JP2004309478A - Current sensing ion-selective electrode, ion measuring system, method of quantifying target ions, and method of fabricating current sensing ion-selective electrode - Google Patents

Current sensing ion-selective electrode, ion measuring system, method of quantifying target ions, and method of fabricating current sensing ion-selective electrode Download PDF

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靖浩 堀池
Madoka Takai
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a current sensing ion-selective electrode which measures a slight quantity of an object to be measured. <P>SOLUTION: The current sensing ion-selective electrode quantifies target ions in a sample solution containing the target ions and chemical species other than the target ions (hereinafter referred to as non-target chemical species). The electrode comprises an electrode main body 1 formed of an electrically conductive substance, a conductive substance which allows the target ions and/or non-target chemical species to pass therethrough, and an ion-sensitive layer 3 into which ionophores having selectivity for the target ions are mixed, wherein the electrode main body is in close contact with the ion-sensitive layer. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電流検出型イオン選択性電極、イオン測定システム、ターゲットイオンの定量方法、及び電流検出型イオン選択性電極の製造方法に関する。   The present invention relates to a current detection type ion selective electrode, an ion measurement system, a method for quantifying target ions, and a method for manufacturing a current detection type ion selective electrode.

複合高分子材料から作られる電極感応部と、電極感応部に接している内部液に浸された基準電極とからなる電極が開示されている(特許文献1参照)。この電極では、ニトロベンゼンまたはジクロルエタンなどの液体を電極材料とすることなく、アンモニウムイオン、チオシオン酸イオンなどのアルカリ金属イオンの分析をすることができる。
また、測定極上に第1電解液層とイオン感応層を設け、測定極と対極とを覆うように第2電解液層を設けた電極が開示されている(特許文献2参照)。この電極では、測定極と対極とをスクリーン印刷で作成でき、電極表面積を一定にすることができる。また、電解液層や感応層が塗布される凹部も、スクリーン印刷により作成できるので、製造が容易でかつ測定性能を向上できる。
There is disclosed an electrode composed of an electrode sensitive part made of a composite polymer material and a reference electrode immersed in an internal liquid in contact with the electrode sensitive part (see Patent Document 1). With this electrode, it is possible to analyze alkali metal ions such as ammonium ion and thiosionate ion without using a liquid such as nitrobenzene or dichloroethane as an electrode material.
Further, an electrode is disclosed in which a first electrolyte layer and an ion-sensitive layer are provided on a measurement electrode, and a second electrolyte layer is provided so as to cover the measurement electrode and the counter electrode (see Patent Document 2). In this electrode, the measurement electrode and the counter electrode can be created by screen printing, and the electrode surface area can be made constant. In addition, since the concave portion to which the electrolyte layer or the sensitive layer is applied can be formed by screen printing, the production is easy and the measurement performance can be improved.

しかし、特許文献1または特許文献2に記載の電極では、電極の内部に内部液が設けられていたり、電極感応部が液状物質からなる。そのため、電極を傾斜させると内部液と電極感応部とが混ざり合ってしまったり、内部液が蒸発したりする。よって、特許文献1または2に記載の電極では測定ができなくなってしまう等の電極の劣化が生じる。
そこで、導電性粒子とイオノフォアとを混合したペーストをスクリーン印刷し、加熱乾燥することによりイオン感応部を成型した電極が開示されている(特許文献3参照)。この電極では、内部液層を省略することができるので、液状物質による電極の劣化を低減できる。
特公平5−6658号公報 特開平6−229973号公報 特開平7−311175号公報
However, in the electrode described in Patent Literature 1 or Patent Literature 2, an internal liquid is provided inside the electrode, or the electrode sensitive portion is made of a liquid material. Therefore, when the electrode is inclined, the internal liquid and the electrode sensitive portion are mixed, or the internal liquid evaporates. Therefore, the electrodes described in Patent Literature 1 or 2 cause deterioration of the electrodes such that measurement becomes impossible.
Thus, an electrode is disclosed in which a paste in which conductive particles and an ionophore are mixed is screen-printed and heated and dried to form an ion-sensitive portion (see Patent Document 3). In this electrode, since the internal liquid layer can be omitted, deterioration of the electrode due to the liquid substance can be reduced.
Japanese Patent Publication No. 5-6658 JP-A-6-229973 JP-A-7-31175

