerteil und startet eine dritte Steuerung. Wie im Schritt S8 gemäß 15 gezeigt, kalibriert das Steuerteil 11 die Potenzialdifferenz im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit mit Hilfe der Potenzialdifferenz im Hinblick auf die Standardflüssigkeit und berechnet eine Konzentration einer spezifischen Komponente in der zu messenden Flüssigkeit. Insbesondere berechnet das Konzentrationsumwandlungs-Verarbeitungsteil 19 die Konzentration C_s der spezifischen Ionen in der zu messenden Flüssigkeit auf der Grundlage der Formel (4).
Wie im Schritt S9 gemäß 15 gezeigt, zeigt als letzter Schritt das Steuerteil 11 auf dem Anzeigeteil 20 eine Information als Angabe der Konzentration C_s der spezifischen Ionen in der zu messenden Flüssigkeit als Ergebnis der arithmetischen Operation an.
Auf diese Weise kann der Benutzer die Messung durch einfache Vorgänge durchführen.
Vierte Ausführungsform
9 zeigt ein weiteres Aufbaubeispiel (mit einer Bezugszahl 30A-2 bezeichnet), in dem der Sensorkopf 30A gemäß 3 als Ionensensor angewendet werden kann.
Im Sensorkopf 30A-2 gemäß dieser Ausführungsform ist die erste Elektrode 41 aus einem ersten Kernmaterial 41m mit elektrischer Leitfähigkeit und einem ersten Ionenselektionsfilm 41i gebildet, der in Kontakt mit einer Oberfläche des ersten Kernmaterials 41m ausgebildet ist. Die erste Elektrode 41 stellt eine Ionenselektionselektrode dar (im Folgenden gegebenenfalls „Ionenselektionselektrode 41'' genannt). Auf die gleiche Weise ist die zweite Elektrode 42 aus einem zweiten Kernmaterial 42 mit elektrischer Leitfähigkeit und einem zweiten Ionenselektionsfilm 42i gebildet, der in Kontakt mit einer Oberfläche des zweiten Kernmaterials 42 ausgebildet ist. Die zweite Elektrode 42 stellt eine Ionenselektionselektrode dar (im Folgenden gegebenenfalls „Ionenselektionselektrode 42'' genannt). Der erste Ionenselektionsfilm 41i und der zweite Ionenselektionsfilm 42i haben jeweils eine Eigenschaft, den Durchgang von Ionenspezies, die sich voneinander unterscheiden und in der zu messenden Flüssigkeit enthalten sind (wobei diese Ionenspezies gegebenenfalls „erste Ionen” und „zweite Ionen” genannt sind) durch sie oder die Absorption der spezifischen Ionenspezies darin selektiv zu ermöglichen.
Ein Konzentrationsverhältnis zwischen den ersten Ionen und den zweiten Ionen, die in der zu messenden Flüssigkeit enthalten sind, wird auf der Grundlage des folgenden Prinzips mit Hilfe des Sensorkopfs 30A-2 gemäß 9 erhalten.
Angenommen sei, dass die Ionenselektionselektrode 41 auf die ersten Ionen mit einem Potenzialgradient S₁ reagiert und die Ionenselektionselektrode 42 auf die zweiten Ionen mit einem Potenzialgradient S₂ reagiert. Hierbei seien die Konzentration der ersten Ionen als C₁ und die Konzentration der zweiten Ionen als C₂ in einer Lösung (darunter die Standardflüssigkeit oder die zu messende Flüssigkeit) angenommen. Unter der Annahme eines Referenzpotenzials im System als E_{0_b} ist die Potenzialdifferenz E_{w_b} zwischen den Ionenselektionselektroden 41, 42 durch die nachfolgende Formel (5) ausgedrückt. E_{w_b} = E_{0_b} + S₁logC₁ – S₂logC₂ (5)
Zeigen die Ionenselektionselektroden 41, 42 Potenzialgradienten (Nernst-Konstanten), die im Hinblick auf die ersten Ionen bzw. die zweiten Ionen im Wesentlichen gleich sind (S₁ = S₂), ist E_{w_b} durch die folgende Formel (6) ausgedrückt. E_{w_b} = E_{0_b} + S₁log(C₁/C₂) (6)
Um ein Konzentrationsverhältnis zwischen den in der zu messenden Flüssigkeit enthaltenen ersten Ionen und zweiten Ionen zu erhalten, ist es notwendig, vorab einen Potenzialgradient (Kernst-Konstante) S₁ und ein Referenzpotenzial E_{0_b} im System zu erhalten. Diese Werte S₁ und E_{0_b} werden durch Kalibrierung erhalten. Hierbei wird auf die gleiche Weise wie in der dritten Ausführungsform im Hinblick auf den Potenzialgradient S₁ ein bekannter fester Wert, der vorab gemessen wird, unter der Annahme angewendet, dass der Potenzialgradient S₁ in Losen hergestellter Sensoren fest ist. Das Referenzpotenzial E_{0_b} kann durch Detektieren einer Potenzialdifferenz zwischen der Ionenselektionselektrode 41 und der Referenzelektrode 42 im Hinblick auf die Standardflüssigkeit erhalten werden, mit der eine Flüssigkeitshaltebahn 51 imprägniert ist. Das heißt, unter Annahme eines Konzentrationsverhältnisses (bekannter Wert) zwischen den ersten Ionen und den zweiten Ionen im Hinblick auf die Standardflüssigkeit als M_{ref_b} und einer im Hinblick auf die Standardflüssigkeit detektierten Potenzialdifferenz als E_{ref_b} wird die folgende Formel (7) anhand der Formel (6) erhalten. E_{0_b} = E_{ref_b} + S₁log(M_{ref_b}) (7)
Eine Potenzialdifferenz zwischen den Ionenselektionselektroden 41, 42 wird im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit in einem Zustand detektiert, in dem die Standardflüssigkeit in der Flüssigkeitshaltebahn 51 gegen die zu messende Flüssigkeit ausgetauscht ist, indem die zu messende Flüssigkeit auf die Flüssigkeitshaltebahn 51 gesprüht oder indem die Flüssigkeitshaltebahn 51 in die zu messende Flüssigkeit eingetaucht wird. Unter Annahme eines Konzentrationsverhältnisses zwischen den ersten Ionen und den zweiten Ionen in der zu messenden Flüssigkeit als M_{s_b} und einer im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit detektierten Potenzialdifferenz als E_{s_b} wird die folgende Formel erhalten. log M_{s_b} = (E_{s_b} – E_{0_b})/S₁
Folglich wird das Konzentrationsverhältnis M_{s_b} zwischen den ersten Ionen und den zweiten Ionen in der zu messenden Flüssigkeit durch die folgende Formel (8) erhalten. M_{s_b} = 10^{{(Es_b–E0_b)/S1}} = 10^{{(Es_b–Eref_b+S1logMref_b)/S} ₁ ^} (8)
16 zeigt einen Ablauf eines Verfahrens zur Verwendung des elektrochemischen Sensors 90, wenn ein Benutzer den elektrochemischen Sensor 90 mit dem Sensorkopf 30A-2 gemäß 9 verwendet.
Wie im Schritt S11 gemäß 16 dargestellt, entfernt ein Benutzer zunächst eine Dichtungsbahn 71, die ein Dichtungsbauteil darstellt, vom Sensorkopf 30A-2. Wie zuvor beschrieben, ist zu einem Zeitpunkt, zu dem der Benutzer den Sensorkopf 30A-2 verwenden will, die Standardflüssigkeit bereits aus der Flüssigkeitshaltebahn 51 ausgetreten, so dass der Sensorkopf 30A-2 in einen Zustand versetzt ist, in dem die Standardflüssigkeit mit der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42 in Kontakt steht.
Wie im Schritt S12 gemäß 16 dargestellt, baut der Benutzer als Nächstes den Sensorkopf 30A-2 am Sensorkörper 10 an. Insbesondere baut der Benutzer den Elektrodenanschlussabschnitt 30x (siehe 3) des Sensorkopfs 30A-2 im Verbinder 21 an.
Als Reaktion auf einen solchen Anbau des Sensorkopfs 30A-2 detektiert gemäß dem in 16 gezeigten Schritt S13 das Sensorkopf-Verbindungsdetektionsteil 14 im Körper 10, dass der Sensorkopf 30A-2 am Körper 10 angebaut ist.
Danach fungiert das Steuerteil 11 als erstes Steuerteil und startet eine erste Steuerung. Wie im Schritt S14 gemäß 16 gezeigt, betreibt das Steuerteil 11 das Arithmetikoperationsteil 15, das ein Detektionsteil darstellt, so dass das Arithmetikoperationsteil 15 eine Potenzialdifferenz E_{ref_b} im Hinblick auf die Standardflüssigkeit detektiert. Insbesondere gibt das Dateneingabeteil 12 die Potenzialdifferenz E_{ref_b} zwischen der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42 des Sensorkopfs 30A-2 über den Verbinder 21 gemäß 1 ein, und das Kalibrierprobenmesspotenzial-Aufzeichnungsteil 16 speichert die Potenzialdifferenz E_{ref_b}. Das Arithmetikoperationsformel-Berechnungsteil 17 führt eine arithmetische Operation zur Berechnung eines Referenzpotenzials E_{0_b} auf der Grundlage der Formel (7) mit Hilfe der Potenzialdifferenz E_{ref_b} im Hinblick auf die Standardflüssigkeit durch, um die Potenzialdifferenz E_s im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit zu kalibrieren. Folglich kann der Benutzer die Kalibrierung vornehmen, ohne Kalibriervorgänge bewusst durchzuführen.
Ist die arithmetische Operation durch das Arithmetikoperationsformel-Berechnungsteil 17 abgeschlossen, zeigt das Steuerteil 11 auf dem Anzeigeteil 20 an, dass die Messvorbereitung im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit abgeschlossen ist (beispielsweise eine Zeichenreihe, die „Messvorbereitung abgeschlossen” lautet), wodurch ein Benutzer über den Abschluss informiert wird.
Wie im Schritt S15 gemäß 16 gezeigt, sprüht als Nächstes der Benutzer die zu messende Flüssigkeit auf den Sensorkopf 30A-2 oder taucht den Sensorkopf 30A-2 in die zu messende Flüssigkeit ein. Durch 20- bis 30-sekündiges Fortsetzen des Sprühens der zu messenden Flüssigkeit auf den Sensorkopf 30A-2 oder des Eintauchen des Sensorkopfs 30A-2 in die zu messende Flüssigkeit wird der Sensorkopf 30A-2 in einen Zustand versetzt, in dem die Standardflüssigkeit in der Flüssigkeitshaltebahn 51 gegen die zu messende Flüssigkeit ausgetauscht ist. Somit ist der Sensorkopf 30A-2 in einen Zustand versetzt, in dem die zu messende Flüssigkeit die Flüssigkeitshaltebahn 51 durchdringt und mit der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42 in Kontakt gebracht ist.
In diesem Zustand bedient gemäß dem in 16 gezeigten Schritt S16 der Benutzer das Bedienteil 13 des Körpers 10, um einen Befehl zum Starten der Messung im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit einzugeben.
Danach fungiert das Steuerteil 11 als zweites Steuerteil und startet eine zweite Steuerung. Wie im Schritt S17 gemäß 16 gezeigt, betreibt bei dieser Steuerung das Steuerteil 11 das Arithmetikoperationsteil 15, das ein Detektionsteil darstellt, so dass das Arithmetikoperationsteil 15 eine Potenzialdifferenz E_{s_b} im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit detektiert. Insbesondere gibt das Dateneingabeteil 12 die Potenzialdifferenz E_{s_b} zwischen der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42 des Sensorkopfs 30A-2 über den Verbinder 21 gemäß 1 ein, und das Probenmesspotenzial-Aufzeichnungsteil 18 speichert die Potenzialdifferenz E_{s_b}.
Anschließend fungiert das Steuerteil 11 als drittes Steuerteil und startet eine dritte Steuerung. Wie im Schritt S18 gemäß 16 gezeigt, kalibriert bei dieser Steuerung das Steuerteil 11 die Potenzialdifferenz im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit mit Hilfe der Potenzialdifferenz im Hinblick auf die Standardflüssigkeit und berechnet ein Konzentrationsverhältnis zwischen den ersten Ionen und den zweiten Ionen in der zu messenden Flüssigkeit. Insbesondere berechnet das Konzentrationsumwandlungs-Verarbeitungsteil 19 das Konzentrationsverhältnis M_{s_b} zwischen den ersten Ionen und den zweiten Ionen in der zu messenden Flüssigkeit auf der Grundlage der Formel (8).
Wie im Schritt S19 gemäß 16 gezeigt, zeigt als letzter Schritt das Steuerteil 11 auf dem Anzeigeteil 20 eine Information als Angabe des Konzentrationsverhältnisses M_{s_b} zwischen den ersten Ionen und den zweiten Ionen in der zu messenden Flüssigkeit als Ergebnis der arithmetischen Operation an.
Auf diese Weise kann der Benutzer die Messung durch einfache Vorgänge durchführen.
Fünfte Ausführungsform
11 zeigt noch ein weiteres Aufbaubeispiel (mit einer Bezugszahl 30A-3 bezeichnet), in dem der Sensorkopf 30A gemäß 3 als Ionensensor angewendet werden kann.
Im Sensorkopf 30A-3 gemäß dieser Ausführungsform verfügt die erste Elektrode 41 über ein erstes Kernmaterial 41m mit elektrischer Leitfähigkeit, eine erste Hülle 41u, die das erste Kernmaterial 41m umgibt und Isoliervermögen hat, und eine erste Innenflüssigkeit 41s zur Ionenkonzentrationsmessung, die zwischen der ersten Hülle 41u und dem ersten Kernmaterial 41m eingefüllt ist. Die zweite Elektrode 42 verfügt über ein zweites Kernmaterial 42m mit elektrischer Leitfähigkeit, eine zweite Hülle 42u, die das zweite Kernmaterial 42m umgibt und Isoliervermögen hat, und eine zweite Innenflüssigkeit 42s zur Ionenkonzentrationsmessung, die zwischen der zweiten Hülle 42u und dem zweiten Kernmaterial 42m eingefüllt ist.
Das erste Kernmaterial 41m und das zweite Kernmaterial 42m haben eine Kreisform, die im Wesentlichen den Formen der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42 gemäß 2A im Hinblick auf eine Ebenenrichtung gleicht.
Im Sensorkopf 30A-3 gemäß 11 sind die erste Hülle 41u und die zweite Hülle 42u gebildet, indem kreisförmige Löcher im rechtwinkligen plattenförmigen Isoliergrundmaterial 40 mit einer Ebenenrichtungsgröße vorgesehen sind, die im Wesentlichen gleich der Ebenenrichtungsgröße der Dichtungsbahn 71 ist, wobei die kreisförmigen Löcher Ebenenrichtungsgrößen haben, die im Wesentlichen gleich den Ebenenrichtungsgrößen des ersten Kernmaterials 41m und des zweiten Kernmaterials 42m sind. Das Isoliergrundmaterial 40 selbst ist an der Montagefläche 31a durch ein in der Zeichnung nicht gezeigtes Klebemittel hermetisch laminiert.
Ein erster Fensterabschnitt 41w ist in einem Abschnitt einer Oberseite 40a des Isoliergrundmaterials 40 in Entsprechung zur ersten Hülle 41u in einem Zustand gebildet, in dem das die erste Hülle 41u bildende kreisförmige Loch den Abschnitt in Plattendickenrichtung direkt durchdringt. Andererseits ist ein zweiter Fensterabschnitt 42v in einem Abschnitt der Oberseite 40a des Isoliergrundmaterials 40 in Entsprechung zur zweiten Hülle 42u in einem Zustand gebildet, in dem ein kreisförmiges Loch, das einen kleineren Durchmesser als das die zweite Hülle 42u bildende kreisförmige Loch hat, den Abschnitt in Plattendickenrichtung direkt durchdringt.
Der Ionenselektionsfilm 41i, der selektiv ermöglicht, dass eine in der zu messenden Flüssigkeit enthaltene spezifische Ionenspezies ihn durchdringt oder darin absorbiert wird, ist auf dem ersten Fensterabschnitt 41w angebaut. Andererseits ist ein Flüssigkeitsweg 42j, der die Kommunikation zwischen der Standardflüssigkeit oder der zu messenden Flüssigkeit und der zweiten Innenflüssigkeit 42s ermöglicht, im zweiten Fensterabschnitt 42v gebildet. Als Material zur Bildung des Flüssigkeitswegs 42j kommt Keramik, Agar o. ä. zum Einsatz.
Die Flüssigkeitshaltebahn 51, die mit der Flüssigkeitshaltebahn 51 gemäß 2 identisch ist, ist auf der Oberseite 40a des Isoliergrundmaterials 40 angebaut, und die Dichtungsbahn 71 ist auf der Flüssigkeitshaltebahn 51 über das doppelseitige Klebeband 61 angebaut.
Als Ergebnis stellt im Sensorkopf 30A-3 gemäß 11 die erste Elektrode 41 die Ionenselektionselektrode dar, und die zweite Elektrode 42 stellt die Referenzelektrode dar, die eine nichtempfindliche Elektrode ist. Als Material zur Bildung der Referenzelektrode, die eine nichtempfindliche Elektrode ist, wird eine Silber/Silber-Chloridelektrode, eine Silber/Silber-Iodidelektrode, eine Kalomelelektrode o. ä. verwendet.
Mit Hilfe des Sensorkopfs 30A-3 gemäß 11 kann die Konzentration einer in der zu messenden Flüssigkeit enthaltenen spezifischen Ionenspezies durch das gleiche Prinzip und Verfahren erhalten werden, die im Zusammenhang mit der dritten Ausführungsform erläutert wurden.
Ferner ist es durch selektives Festlegen verschiedener Materialien zur Herstellung einer ersten Innenflüssigkeit 41s und einer zweiten Innenflüssigkeit 42s möglich, Sensorköpfe zur elektrochemischen Messung bereitzustellen, die verschiedene Ionenspezies messen können.
Erwünscht ist, dass sowohl eine erste Innenflüssigkeit 41s als auch eine zweite Innenflüssigkeit 42s in ihrer Zusammensetzung mit der Standardflüssigkeit identisch sind, mit der die Flüssigkeitshaltebahn 51 imprägniert ist. In diesem Fall tritt auch bei Vermischen der ersten Innenflüssigkeit 41s oder der zweiten Innenflüssigkeit 42s mit der Standardflüssigkeit über den ersten Fensterabschnitt 41w oder den zweiten Fensterabschnitt 42v keine Änderung der Zusammensetzung der ersten Innenflüssigkeit 41s, der zweiten Innenflüssigkeit 42s und der Standardflüssigkeit auf. Folglich kann die Kalibrierung mit hohem Genauigkeitsgrad durchgeführt werden. Dies führt zu einer vorteilhaften Wirkung, dass es beispielsweise bei Vermarktung des Sensorkopfs 30A-3 gemäß 11 als handelsübliches Produkt möglich ist, einen langen Zeitraum zu gewährleisten, in dem der Sensorkopf 30A-3 mit Hilfe der Standardflüssigkeit mit hohem Genauigkeitsgrad kalibriert werden kann.
Erwünscht ist, dass das Isoliergrundmaterial 40 Beständigkeit gegen eine erste Innenflüssigkeit 41s, eine zweite Innenflüssigkeit 42s und die Standardflüssigkeit hat. Somit kann ein Zustand, in dem die erste Hülle 41u und die zweite Hülle 42u die erste Innenflüssigkeit 41s und die zweite Innenflüssigkeit 42s konservieren können, über einen langen Zeitraum gewahrt bleiben. Dies führt zu einer vorteilhaften Wirkung, beispielsweise bei Vermarktung des Sensorkopfs 30A-3 gemäß 11 als handelsübliches Erzeugnis.
Sechste Ausführungsform
13 zeigt noch ein weiteres Aufbaubeispiel (mit einer Bezugszahl 30A-4 bezeichnet), in dem der Sensorkopf 30A gemäß 3 als Ionensensor angewendet werden kann.
der Sensorkopf 30A-4 gemäß dieser Ausführungsform unterscheidet sich vom Sensorkopf 30A-3 gemäß der in 11 gezeigten Ausführungsform im Hinblick auf einen Aufbau der zweiten Elektrode 42. Andere Aufbauelemente sind auf die gleiche Weise wie beim Sensorkopf 30A-3 gemäß der in 11 gezeigten Ausführungsform ausgebildet.
Im Sensorkopf 30A-4 gemäß 13 ist auf die gleiche Weise wie beim ersten Fensterabschnitt 41w in einem Abschnitt der Oberseite 40a des Isoliergrundmaterials 40 in Entsprechung zur ersten Hülle 41u ein zweiter Fensterabschnitt 42w in einem Abschnitt der Oberseite 40a des Isoliergrundmaterials 40 in Entsprechung zur zweiten Hülle 42u in einem Zustand gebildet, in dem ein die zweite Hülle 42u bildendes kreisförmiges Loch den Abschnitt in Plattendickenrichtung direkt durchdringt.
Der erste Fensterabschnitt 41w und der zweite fensterabschnitt 42w sind mit dem ersten Ionenselektionsfilm 41i bzw. dem zweiten Ionenselektionsfilm 42i versehen, die eine Eigenschaft haben, den Durchgang von Ionen, die sich voneinander unterscheiden und in der zu messenden Flüssigkeit enthalten sind (wobei diese Ionen gegebenenfalls als „erste Ionen” und „zweite Ionen” bezeichnet sind) durch sie oder die Absorption der Ionen darin selektiv zu ermöglichen.