しかし、前述の通り、前記特許文献1及び2の電極には内部液が設けられているため、内部液の蒸発及び内部液と電極感応部との混合等により電極の安定性が損なわれたり、内部液の存在のために電極の取り扱いが困難であるという問題がある。
また、前記特許文献1、2及び3の電極を用いた、試料溶液中の対象物質の測定は、対象物質が電極感応部に取り込まれる速度を電流値として検出している。そのため、試料溶液が少量である場合、あるいは試料溶液中の対象物質の濃度が小さい場合は、電極感応部に取り込まれ、検出される電流値または電荷量が小さくなる。よって、対象物質の濃度を測定することが困難であるという問題がある。
However, as described above, since the electrodes of Patent Documents 1 and 2 are provided with the internal liquid, the stability of the electrodes is impaired due to evaporation of the internal liquid and mixing of the internal liquid with the electrode sensitive portion, There is a problem that the handling of the electrode is difficult due to the presence of the internal liquid.
In the measurement of the target substance in the sample solution using the electrodes of Patent Documents 1, 2, and 3, the speed at which the target substance is taken into the electrode sensitive portion is detected as a current value. Therefore, when the amount of the sample solution is small, or when the concentration of the target substance in the sample solution is low, the current value or the amount of electric charge that is taken into the electrode sensitive portion and detected is small. Therefore, there is a problem that it is difficult to measure the concentration of the target substance.

さらに、特許文献3に記載の電極では、導電性粒子とイオノフォアとを混合したペーストをスクリーン印刷し、加熱乾燥することにより成型して形成される。よって、加熱乾燥におけるイオノフォアの耐熱性が要求される。例えば、イオノフォアであるノナクチンは天然物であり、通常約4℃で保存し使用するが、ペーストを成型する際の加熱によりノナクチンの性質が劣化する。このように、ペーストを成型するには、耐熱性が要求されるなど使用できるイオノフォアが限定されてしまうという問題がある。   Furthermore, the electrode described in Patent Document 3 is formed by screen-printing a paste in which conductive particles and ionophore are mixed and then heating and drying the paste. Therefore, the heat resistance of the ionophore in heat drying is required. For example, nonactin, which is an ionophore, is a natural product and is usually stored and used at about 4 ° C., but the properties of nonactin are deteriorated by heating when forming a paste. As described above, there is a problem that the ionophore that can be used is limited in molding the paste, for example, heat resistance is required.

そこで、本発明は、微少量の測定対象物を測定できる電流検出型イオン選択性電極を提供することを目的とする。
また、本発明は、取り扱いが容易な電流検出型イオン選択性電極を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、イオノフォアの劣化を低減できる電流検出型イオン選択性電極の製造方法を提供することを目的とする。
Then, an object of the present invention is to provide a current detection type ion selective electrode which can measure a very small amount of an object to be measured.
Another object of the present invention is to provide a current detection type ion selective electrode which is easy to handle.
Still another object of the present invention is to provide a method for producing a current detection type ion selective electrode which can reduce the deterioration of the ionophore.

本願第1発明は、上記の課題を解決するために、ターゲットイオンと、前記ターゲットイオン以外の化学種(以下、非ターゲット化学種という)とを含む試料溶液中の前記ターゲットイオンを定量するための電流検出型イオン選択性電極であって、導電性物質で形成された電極本体と、前記ターゲットイオン及び/または前記非ターゲット化学種を透過させる伝導性物質と、前記ターゲットイオンの選択性を有するイオノフォアとが混在するイオン感応層とを含み、前記電極本体と前記イオン感応層とが密着している電流検出型イオン選択性電極を提供する。   In order to solve the above-described problems, the first invention of the present application is a method for quantifying the target ions in a sample solution containing target ions and a chemical species other than the target ions (hereinafter, referred to as non-target chemical species). A current detection type ion-selective electrode, comprising: an electrode body formed of a conductive material; a conductive material that transmits the target ions and / or the non-target species; and an ionophore having selectivity for the target ions. A current detection type ion-selective electrode in which the electrode body and the ion-sensitive layer are in close contact with each other.