Als Ergebnis stellen im Sensorkopf 30A-4 gemäß 13 sowohl die erste Elektrode 41 als auch die zweite Elektrode 42 jeweils eine Ionenselektionselektrode dar.
Mit Hilfe des Sensorkopfs 30A-4 kann ein Konzentrationsverhältnis zwischen den ersten Ionen und den zweiten Ionen, die in der zu messenden Flüssigkeit enthalten sind, durch das gleiche Prinzip und Verfahren erhalten werden, die im Zusammenhang mit der vierten Ausführungsform erläutert wurden.
Ferner ist es durch selektives Festlegen verschiedener Materialien zur Herstellung der ersten Innenflüssigkeit 41s und der zweiten Innenflüssigkeit 42s möglich, Sensorköpfe zur elektrochemischen Messung bereitzustellen, die verschiedene Ionenspezies messen können.
Auf die gleiche Weise wie in dem im Zusammenhang mit der fünften Ausführungsform erläuterten Fall ist es erwünscht, dass sowohl die erste Innenflüssigkeit 41s als auch die zweite Innenflüssigkeit 42s in ihrer Zusammensetzung mit der Standardflüssigkeit identisch sind, mit der die Flüssigkeitshaltebahn 51 imprägniert ist. Ferner ist erwünscht, dass das Isoliergrundmaterial 40 Beständigkeit gegen die erste Innenflüssigkeit 41s, die zweite Innenflüssigkeit 42s und die Standardflüssigkeit hat.
Siebente Ausführungsform
2B zeigt einen Sensorkopf 30B vom Ausziehtyp als ein Beispiel für den Sensorkopf 30 gemäß 1 in explodierter Darstellung. 6 zeigt einen Querschnitt des Sensorkopfs 30B in einem fertiggestellten Zustand. Um das Verständnis des Sensorkopfs 30B zu erleichtern, tragen in diesen Zeichnungen Bauelemente, die mit den Bauelementen gemäß 2A identisch sind, gleiche Bezugszahlen. „Vom Ausziehtyp” bedeutet, dass ein Flüssigkeitsblockierfilm 81, der bei Verwendung des Sensorkopfs 30B herauszuziehen ist, zwischen einem Flüssigkeitshaltematerial 51 und Elektroden 41, 42 eingefügt ist.
Wie aus 2B klar hervorgeht, weist auf die gleiche Weise wie der Sensorkopf 30A gemäß 2A der Sensorkopf 30B auf: ein rechtwinkliges Substrat 31 mit einer vorbestimmten Größe; eine erste Elektrode 41 und eine zweite Elektrode 42, die eine Kreisscheibenform oder eine Rundsäulenform haben und auf einer Montagefläche 31a, die eine von Hauptflächen des Substrats 31 darstellt, entlang einer Seite 31c beabstandet angeordnet sind; und eine erste Ausziehelektrode 43 und eine zweite Ausziehelektrode 44 die sich parallel zueinander von der ersten und zweiten Elektrode 41, 42 zu einer Gegenseite (Kantenabschnitt) 31e des Substrats 31 erstrecken.
Ferner weist der Sensorkopf 30B einen Flüssigkeitsblockierfilm 81 mit einer etwa rechtwinkligen Form auf der Montagefläche 31a des Substrats 31 auf. Der Flüssigkeitsblockierfilm 81 ist so angeordnet, dass er die erste Elektrode 41 und die zweite Elektrode 42 in einem Stück bedeckt. Der Flüssigkeitsblockierfilm 81 bedeckt etwa 1/3 der Montagefläche 31a nahe einer Seite 31c des Substrats 31.
Der Flüssigkeitsblockierfilm 81 ist mit einer Flüssigkeitshaltebahn 51 bedeckt. Die Flüssigkeitshaltebahn 51 bedeckt etwa den halben Bereich der Montagefläche 31a nahe der Seite 31c des Substrats 31. Anders gesagt ist der Flüssigkeitsblockierfilm 81 zwischen der Flüssigkeitshaltebahn 51 sowie der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42 angeordnet.
Eine Seite 81c, die eine von vier Seiten des Flüssigkeitsblockierfilms 81 ist, ist an einer Position angeordnet, die mit der Seite 31c des Substrats 31 zusammenfällt (d. h. einer Seite 71c einer Dichtungsbahn 71), weshalb die Seite 81c an einer Position angeordnet ist, die von einer Seite 51c der Flüssigkeitshaltebahn 51 nach außen (Richtung –X) vorsteht. Das heißt, der Flüssigkeitsblockierfilm 81 hat einen Vorsprungabschnitt 81x, der in Richtung –X von einem Bereich vorsteht, in dem die Flüssigkeitshaltebahn 51 vorhanden ist. Eine Lasche 81g, die in Richtung –X vorsteht, ist am Vorsprungabschnitt 81x zum Erleichtern des Herausziehen des Flüssigkeitsblockierfilms 81 gebildet. Der Vorsprungabschnitt 81x ist durch Verkleben mit einem Kantenabschnitt der Dichtungsbahn 71 entlang einer Seite 71c in Entsprechung zum Vorsprungabschnitt 81x über eine Seite 61c in Entsprechung zum Vorsprungabschnitt x von vier Seiten 61c, 61d, 61e, 61f eines doppelseitigen Klebebands 61 mit rechtwinkliger Rahmenform verbunden. Das heißt, im Sensorkopf 30B ist der Kantenabschnitt der Dichtungsbahn 71 entlang der Seite 71c nicht mit der Montagefläche 31a verklebt, sondern mit dem Vorsprungabschnitt 81x des Flüssigkeitsblockierfilms 81 verklebt.
Von vier Seiten des Flüssigkeitsblockierfilms 81 sind zwei benachbart zur Seite 81c angeordnete Seiten an Positionen angeordnet, die mit zwei entsprechenden Seiten 51d, 51f der Flüssigkeitshaltebahn 51 zusammenfallen. Folglich sind zwei Seiten 81d, 81f an Positionen angeordnet, die von den Seiten 31d, 31f des Substrats 31 um eine bestimmte Größe nach innen eingezogen sind (siehe 6).
Ferner ist gemäß 2B von vier Seiten des Flüssigkeitsblockierfilms 81 die verbleibende Seite 81e an einer Position angeordnet, die von der Seite d51e der Flüssigkeitshaltebahn 51 in Richtung –X eingezogen ist. Das heißt, die Flüssigkeitshaltebahn 51 hat einen Verlängerungsabschnitt 51x, der sich in Richtung +X über den Flüssigkeitsblockierfilm 81 hinaus erstreckt. Der Verlängerungsabschnitt 51x ist mit der Montagefläche 31a durch ein in der Zeichnung nicht gezeigtes Klebemittel verklebt (wobei auch ein doppelseitiges Klebeband verwendet wird).
Der Flüssigkeitsblockierfilm 81 ist weder mit der Montagefläche 31a, der ersten Elektrode 41, der zweiten Elektrode 42 noch mit der Flüssigkeitshaltebahn 51 durch Verkleben verbunden.
Wie aus 6 klar hervorgeht, ist im Sensorkopf 30B der Flüssigkeitsblockierfilm 81 zwischen der Flüssigkeitshaltebahn 51 sowie der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42 angeordnet. Beispielsweise ist der Flüssigkeitsblockierfilm 81 aus Polyester, Acryl, Polyethylen, Polyamidharz (Nylon), Polypropylen, Polyvinylchlorid, Aluminiumfolie hergestellt. Der Flüssigkeitsblockierfilm 81 ist ein wasserundurchlässiger Film und hat eine Eigenschaft, den Durchgang von Flüssigkeiten zu blockieren. Somit kann der Flüssigkeitsblockierfilm 81 einen Nachteil verhindern, dass die Standardflüssigkeit, mit der die Flüssigkeitshaltebahn 51 imprägniert ist, infolge von Kontakt mit der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42 über einen langen Zeitraum beeinträchtigt wird. Dies führt zu einer vorteilhaften Wirkung, dass es beispielsweise bei Vermarktung des Sensorkopfs 30B als handelsübliches Produkt möglich ist, einen langen Zeitraum zu gewährleisten, in dem der Sensorkopf 30B mit hohem Genauigkeitsgrad mit Hilfe der Standardflüssigkeit kalibriert werden kann.
Enthalten insbesondere die erste Elektrode 41 und die zweite Elektrode 42 eine Innenflüssigkeit zur Ionenkonzentrationsmessung, sind die Standardflüssigkeit, mit der die Flüssigkeitshaltebahn 51 imprägniert ist, und die Innenflüssigkeit durch den Flüssigkeitsblockierfilm 81 voneinander blockiert, weshalb die Standardflüssigkeit und die Innenflüssigkeit nicht miteinander vermischt werden. Folglich ist es unnötig, das Vermischen dieser Flüssigkeiten zu berücksichtigen, weshalb es möglich ist, Innenflüssigkeiten und die Standardflüssigkeit optimal für die erste Elektrode 41 und die zweite Elektrode 42 anzuwenden.
Erwartungsgemäß wird der Flüssigkeitsblockierfilm 81 durch einen Benutzer unmittelbar vor Verwendung des Sensorkopfs 30B entfernt.
Der Vorsprungabschnitt 81x des Flüssigkeitsblockierfilms 81 gemäß 2B ist mit der Dichtungsbahn 71 verbunden. Somit ist beim Entfernen der Dichtungsbahn 71, unmittelbar bevor ein Benutzer den Sensorkopf 30A verwendet, der Benutzer über die Verbindung der Dichtungsbahn 71 mit dem Flüssigkeitsblockierfilm 81 über den Vorsprungabschnitt 81x informiert und aufgefordert, den Flüssigkeitsblockierfilm 81 herauszuziehen. Als Reaktion darauf kann der Benutzer durch Ergreifen des Vorsprungabschnitts 81x oder der Lasche 81g des Flüssigkeitsblockierfilms 81 und der Dichtungsbahn 71 unmittelbar vor Verwendung des Sensorkopfs 30B den Flüssigkeitsblockierfilm 81 in Richtung –X entlang der Montagefläche 31a zwischen der Flüssigkeitshaltebahn 51 und der ersten und zweiten Elektrode 41, 42 herausziehen. Das heißt, durch einen einmaligen Vorgang zum Entfernen der Dichtungsbahn 71 kann der Benutzer gleichzeitig den Flüssigkeitsblockierfilm 81 herausziehen. In diesem Fall kann verhindert werden, dass der Benutzer vergisst, den Flüssigkeitsblockierfilm 81 herauszuziehen.
Die Flüssigkeitshaltebahn 51 hat einen sich in Richtung +X erstreckenden Verlängerungsabschnitt, der sich über den Flüssigkeitsblockierfilm 81 auf der Montagefläche 31a hinaus erstreckt, und der Verlängerungsabschnitt ist mit der Montagefläche hermetisch verklebt. Folglich wird beim Herausziehen des Flüssigkeitsblockierfilms 81 in Richtung –X die Flüssigkeitshaltebahn 51 nicht zusammen mit dem Flüssigkeitsblockierfilm 81 entfernt und wird in direkten Kontakt mit der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42 gebracht. Dies führt einen Zustand herbei, in dem die Standardflüssigkeit aus der Flüssigkeitshaltebahn 51 austritt und in Kontakt mit der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42 gebracht ist. Durch Detektieren einer Potenzialdifferenz oder eines elektrischen Stroms zwischen der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42 in diesem Zustand auf die gleiche Weise wie beim zuvor beschriebenen Sensorkopf 30A vom Kontakttyp können Messdaten mit hohem Genauigkeitsgrad im Hinblick auf die Standardflüssigkeit erhalten werden. Danach wird die Kalibrierung mit Hilfe dieser Messdaten im Hinblick auf die Standardflüssigkeit durchgeführt.
Der Sensorkopf 30B vom Ausziehtyp ist dadurch vorgesehen, dass lediglich der Flüssigkeitsblockierfilm 81 in den zuvor erläuterten Sensorkopf 30A vom Kontakttyp eingefügt ist, weshalb die Anzahl von Bauelementen relativ klein ist, wodurch der Sensorkopf 30B miniaturisiert und mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann.
8, 10, 12 und 14 zeigen verschiedene spezifische Aufbaubeispiele 30B-1, 30B-2, 30B-3 und 30B-4 für den Sensorkopf 30B vom Ausziehtyp, die jeweils den zuvor erläuterten Aufbaubeispielen 30A-1, 30A-2, 30A-3 und 30A-4 gemäß 7, 9, 11 und 13 entsprechen.
Die Aufbaubeispiele 30B-1, 30B-2, 30B-3 und 30B-4 gemäß 8, 10, 12 und 14 sind dadurch gebildet, dass lediglich der Flüssigkeitsblockierfilm 81 in die Aufbaubeispiele 30A-1, 30A-2, 30A-3 und 30A-4 gemäß 7, 9, 11 bzw. 13 eingefügt ist. Zieht also ein Benutzer den Flüssigkeitsblockierfilm 81 unmittelbar vor Verwendung der Aufbaubeispiele 30B-1, 30B-2, 30B-3 und 30B-4 heraus, werden die Aufbaubeispiele 30B-1, 30B-2, 30B-3 und 30B-4 in den gleichen Zustand wie die Aufbaubeispiele 30A-1, 30A-2, 30A-3 und 30A-4 gemäß 7, 9, 11 bzw. 13 versetzt, weshalb die gleiche Messung durchgeführt werden kann.
Experimentelle Prüfung 1
In der experimentellen Prüfung wurden im Rahmen der Erfindung im Hinblick auf verschiedene zu messende Flüssigkeiten Konzentrationsmesswerte, die durch Kalibrieren eines handelsüblichen Sensorkopfs erhalten wurden (Kalibrierung mit einer Flüssigkeit, die im Abschnitt „Hintergrund der Technik” dieser Beschreibung erläutert wurde), mit Konzentrationsmesswerten verglichen, die durch Kalibrieren eines erfindungsgemäßen Sensorkopfs vom Kontakttyp (gegebenenfalls „Ausführungsform-Sensorkopf” genannt) erhalten wurden.
i) Messung mit Hilfe eines handelsüblichen Sensorkopfs
Als handelsüblicher Ionensensor wurden ein Natriumionensensor und ein Kaliumionensensor (ein Kompakt-Natriumionenmessgerät vom Typ C-122 und ein Kompakt-Kaliumionenmessgerät vom Typ C-131, hergestellt von Horiba, Ltd.) hergestellt. Gemäß 17A verfügen diese handelsüblichen Ionensensoren jeweils über einen Sensorkopf (im Folgenden gegebenenfalls „handelsüblicher Sensorkopf” genannt) 130 und einen Körper 110. Der Sensorkopf 130 weist auf: eine Ionenselektionselektrode 141 mit einem Ionenselektionsfilm, der selektiv ermöglicht, dass in der zu messenden Flüssigkeit enthaltene Natriumionen (oder Kaliumionen) ihn durchdringen oder darin absorbiert werden; und eine Referenzelektrode 142, die eine nichtempfindliche Elektrode ist. Der Körper 110 weist auf: ein Detektionsteil 115, das die Konzentration von Natriumionen (oder Kaliumionen), die in der zu messenden Flüssigkeit enthalten sind, auf der Grundlage einer Ausgabe vom Sensorkopf 130 erhält; und ein Konzentrationsanzeigeteil 120, das die durch das Detektionsteil 115 erhaltene Konzentration anzeigt.
Die zuvor beschriebene Kalibrierung mit einer Flüssigkeit wurde im Hinblick auf diese handelsüblichen Sensorköpfe mit Hilfe jeweiliger beigefügter Kalibrierflüssigkeiten durchgeführt (zur Na⁺-Konzentrationsmessung, zur K⁺-Konzentrationsmessung).
Als zu messende Flüssigkeiten wurden Na⁺-Lösungen mit verschiedenen Konzentrationen (Konzentrationsbereich 230 ppm bis 4600 ppm) mit Hilfe von Natriumchlorid hergestellt, und K⁺-Lösungen mit verschiedenen Konzentrationen (Konzentrationsbereich 391 ppm bis 7820 ppm) wurden mit Hilfe von Kaliumchlorid hergestellt.
Hergestellte Na⁺-Lösungen und K⁺-Lösungen mit verschiedenen Konzentrationen wurden auf den Natriumionensensor bzw. Kaliumionensensor getropft, und auf dem Konzentrationsanzeigeteil 120 angezeigte Konzentrationsmesswerte wurden aufgezeichnet.
ii) Messung durch den Ausführungsform-Sensorkopf
In dieser Ausführungsform wurde als erfindungsgemäßer Sensorkopf vom Kontakttyp der Ausführungsform-Sensorkopf (mit der Bezugszahl 30A-1' in 17B bezeichnet) in Entsprechung zum Aufbaubeispiel 30A-1 in 7 auf einfache Weise durch Gebrauch des handelsüblichen Sensorkopfs 130 gemäß 17A wie folgt hergestellt.
Ein Filterpapier (hergestellt von MUNKTELL: Typ 389), das ein Material der Flüssigkeitshaltebahn 51 darstellt, wurde auf dem handelsüblichen Sensorkopf 130 so angeordnet, dass das Filterpapier die Ionenselektionselektrode 141 und die Referenzelektrode 142 in einem Stück bedeckt. Eine Ebenenrichtungsgröße des Filterpapiers wurde so festgelegt, dass sie gleich einer Ebenenrichtungsgröße eines Substrats des handelsüblichen Sensorkopfs 130 war. Nur Kantenabschnitte des Filterpapiers wurden mit dem Substrat des handelsüblichen Sensorkopfs 130 mit Hilfe eines doppelseitigen Klebebands verklebt, und ein Mittelabschnitt (ein Bereich innerhalb des Kantenabschnitts) des Filterpapiers wurde in direkten Kontakt mit der Ionenselektionselektrode 141 und der Referenzelektrode 142 gebracht. Eine dem Ionensensor beigefügte Kalibrierflüssigkeit zur Na⁺-Konzentrationsmessung (oder K⁺-Konzentrationsmessung) wurde auf das Filterpapier getropft, um das Filterpapier mit der Kalibrierflüssigkeit als Standardflüssigkeit zu imprägnieren. Dadurch wurde ein Zustand herbeigeführt, in dem die Kalibrierflüssigkeit aus dem Filterpapier austrat und mit der Ionenselektionselektrode 141 und der Referenzelektrode 142 in Kontakt gebracht war. Ein Material „Parafilm” (eingetragene Marke) wurde als Material der Dichtungsbahn 71 verwendet, und das Parafilm-Material wurde so angeordnet, dass es das gesamte Sensorkopfsubstrat zusammen mit der Ionenselektionselektrode 141, der Referenzelektrode 142 und der Flüssigkeitshaltebahn 51 bedeckte. Auf diese Weise wurden die Ausführungsform-Sensorköpfe 30A-1' zur Na⁺-Konzentrationsmessung und K⁺-Konzentrationsmessung jeweils hergestellt.
Im Hinblick auf die Ausführungsform-Sensorköpfe 30A-1' zur Na⁺-Konzentrationsmessung und K⁺-Konzentrationsmessung wurde eine Einpunkt-Kalibrierung auf eine Kalibrierflüssigkeit angewendet, mit der die Flüssigkeitshaltebahn 51 imprägniert war, indem der Körper 110 (durch Betreiben des Detektionsteils 115) in einem Lagerzustand verwendet wurde, indem die Ausführungsform-Sensorköpfe 30A-1' noch mit der Dichtungsbahn 71 bedeckt waren.
Na⁺-Lösungen und K⁺-Lösungen mit verschiedenen Konzentrationen, die im o. g. Punkt i) hergestellt wurden, wurden jeweils auf die Ausführungsform-Sensorköpfe 30A-1' zur Na⁺-Konzentrationsmessung und K⁺-Konzentrationsmessung getropft, und auf dem Konzentrationsanzeigeteil 120 angezeigte Konzentrationsmesswerte wurden aufgezeichnet.
iii) Prüfungsergebnis
Im Hinblick auf verschiedene Konzentrationen von Na⁺ in einer Na⁺-Lösung als zu messende Flüssigkeit und verschiedene Konzentrationen von K⁺ in einer K⁺-Lösung als zu messende Flüssigkeit zeigt 20 Korrelationen zwischen Konzentrationsmesswerten (Abszissenachse x) in der Messung durch den handelsüblichen Sensorkopf 130 und Konzentrationsmesswerten (Ordinatenachse y) in der Messung durch den Ausführungsform-Sensorkopf 30A-1'. In der Zeichnung bezeichnet jede schwarze Rautenmarkierung ♦ einen Messpunkt im Hinblick auf Na⁺. Im Hinblick auf Na⁺ ist die Korrelation durch die Formel y = 1,0309x in linearer Näherung ausgedrückt (L1), und die Varianz bzw. Dispersion beträgt 0,9994 (R² = 0,9994). In der Zeichnung bezeichnet jede weiße Quadratmarkierung ☐ einen Messpunkt im Hinblick auf K⁺. Im Hinblick auf K⁺ ist die Korrelation durch die Formel y = 0,9507x in linearer Näherung ausgedrückt (L2), und die Dispersion beträgt 0,9997 (R² = 0,9997).
Auf diese Weise wurde nachgewiesen, dass eine extrem günstige Korrelation zwischen dem Konzentrationsmesswert in der Messung durch den handelsüblichen Sensorkopf 130 (Abszissenachse x) und dem Konzentrationsmesswert in der Messung durch den Ausführungsform-Sensorkopf 30A-1' (Ordinatenachse y) vorliegt. Somit wurde festgestellt, dass der Ausführungsform-Sensorkopf 30A-1' auch die Messgenauigkeit erreichen kann, die mit der durch den handelsüblichen Sensorkopf 130 erreichten Messgenauigkeit vergleichbar ist.
Experimentelle Prüfung 2
Ein Ausführungsform-Sensorkopf (mit der Bezugszahl 30A-4' bezeichnet), der dem Aufbaubeispiel 30A-4 gemäß 13 entsprach, wurde als erfindungsgemäßer Sensorkopf vom Kontakttyp hergestellt, und ein Konzentrationsverhältnis zwischen Ionen wurde gemessen, die sich voneinander unterschieden und in der zu messenden Flüssigkeit (Zusammensetzung bekannt) enthalten waren.
i) Herstellung des Ausführungsform-Sensorkopfs
19A zeigt den Ausführungsform-Sensorkopf 30A-4' auf explodierte Weise, der als erfindungsgemäßer Sensorkopf vom Kontakttyp hergestellt wurde. 19B zeigt einen Querschnitt durch den Ausführungsform-Sensorkopf 30A-4' in einem fertiggestellten Zustand.
Zunächst wurde gemäß 19A zur Bildung der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42 eine Ag-Paste auf eine Hauptfläche eines PET-Substrats durch Aufdrucken mit Hilfe eines Siebdruckverfahrens aufgebracht, um eine erste untere Kernmaterialschicht 41m', eine zweite untere Kernmaterialschicht 42m', eine erste Ausziehelektrode 43 und eine zweite Ausziehelektrode 44 zu bilden. Die erste untere Kernmaterialschicht 41m' und die zweite untere Kernmaterialschicht 42m' wurden jeweils durch Strukturierung mit einem Durchmesser von 7 mm ausgebildet. Die erste Ausziehelektrode 43 und die zweite Ausziehelektrode 44 wurden jeweils durch Strukturierung mit einer Größe in Richtung X von 40 mm und einer Größe in Richtung Y von 1,5 mm ausgebildet, und ein Abstand zwischen der ersten Ausziehelektrode 43 und der zweiten Ausziehelektrode 44 wurde auf 10 mm festgelegt. Das PET-Substrat wurde in einer Größe von 50 mm in Richtung X und einer Größe von 20 mm in Richtung Y zugeschnitten, wodurch ein in der Zeichnungen gezeigtes rechtwinkliges Substrat 31 gebildet wurde.
Als Nächstes wurde eine AgCl-Paste mit Hilfe eines Siebdruckverfahrens aufgedruckt, wodurch eine erste obere Kernmaterialschicht 41m' und eine zweite obere Kernmaterialschicht 42m'' auf der ersten unteren Kernmaterialschicht 41m' und der zweiten unteren Kernmaterialschicht 42m' gebildet wurden. Die erste obere Kernmaterialschicht 41m'' und die zweite obere Kernmaterialschicht 42m'' hatten einen Durchmesser von 7 mm, der gleich dem Durchmesser der ersten unteren Kernmaterialschicht 41m' und der zweiten unteren Kernmaterialschicht 42m' war. Dadurch wurden das erste Kernmaterial 41m und das zweite Kernmaterial 42m als Innenelektroden gebildet.
Verklebt mit dem Substrat wurden als Isoliergrundmaterialien ein doppelseitiges Filmgrundmaterial 40', hergestellt von 3M (Größe in Richtung X: 40 mm, Größe in Richtung Y: 20 mm, Dicke: 0,05 mm), in dem Durchgangslöcher (Durchmesser: 4 mm) 41u', 42u' konzentrisch mit Strukturen des ersten Kernmaterials 41m und des zweiten Kernmaterials 42m gebildet waren, und ein festes doppelseitiges Band 40 (Größe in Richtung X: 10 mm, Größe in Richtung Y: 20 mm, Dicke: 0,33 mm), hergestellt aus einem PET-Substrat/Acrylklebemittel, in dem ähnliche Durchgangslöcher (Durchmesser: 4 mm) 41u'', 42u'' gebildet waren. Dadurch wurden eine Isolierschicht zum Isolieren des ersten Kernmaterials 41m, des zweiten Kernmaterials 42m sowie der ersten Hülle 41u und der zweiten Hülle 42U gebildet, die Flüssigkeitsspeicher darstellen (siehe 19B).
Als Nächstes wurde in das Innere der ersten Hülle 41u und einer zweiten Hülle 42u die gleiche Mischflüssigkeit, die aus Natriumchlorid und Kaliumchlorid hergestellt war (Konzentrationsverhältnis M_{ref_b} zwischen Natriumionen und Kaliumionen bekannt), als erste Innenflüssigkeit 41s bzw. zweite Innenflüssigkeit 42s getropft.
Danach wurden ein Natriumionenselektionsfilm und ein Kaliumionenselektionsfilm durch ein bekanntes Verfahren hergestellt (siehe zum Beispiel DOJINDO LABORATORIES „P-37, measure ion concentration using electrodes”, ermittelt im Internet am 15. Juli 2011 <URL: http://www.djindo.co.jp/technical/protocol/p37.pdf>). Der Natriumionenselektionsfilm und der Kaliumionenselektionsfilm wurden in Kreisform jeweils mit einem Durchmesser von 6 mm zugeschnitten, wodurch der erste Ionenselektionsfilm 41i und der zweite Ionenselektionsfilm 42i gebildet wurden. Dieser erste Ionenselektionsfilm 41i und zweite Ionenselektionsfilm 42i wurden mit dem doppelseitigen Band 40 so verklebt und daran befestigt, dass der erste Ionenselektionsfilm 41i und der zweite Ionenselektionsfilm 42i den ersten Fensterabschnitt 41w und den zweiten Fensterabschnitt 42w der ersten Hülle 41u und der zweiten Hülle 42u bedeckten.
Ein Material Kimwipe (eingetragene Marke von NIPPON PAPER CRECIA Co., LTD.) wurde so zugeschnitten, dass es eine Flüssigkeitshaltebahn 51 mit 10 mm Größe in Richtung X und 20 mm Größe in Richtung Y bildete, und wurde damit so verklebt, dass die Flüssigkeitshaltebahn 51 die erste Elektrode 41 und die zweite Elektrode 42 in einem Stück bedeckte.
Die gleiche Mischflüssigkeit, die als erste Innenflüssigkeit 41s und als zweite Innenflüssigkeit 42s als Standardflüssigkeit verwendet wurde, wurde auf die Flüssigkeitshaltebahn 51 getropft, und die Flüssigkeitshaltebahn 51 wurde mit ihr imprägniert.
Als letzter Schritt wurden die erste Elektrode 41, die zweite Elektrode 42, die Flüssigkeitshaltebahn 51 und das Substrat 31 alle mit Hilfe einer Vakuumpackung hermetisch abgedichtet, die aus einem Material Parafilm (eingetragene Marke) hergestellt war und ein Dichtungsbauteil 71 darstellte (in 19A und 19B ist die Vakuumpackung der Kürze halber nicht gezeigt). Auf diese Weise wurde der Ausführungsform-Sensorkopf 30A-4' hergestellt.
ii) Aufbau des Messsystems
18A zeigt einen Aufbau eines Messsystems mit dem Ausführungsform-Sensorkopf 30A-4'. Eine Vakuumpackung, die das Dichtungsbauteil 71 darstellte, wurde vom Ausführungsform-Sensorkopf 30A-4' unmittelbar vor Bildung des Messsystems entfernt.
Das Messsystem wies auf: einen handelsüblichen Potentiostat (hergestellt von HOKUTO DENKO CORP.: HZ-5000) 111, der mit dem Ausführungsform-Sensorkopf 30A-4' verbunden war; einen Personalcomputer 112, der eine Ausgabe vom Potentiostat 111 empfängt, und einen Monitor 113, der mit dem Personalcomputer 112 verbunden war.
Der Potentiostat 111 detektiert eine Potenzialdifferenz zwischen der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42 des Ausführungsform-Sensorkopfs 30A-4' und gibt ein Signal als Anzeige der detektierten Potenzialdifferenz aus.
Der Personalcomputer 112 wies ein Messpotenzialdifferenz-Aufzeichnungsteil 112a auf. Der Personalcomputer 112 lässt das Messpotenzialdifferenz-Aufzeichnungsteil 112a eine detektierte Potenzialdifferenz speichern, die der Potentiostat 111 ausgibt, und gibt ein Signal als Anzeige der detektierten Potenzialdifferenz zum Monitor 113 in Echtzeit aus.
Der Monitor 113 weist ein Messpotenzial-Anzeigeteil 113a auf und zeigt die detektierte Potenzialdifferenz auf dem Messpotenzial-Anzeigeteil 113a in Echtzeit an.
iii) Messung im Hinblick auf die Standardflüssigkeit
Messdaten (Potenzialdifferenz E_{ref_b} [mV]) im Hinblick auf die Standardflüssigkeit, mit der die Flüssigkeitshaltebahn 51 des Ausführungsform-Sensorkopfs 30A-4' imprägniert war, wurden durch das Messsystem erhalten, und die Messdaten wurden im Messpotenzialdifferenz-Aufzeichnungsteil 112a aufgezeichnet.
iv) Messung im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit
Vier Arten zu messender Flüssigkeiten wurden hergestellt, während ein Konzentrationsverhältnis zwischen Natriumionen und Kaliumionen (Na [ppm]/K [ppm]) variabel festgelegt wurde (wobei das Konzentrationsverhältnis als „festgelegtes Konzentrationsverhältnis” bezeichnet ist). Diese zu messenden Flüssigkeiten wurden direkt auf die Flüssigkeitshaltebahn 51 des Ausführungsform-Sensorkopfs 30A-4' gesprüht, Messdaten (Potenzialdifferenz E_{s_b} [mV]) wurden im Hinblick auf die zu messenden Flüssigkeiten erhalten, und die Messdaten wurden im Messpotenzialdifferenz-Aufzeichnungsteil 112a aufgezeichnet.
Danach wurde mit Hilfe des Konzentrationsverhältnisses M_{ref_b} und der Potenzialdifferenz E_{ref_b} [mV] im Hinblick auf die Standardflüssigkeit und der Potenzialdifferenz E_{s_}b [mV] im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit das Konzentrationsverhältnis M_{s_b} im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit (wobei dieses Konzentrationsverhältnis als „Messkonzentrationsverhältnis” bezeichnet ist) durch die o. g. Formel (8) erhalten.
v) Prüfungsergebnis
21 zeigt eine Korrelation zwischen festgelegten Konzentrationsverhältnissen (Abszissenachse x) und Messkonzentrationsverhältnissen (Ordinatenachse y) im Hinblick auf die o. g. vier Arten zu messender Flüssigkeiten. Eine gefüllte schwarze Kreismarkierung • in der Zeichnung bezeichnet Messpunkte. Als Ergebnis ist die Korrelation durch die Formel y = 1,0332x in linearer Näherung ausgedrückt, und die Dispersion beträgt 0,9947 (R² = 0,9947).
Auf diese Weise wurde nachgewiesen, dass eine extrem günstige Korrelation zwischen den festgelegten Konzentrationsverhältnissen (Abszissenachse x) und den Messkonzentrationsverhältnissen (Ordinatenachse y) im Hinblick auf zu messende Flüssigkeiten vorliegt. Somit wurde festgestellt, dass mit Hilfe des Ausführungsform-Sensorkopfs 30A-4' die günstige Messgenauigkeit im Hinblick auf das Konzentrationsverhältnis zwischen Ionenspezies erreicht werden kann, die sich voneinander unterscheiden.
Experimentelle Prüfung 3
Bewertet wurde die Reproduzierbarkeit von Messdaten im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Sensorkopfs vom Kontakttyp.
i) Aufbau des Ausführungsform-Sensorkopfs und des Messsystems
Als erfindungsgemäßer Sensorkopf vom Kontakttyp wurde der Ausführungsform-Sensorkopf 30A-1' gemäß 17B verwendet, der in der experimentellen Prüfung 1 hergestellt wurde. Allerdings wurde in diesem Experiment ein Kimwipe-Material (Fläche: etwa 1 cm²) anstelle des Filterpapiers als Material der Flüssigkeitshaltebahn 51 verwendet, und das Kimwipe-Material wurde mit einer wässrigen Natriumchlorid-Lösungsflüssigkeit als Standardflüssigkeit imprägniert.
Gemäß 18B verfügte ein Messsystem über einen handelsüblichen Potentiostat 111, einen Personalcomputer 112 und einen Monitor 113.
ii) Messung im Hinblick auf die Standardflüssigkeit
Messdaten (Potenzialdifferenz E_ref [mV]) im Hinblick auf die Standardflüssigkeit, mit der die Flüssigkeitshaltebahn 51 des Ausführungsform-Sensorkopfs 30A-1' imprägniert war, wurden durch das Messsystem erhalten, und ein Referenzpotenzial E₀ zur Kalibrierung wurde auf der Grundlage der Messdaten berechnet. Auf der Grundlage des Berechnungsergebnisses wurde die Kalibrierung einer detektierten Potenzialdifferenz im Hinblick auf zu messende Flüssigkeiten durchgeführt, die nachstehend beschrieben wird.
iii) Messung im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit
Hergestellt wurden drei Arten zu messender Flüssigkeiten durch Lösen von Natriumchlorid in Reinwasser und durch Ändern der NaCl-Konzentration (wobei die Konzentration nachstehend als „festgelegte NaCl-Konzentration” bezeichnet ist). Die festgelegten NaCl-Konzentrationen betrugen 10 [mM/l] 100 [mM/l] und 500 [mM/l].
Als Nächstes wurde die Montagefläche 31a des Ausführungsform-Sensorkopfs 30A-1' (somit die Flüssigkeitshaltebahn 51) an einem Gestell in einem Winkel von 45 Grad nach unten geneigt befestigt. In diesem Zustand erfolgte im Rahmen der Erfindung eine Beobachtung einer Potenzialdifferenz (Eigenpotenzial) zwischen der Ionenselektionselektrode 41 und der Referenzelektrode 42 mit Hilfe des Potentiostats 111 und des Personalcomputers 112.
Im Rahmen der Erfindung wurden die folgenden Vorgänge durchgeführt, während die Potenzialdifferenz beobachtet wurde.

a) 5 ml wässrige NaCl-Lösung mit der festgelegten NaCl-Konzentration 100 [mM/l] wurden etwa 5 Sekunden mit Hilfe einer Pipetman (Mikroliterpipette) direkt auf die Flüssigkeitshaltebahn 51 gesprüht.
b) Anschließend wurde das Sprühen 60 Sekunden unterbrochen.
c) Danach wurden 5 ml wässrige NaCl-Lösung mit der festgelegten NaCl-Konzentration 10 [mM/l] etwa 5 Sekunden mit Hilfe einer Pipetman direkt auf die Flüssigkeitshaltebahn 51 gesprüht.
d) Anschließend wurde das Sprühen 60 Sekunden unterbrochen.
e) Danach wurden 5 ml wässrige NaCl-Lösung mit der festgelegten NaCl-Konzentration 500 [mM/l] etwa 5 Sekunden mit Hilfe einer Pipetman direkt auf die Flüssigkeitshaltebahn 51 gesprüht.
f) Anschließend wurde das Sprühen 60 Sekunden unterbrochen.

Eine solche Folge von Vorgängen a) bis f) wurde 4 Mal kontinuierlich wiederholt.
iv) Prüfungsergebnis
22 zeigt eine Änderung der detektierten Potenzialdifferenz im zeitlichen Verlauf, wenn drei Arten wässriger NaCl-Lösungen mit unterschiedlichen Konzentrationen, die zu messende Flüssigkeiten darstellen, auf den Ausführungsform-Sensorkopf 30A-1' wiederholt gesprüht werden. In der Zeichnung bezeichnet das Symbol E₁₀₀ eine Position, an der der o. g. Vorgang a) durchgeführt wurde (Sprühen der wässrigen NaCl-Lösung mit der festgelegten NaCl-Konzentration 100 [mM/l]), das Symbol E₁₀ bezeichnet eine Position, an der der o. g. Vorgang c) durchgeführt wurde (Sprühen der wässrigen NaCl-Lösung mit der festgelegten NaCl-Konzentration 10 [mM/l]), und das Symbol E₅₀₀ bezeichnet eine Position, an der der o. g. Vorgang e) durchgeführt wurde (Sprühen der wässrigen NaCl-Lösung mit der festgelegten NaCl-Konzentration 500 [mM/l]).
Im Schritt des 4-fachen kontinuierlichen Wiederholen der Folge von Vorgängen a) bis f) wurde die detektierte Potenzialdifferenz zu einem Zeitpunkt nach 20 Sekunden ab Beginn jedes Vorgangs a), c), e) im Messpotenzialdifferenz-Aufzeichnungsteil 112a aufgezeichnet. 23 zeigt die Korrelation zwischen den jeweiligen festgelegten NaCl-Konzentrationen (Abszissenachse x) und den jeweiligen aufgezeichneten detektierten Potenzialdifferenzen (Ordinatenachse y).
Danach wurden ein Mittelwert und eine Standardabweichung der detektierten Potenzialdifferenzen im Hinblick auf jede festgelegte NaCl-Konzentration berechnet. Als Ergebnis betrug ein CV-Wert (Standardabweichung/Mittelwert) bei jeder festgelegten NaCl-Konzentration höchstens 3,1%. Diese Messdispersion glich im Wesentlichen der bei Messung mit dem handelsüblichen Sensorkopf 130. Ferner nahm die Dispersion einer Kalibrierkurve L3 (Näherungsformel y = 27,2 Ln(x) – 127,31), die durch lineare Näherung in einer halblogarithmischen Darstellung erhalten wird, einen extrem hohen Wert von 0,9999 (R² = 0,9999) an.
Damit wurde nachgewiesen, dass mit Hilfe des Ausführungsform-Sensorkopfs 30A-1' eine Messung mit hoher Wiederholbarkeit auch dann erreicht werden kann, wenn die Flüssigkeitshaltebahn 51 nicht bei jeder Messung der festgelegten NaCl-Konzentration abgezogen wird.
In dieser experimentellen Prüfung betrug eine Vorderflächengröße des als Flüssigkeitshaltebahn 51 verwendeten Kimwipe-Materials etwa 1 cm². Eine jeweilige Sprühmenge zu messender Flüssigkeit (wässrige NaCl-Lösung) mit jeder festgelegten NaCl-Konzentration betrug 5 ml. Als Ergebnis des Experiments wurde nachgewiesen, dass es als Menge der zu messenden Flüssigkeit, die auf die Flüssigkeitshaltebahn 51 zu sprühen ist, ausreicht, 5 ml pro 1 cm² der Vorderfläche der Flüssigkeitshaltebahn 51 zu sprühen.
Experimentelle Prüfung 4
Bewertet wurden die Zuverlässigkeit und eine Reaktionsgeschwindigkeit von Messdaten im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Sensorkopfs vom Kontakttyp.
i) Aufbau des Ausführungsform-Sensorkopfs und des Messsystems
Als erfindungsgemäßer Sensorkopf vom Kontakttyp wurden der Ausführungsform-Sensorkopf 30A-1' und das Messsystem verwendet, die in der experimentellen Prüfung 3 hergestellt wurden.
ii) Messung im Hinblick auf die Standardflüssigkeit
Im o. g. Messsystem wurde die Messung in einem Zustand gestartet, in dem die Flüssigkeitshaltebahn 51 des Ausführungsform-Sensorkopfs 30A-1' mit der Standardflüssigkeit imprägniert war.
iii) Messung im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit
Als zu messende Flüssigkeit wurde eine wässrige NaCl-Lösung mit der festgelegten NaCl-Konzentration 100 [mM/l] durch Lösen von Natriumchlorid in Reinwasser hergestellt.
Als nächstes wurde auf die gleiche Weise wie in der experimentellen Prüfung 3 die Montagefläche 31a des Ausführungsform-Sensorkopfs 30A-1' (somit die Flüssigkeitshaltebahn 51) an einem Gestell in einem Winkel von 45 Grad nach unten geneigt befestigt. In diesem Zustand begann im Rahmen der Erfindung die Beobachtung einer Potenzialdifferenz (Eigenpotenzial) zwischen der Ionenselektionselektrode 41 und der Referenzelektrode 42 mit Hilfe des Potentiostats 111 und des Personalcomputers 112.
Im Rahmen der Erfindung wurden die folgenden Vorgänge durchgeführt, während die Potenzialdifferenz beobachtet wurde.

a) Eine wässrige NaCl-Lösung mit der festgelegten NaCl-Konzentration 100 [mM/l] wurde 30 Sekunden direkt auf die Flüssigkeitshaltebahn 51 mit einer Rate von etwa 1 ml pro Sekunde mit Hilfe einer Waschflasche gesprüht.
b) Als Nächstes wurde das Aufsprühen der wässrigen NaCl-Lösung gestoppt, und die Potenzialdifferenz wurde 50 Sekunden beobachtet. Die Potenzialdifferenz, die im Hinblick auf die wässrige NaCl-Lösung, die die zu messende Flüssigkeit darstellte, durch die Vorgänge a), b) mit Hilfe des Ausführungsform-Sensorkopfs 30A-1' erhalten wurde, ist als „Messdaten D_A” bezeichnet.
c) Danach wurde die Flüssigkeitshaltebahn 51 vom Ausführungsformen-Sensorkopf 30A-1' abgezogen (wobei der Sensorkopf in einem solchen Zustand als Vergleichsbeispiel-Sensorkopf 30A-1'' bezeichnet ist). Eine wässrige NaCl-Lösung mit der festgelegten NaCl-Konzentration 100 [mM/l] wurde 30 Sekunden direkt auf eine Ionenselektionselektrode 41 und eine Referenzelektrode 42 des Vergleichsbeispiel-Sensorkopfs 30A-1'' mit einer Rate von etwa 1 ml pro Sekunde mit Hilfe der Waschflasche gesprüht.
d) Anschließend wurde das Aufsprühen der wässrigen NaCl-Lösung gestoppt, und die Potenzialdifferenz wurde 50 Sekunden beobachtet. Die Potenzialdifferenz, die im Hinblick auf die wässrige NaCl-Lösung, die die zu messende Flüssigkeit darstellte, durch die Vorgänge c), d) mit Hilfe des Vergleichsbeispiel-Sensorkopfs 30A-1'' erhalten wurde, ist als „Messdaten D_B” bezeichnet.
e) Im Anschluss daran wurde der Vergleichsbeispiel-Sensorkopf 30A-1'' in eine wässrige NaCl-Lösung mit der festgelegten NaCl-Konzentration 100 [mM/l] eingetaucht und 80 Sekunden in einem Becher gelagert. Die Potenzialdifferenz, die im Hinblick auf die wässrige NaCl-Lösung, die die zu messende Flüssigkeit darstellte, durch den Vorgang e) mit Hilfe des Vergleichsbeispiel-Sensorkopfs 30A-1'' erhalten wurde, ist als „Messdaten D_C” bezeichnet.

iv) Prüfungsergebnis
24 zeigt gemeinsam Messdaten D_A ab dem Zeitpunkt des Beginns des Vorgangs a), Messdaten D_B ab dem Zeitpunkt des Beginns des Vorgangs c) und die Messdaten D_C ab dem Zeitpunkt des Beginns des Vorgangs e). In 24 stellt eine Abszisse eine abgelaufene Zeit [s] dar, wobei der Zeitpunkt des Beginns jedes Vorgangs als Referenzzeit (Zeit: 0) verwendet wird, und eine Ordinate drückt eine detektierte Potenzialdifferenz [mV] aus. Nimmt man als OP1 eine Periode ab einem Zeitpunkt, zu dem 20 Sekunden abgelaufen sind, bis zu einem Zeitpunkt an, zu dem 30 Sekunden abgelaufen sind, und nimmt man als OP2 eine Periode ab einem Zeitpunkt, zu dem 35 Sekunden abgelaufen sind, bis zu einem Zeitpunkt an, zu dem 80 Sekunden abgelaufen sind, zeigt die Tabelle in 25, dass das Ergebnis der Berechnung von Standardabweichungen σ [mV] der detektierten Potenzialdifferenzen, die durch die Messdaten D_A, D_B, D_C für die Perioden OP1, OP2 angegeben sind. In den Spalten (A), (B), (C) in der Tabelle sind Bedingungen beschrieben, unter denen die Messdaten D_A, D_B, D_C beobachtet wurden.
Aus 24 geht hervor, dass die Messdaten D_B, die durch direktes Sprühen mit Hilfe des Vergleichsbeispiel-Sensorkopfs 30A-1'' erhalten wurden, instabil waren. Dagegen stellt man fest, dass sich die Messdaten D_A, die durch direktes Sprühen mit Hilfe des Ausführungsform-Sensorkopfs 30A-1' erhalten wurden, und die Messdaten D_C, die durch Eintauchen des Vergleichsbeispiel-Sensorkopfs 30A-1'' erhalten wurden, stabil ändern. Tatsächlich war gemäß Spalte (B) in 25 im Hinblick auf die mit Hilfe des Vergleichsbeispiel-Sensorkopfs 30A-1'' erhaltenen Messdaten D_B die Standardabweichung der detektierten Potenzialdifferenz während der Periode OP1 (während des Sprühens der zu messenden Flüssigkeit) groß, d. h. 6,02 [mV] (σ = 6,02 [mV]). Dagegen war in der Spalte (A) gemäß 25 im Hinblick auf die durch direktes Sprühen mit Hilfe des Ausführungsform-Sensorkopfs 30A-1' erhaltenen Messdaten D_A die Standardabweichung der detektierten Potenzialdifferenz während der Periode OP1 klein, d. h. 1,06 [mV] (σ = 1,06 [mV]). Ferner war in der Spalte (C) gemäß 25 im Hinblick auf die durch Eintauchen mit Hilfe des Vergleichsbeispiel-Sensorkopfs 30A-1'' erhaltenen Messdaten D_C die Standardabweichung der detektierten Potenzialdifferenz während der Periode OP1 klein, d. h. 0,29 [mV] (σ = 0,29 [mV]).
Im Hinblick auf die durch direktes Sprühen mit Hilfe des Vergleichsbeispiel-Sensorkopfs 30A-1'' erhaltenen Messdaten D_B stellt man fest, dass sich die detektierte Potenzialdifferenz während der Periode OP2 (nach Stoppen des Sprühens) stark von der detektierten Potenzialdifferenz der durch Eintauchen während der Periode OP2 erhaltenen Messdaten D_C unterscheidet, so dass es dem Vergleichsbeispiel-Sensorkopf 30A-1'' an Zuverlässigkeit mangelt. Als Grund dafür gilt, dass die Flüssigkeitshaltebahn 51 im Vergleichsbeispiel-Sensorkopf 30A-1'' entfernt wurde, weshalb die zu messende Flüssigkeit nicht auf einer Oberfläche der Ionenselektionselektrode 41 und einer Oberfläche der Referenzelektrode 42 gehalten werden konnte. Dagegen stellt man im Hinblick auf die durch direktes Sprühen mit Hilfe des Ausführungsform-Sensorkopfs 30A-1' erhaltenen Messdaten D_A fest, dass die detektierte Potenzialdifferenz während der Periode OP2 etwa gleich der detektierten Potenzialdifferenz der durch Eintauchen während der Periode OP2 erhaltenen Messdaten D_C ist, so dass der Ausführungsform-Sensorkopf 30A-1' Zuverlässigkeit besitzt. Insbesondere stellt man fest, dass auch dann, wenn der Ausführungsform-Sensorkopf 30A-1' eine nach unten geneigte Lage hat, die Zuverlässigkeit von Messdaten gewährleistet ist.
In einer unteren Spalte der Tabelle gemäß 25 ist eine Zeit, in der die detektierten Potenzialdifferenzen jeweils 90% von Sättigungswerten ab der o. g. Referenzzeit erreichen (als „90-%-Reaktionszeit bezeichnet”), im Hinblick auf die durch direktes Sprühen mit Hilfe des Ausführungsform-Sensorkopfs 30A-1' erhaltenen Messdaten D_A und die durch Eintauchen mit Hilfe des Vergleichsbeispiel-Sensorkopfs 30A-1'' erhaltenen Messdaten D_C angegeben. Wie in der Spalte gezeigt ist, betrug die 90%-Reaktionszeit der Messdaten D_A 29 [s], und die 90%-Reaktionszeit der Messdaten D_C betrug 25 [s]. Somit wurde nachgewiesen, dass es nahezu keinen Unterschied zwischen beiden Messdaten gibt.
Die vorstehende Darstellung bestätigt, dass durch direktes Sprühen mit Hilfe des Ausführungsform-Sensorkopfs 30A-1' erhaltene Messdaten D_A Zuverlässigkeit und auch eine ausreichend hohe Reaktionsgeschwindigkeit haben.
Obwohl die Fälle, in denen die Konzentration oder das Konzentrationsverhältnis von Natriumionen oder Kaliumionen gemessen wurde, im Zusammenhang mit mehreren Ausführungsformen hauptsächlich zuvor erläutert wurden, ist die Erfindung nicht auf solche Fälle beschränkt. Mit Hilfe des Sensorkopfs und des mit einem solchen Sensorkopf versehenen elektrochemischen Sensors gemäß der Erfindung ist es neben Natriumionen und Kaliumionen möglich, die Ionenkonzentration oder das Ionenkonzentrationsverhältnis verschiedener Ionen zu messen, z. B. Calciumionen, Chloridionen, Lithiumionen, Salpetersäureionen, Nitritionen, Schwefelsäureionen, Sulfitionen, Iodidionen, Magnesiumionen, Bromidionen, Hyperchloridionen, Wasserstoffionen.
Der Sensorkopf und der elektrochemische Sensor gemäß der Erfindung sind nicht auf die vorstehend beispielhaft dargestellten Ausführungsformen beschränkt und können auf verschiedene Weise abgewandelt sein.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Der Sensorkopf und der elektrochemische Sensor gemäß der Erfindung sind auf verschiedene Einsatzgebiete anwendbar. Beispielsweise kann der erfindungsgemäße elektrochemische Sensor als Ionensensor zur Messung von Natriumionen, Kaliumionen oder Chloridionen in Blut oder Urin oder als Enzymsensor zur Messung von Creatinin, Glucose o. ä. auf dem Gebiet biologischer Tests und klinischer Labortests verwendet werden. Ferner kann der erfindungsgemäße elektrochemische Sensor als Sensor zur pH-Messung bei Wassereigenschaften, als Gassensor zur Messung von gelöstem Sauerstoff, als Salpetersäureionensensor zur Messung von Salpetersäureionen im Boden oder als Gassensor zur Messung der Konzentration von Ammonium oder Kohlendioxid in einer Gasphase auf dem Gebiet der Umweltmessung verwendet werden. Weiterhin kann der erfindungsgemäße elektrochemische Sensor als Sensor zur pH-Messung in Lebensmitteln auf dem Gebiet von Lebensmitteltests zum Einsatz kommen.
Das Verfahren zur Verwendung eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Sensors kann zum Gebrauch eines elektrochemischen Sensors dienen, der für solche Einsatzzwecke verwendet wird.
Bezugszeichenliste

10: Körper
21: Verbinder
30, 30A, 30B: Sensorkopf
41: erste Elektrode
42: zweite Elektrode
43: erste Ausziehelektrode
44: zweite Ausziehelektrode
51: Flüssigkeitshaltebahn
71: Dichtungsbahn
72: Dichtungspackung
81: Flüssigkeitsblockierfilm
90: elektrochemischer Sensor

Claims

Sensorkopf zur Durchführung elektrochemischer Messungen, der aufweist: eine Montagefläche mit Isoliervermögen; eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode, die auf der Montagefläche voneinander beabstandet angeordnet sind; und ein Flüssigkeitshaltematerial, das auf der Montagefläche in einem Zustand angeordnet ist, in dem das Flüssigkeitshaltematerial die erste Elektrode und die zweite Elektrode in einem Stück bedeckt, wobei das Flüssigkeitshaltematerial mit einer Standardflüssigkeit imprägniert ist, die als Referenz bei der elektrochemischen Messung verwendet wird.
Sensorkopf nach Anspruch 1, wobei das Flüssigkeitshaltematerial in Form einer Bahn vorgesehen ist und das Flüssigkeitshaltematerial Flüssigkeitsdurchdringungsvermögen hat, das einer zu messenden Flüssigkeit ermöglicht, das in Form einer Bahn vorgesehene Flüssigkeitshaltematerial zur ersten Elektrode und zweiten Elektrode zu durchdringen.
Sensorkopf nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit einem Dichtungsbauteil, das mindestens das Flüssigkeitshaltematerial zum Verhindern einer Änderung der Standardflüssigkeit bedeckt, mit der das Flüssigkeitshaltematerial imprägniert ist.
Sensorkopf nach Anspruch 3, wobei das Dichtungsbauteil in Form einer Bahn mit einer Ebenenrichtungsgröße vorgesehen ist, die größer als eine Ebenenrichtungsgröße des Flüssigkeitshaltematerial ist, und ein Kantenabschnitt des Dichtungsbauteils in Form einer Bahn mit der Montagefläche hermetisch verklebt ist.
Sensorkopf nach Anspruch 3, wobei das Dichtungsbauteil in Form eines Beutels vorgesehen ist und das Dichtungsbauteil eine Gesamtheit oder einen Abschnitt des Substrats bedeckt, das die Montagefläche zusammen mit der ersten Elektrode, der zweiten Elektrode und dem Flüssigkeitshaltematerial bildet.
Sensorkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner mit einem Flüssigkeitsblockierfilm, der Durchdringen der Flüssigkeit blockiert, wobei der Flüssigkeitsblockierfilm zwischen dem Flüssigkeitshaltematerial und der ersten und zweiten Elektrode angeordnet ist.
Sensorkopf nach Anspruch 6, wobei der Flüssigkeitsblockierfilm einen Vorsprungabschnitt hat, der in einer Richtung von einem Bereich vorsteht, in dem das Flüssigkeitshaltematerial vorhanden ist, so dass der Flüssigkeitsblockierfilm in der einen Richtung entlang der Montagefläche zwischen dem Flüssigkeitshaltematerial und der ersten und zweiten Elektrode gezogen werden kann, während das Flüssigkeitshaltematerial einen Verlängerungsabschnitt aufweist, der über den Flüssigkeitsblockierfilm hinausgeht und sich in einer Richtung entgegengesetzt zu der einen Richtung erstreckt, und der Verlängerungsabschnitt mit der Montagefläche hermetisch verklebt ist.
Sensorkopf nach Anspruch 7, wobei der Vorsprungabschnitt des Flüssigkeitsblockierfilms mit dem Dichtungsbauteil verbunden ist.
Sensorkopf nach Anspruch 1, wobei das Flüssigkeitshaltematerial in direkten Kontakt mit der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode gebracht ist.
Sensorkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Flüssigkeitshaltematerial in einem Gelzustand vorliegt.
Sensorkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Flüssigkeitshaltematerial ein Aggregat von Fasern in Stoffform oder in Papierform ist.
Sensorkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Flüssigkeitshaltematerial ein poröses Material ist.
Sensorkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Flüssigkeitshaltematerial Beständigkeit gegen die Standardflüssigkeit hat.
Sensorkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die erste Elektrode aus einem ersten Kernmaterial mit elektrischer Leitfähigkeit und einem Ionenselektionsfilm gebildet ist, der auf einer Oberfläche des ersten Kernmaterials auf Kontaktweise angeordnet ist und selektiv ermöglicht, dass eine spezifische Ionenspezies, die in einem zu messenden Objekt enthalten ist, ihn durchdringt oder darin absorbiert wird, und die zweite Elektrode nur aus einem leitenden Material gebildet ist.
Sensorkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die erste Elektrode aus einem ersten Kernmaterial mit elektrischer Leitfähigkeit und einem ersten Ionenselektionsfilm gebildet ist, der auf einer Oberfläche des ersten Kernmaterials auf Kontaktweise angeordnet ist, die zweite Elektrode aus einem zweiten Kernmaterial mit elektrischer Leitfähigkeit und einem zweiten Ionenselektionsfilm gebildet ist, der auf einer Oberfläche des zweiten Kernmaterials auf Kontaktweise angeordnet ist, und der erste Ionenselektionsfilm und der zweite Ionenselektionsfilm selektiv ermöglichen, dass Ionenspezies, die sich voneinander unterscheiden und in einem zu messenden Objekt enthalten sind, sie durchdringen oder darin absorbiert werden.
Sensorkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die erste Elektrode aufweist: ein erstes Kernmaterial mit elektrischer Leitfähigkeit, eine erste Hülle, die das erste Kernmaterial umgibt und Isoliervermögen hat, und eine erste Innenflüssigkeit zur Ionenkonzentrationsmessung, die zwischen der ersten Hülle und dem ersten Kernmaterial eingefüllt ist, die zweite Elektrode aufweist: ein zweites Kernmaterial mit elektrischer Leitfähigkeit, eine zweite Hülle, die das zweite Kernmaterial umgibt und Isoliervermögen hat, und eine zweite Innenflüssigkeit zur Ionenkonzentrationsmessung, die zwischen der zweiten Hülle und dem zweiten Kernmaterial eingefüllt ist, und ein erster Fensterabschnitt und ein zweiter Fensterabschnitt, die einen Kontakt zwischen der ersten Innenflüssigkeit, der zweiten Innenflüssigkeit und der Standardflüssigkeit oder der zu messenden Flüssigkeit ermöglichen können, jeweils auf einer Oberfläche der ersten Hülle und einer Oberfläche der zweiten Hülle gebildet sind, die zum Flüssigkeitshaltematerial entgegengesetzt weisen.
Sensorkopf nach Anspruch 16, wobei die erste Innenflüssigkeit und die zweite Innenflüssigkeit jeweils den gleichen Inhalt wie die Standardflüssigkeit haben.
Sensorkopf nach Anspruch 16 oder 17, wobei ein Ionenselektionsfilm, der selektiv ermöglicht, dass eine in der zu messenden Flüssigkeit enthaltene spezifische Ionenspezies ihn durchdringt oder darin absorbiert wird, am ersten Fensterabschnitt vorgesehen ist und ein Flüssigkeitskommunikationsweg, der den Kommunikationsfluss zwischen der Standardflüssigkeit oder der zu messenden Flüssigkeit und der zweiten Innenflüssigkeit ermöglicht, im zweiten Fensterabschnitt gebildet ist.
Sensorkopf nach Anspruch 16 oder 17, wobei ein erster Ionenselektionsfilm und ein zweiter Ionenselektionsfilm, die selektiv ermöglichen, dass sich voneinander unterscheidende und in der zu messenden Flüssigkeit enthaltene Ionenspezies sie durchdringen oder darin absorbiert werden, am ersten Fensterabschnitt bzw. zweiten Fensterabschnitt vorgesehen sind.
Sensorkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Montagefläche eine Hauptfläche eines Substrats mit einer vorbestimmten Größe ist und eine erste Ausziehelektrode und eine zweite Ausziehelektrode, die sich von der ersten bzw. zweiten Elektrode zu einem Kantenabschnitt des Substrats auf der Montagefläche erstrecken, an der Montagefläche vorgesehen sind.
Elektrochemischer Sensor, der aufweist: einen Sensorkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 19; und ein Detektionsteil, das eine Potenzialdifferenz oder einen elektrischen Strom zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode detektiert.
Elektrochemischer Sensor, der aufweist: einen Sensorkopf nach Anspruch 20; einen Körper, der einen Verbinder aufweist, an dem Elektrodenanschlussabschnitte, an denen sich die erste Ausziehelektrode und die zweite Ausziehelektrode des Sensorkopfs erstrecken, abnehmbar angebaut sind; und ein Detektionsteil, das am Körper angebaut ist, wobei das Detektionsteil eine Potenzialdifferenz oder einen elektrischen Strom zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode über die erste Ausziehelektrode und die zweite Ausziehelektrode des Sensorkopfs detektiert, der am Verbinder angebaut ist.
Elektrochemischer Sensor nach Anspruch 22, der ferner aufweist: ein erstes Steuerteil, das eine erste Steuerung zum Detektieren der Potenzialdifferenz oder des elektrischen Stroms durch Betreiben des Detektionsteils im Hinblick auf die Standardflüssigkeit durchführt; ein zweites Steuerteil, das eine zweite Steuerung zum Detektieren der Potenzialdifferenz oder des elektrischen Stroms durch Betreiben des Detektionsteils im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit durchführt; und ein drittes Steuerteil, das ein Signal als Anzeige elektrochemischer Messdaten der zu messenden Flüssigkeit ausgibt, indem eine arithmetische Operation mit Hilfe der Konzentration einer spezifischen Komponente der Standardflüssigkeit, der im Hinblick auf die Standardflüssigkeit detektierten Potenzialdifferenz oder des elektrischen Stroms und der im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit detektierten Potenzialdifferenz oder des elektrischen Stroms durchgeführt wird.
Elektrochemischer Sensor nach Anspruch 23, wobei das erste Steuerteil die erste Steuerung unter einer Bedingung startet, dass der Elektrodenanschlussabschnitt des Sensorkopfs am Verbinder angebaut ist, und das zweite Steuerteil die zweite Steuerung unter einer Bedingung startet, dass ein vorbestimmter Befehl eingegeben wird, nachdem die erste Steuerung beendet ist.
Verfahren zur Verwendung eines elektrochemischen Sensors, das einen elektrochemischen Sensor verwendet, der den Sensorkopf nach Anspruch 9 und ein Detektionsteil aufweist, das eine Potenzialdifferenz oder einen elektrischen Strom zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode detektiert, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Detektieren der Potenzialdifferenz oder des elektrischen Stroms im Hinblick auf die Standardflüssigkeit durch Betreiben des Detektionsteils; anschließendes Detektieren der Potenzialdifferenz oder des elektrischen Stroms im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit durch Betreiben des Detektionsteils in einem Zustand, in dem die Standardflüssigkeit im Flüssigkeitshaltematerial gegen die zu messende Flüssigkeit ausgetauscht ist, indem die zu messende Flüssigkeit auf das Flüssigkeitshaltematerial gesprüht oder indem das Flüssigkeitshaltematerial in die zu messende Flüssigkeit eingetaucht wird.
Verfahren zur Verwendung eines elektrochemischen Sensors, das einen elektrochemischen Sensor verwendet, der den Sensorkopf nach einem der Ansprüche 6 bis 8 und ein Detektionsteil aufweist, das eine Potenzialdifferenz oder einen elektrischen Strom zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode detektiert, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Detektieren der Potenzialdifferenz oder des elektrischen Stroms durch Betreiben des Detektionsteils im Hinblick auf die Standardflüssigkeit durch Herausziehen des Flüssigkeitsblockierfilms zwischen dem Flüssigkeitshaltematerial und der ersten und zweiten Elektrode, wodurch das Flüssigkeitshaltematerial mit der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode in Kontakt gebracht wird, und anschließendes Detektieren der Potenzialdifferenz oder des elektrischen Stroms im Hinblick auf die zu messende Flüssigkeit durch Betreiben des Detektionsteils in einem Zustand, in dem die Standardflüssigkeit im Flüssigkeitshaltematerial gegen die zu messende Flüssigkeit ausgetauscht ist, indem die zu messende Flüssigkeit auf das Flüssigkeitshaltematerial gesprüht oder indem das Flüssigkeitshaltematerial in die zu messende Flüssigkeit eingetaucht wird.