このイオン感応層は、試料溶液中のターゲットイオン及び/または非ターゲット化学種を電極本体に透過させる伝導性物質と、試料溶液中からターゲットイオンを選択的に捕捉するイオノフォアとを含んでいる。電極本体では、その表面にターゲットイオン及び/または非ターゲット化学種が存在することにより電極反応が引き起こされる。ここで、非ターゲット化学種とは、溶液中のターゲットイオン以外の電気化学的な反応性がある化学種を意味し、例えば分子やイオンなどが挙げられる。このターゲットイオン及び/または非ターゲット化学種に起因する電極反応は、ターゲットイオンがイオノフォアに捕捉されることによって阻害される。そして、その阻害の結果として生じた電流を検出することでターゲットイオンを定量することができる。具体的には、検出された電極の電流値は、ターゲットイオン及び/または非ターゲット化学種が伝導性物質すなわちイオン感応層を介した電極反応に寄与すること、及びターゲットイオンについてはイオノフォアによって捕捉され電極反応を阻害することと相関関係を有している。そして、ターゲットイオンの電極反応により生じる電流からターゲットイオンを直接的に定量するのではなく、この相関関係に基づいて電極反応の阻害の結果生じる電流の電流値からターゲットイオンを間接的に定量する。そのため、ターゲットイオンの濃度が微少量である場合でも、ターゲットイオン及び/または非ターゲット化学種に起因する電極反応に応じた電流値を測定することにより試料溶液中のターゲットイオンを定量することができる。   The ion-sensitive layer includes a conductive material that allows target ions and / or non-target chemical species in the sample solution to pass through the electrode body, and an ionophore that selectively captures target ions from the sample solution. In the electrode body, the presence of target ions and / or non-target species on its surface causes an electrode reaction. Here, the non-target chemical species means a chemical species having an electrochemical reactivity other than the target ion in the solution, such as a molecule or an ion. The electrode reaction due to the target ions and / or non-target species is inhibited by the target ions being captured by the ionophore. The target ions can be quantified by detecting the current generated as a result of the inhibition. Specifically, the detected electrode current value indicates that the target ions and / or non-target species contribute to the electrode reaction through the conductive material, i.e., the ion-sensitive layer, and that the target ions are captured by the ionophore. It has a correlation with inhibiting the electrode reaction. Then, instead of directly quantifying the target ion from the current generated by the electrode reaction of the target ion, the target ion is indirectly determined from the current value of the current generated as a result of the inhibition of the electrode reaction based on the correlation. Therefore, even when the concentration of the target ion is very small, the target ion in the sample solution can be quantified by measuring a current value corresponding to the electrode reaction caused by the target ion and / or the non-target chemical species. .

ターゲットイオンの濃度は、例えば以下のように測定を行う。上記電流検出型イオン選択性電極を用いて、試料溶液中の非ターゲット化学種と同程度の濃度の非ターゲット化学種を含む参照溶液における参照電流値I0を測定する。また、上記電流検出型イオン選択性電極を用いて、試料溶液の電流値のI1を測定する。そして、参照電流値の絶対値|I|から、試料溶液の電流値の絶対値|I1|がどの程度減少しているかを測定することにより、ターゲットイオンの濃度を測定することができる。 The concentration of the target ion is measured, for example, as follows. Using the current-detection-type ion-selective electrode, a reference current value I 0 in a reference solution containing a non-target chemical species having a concentration similar to that of the non-target chemical species in the sample solution is measured. Further, the current value I 1 of the sample solution is measured using the current detection type ion selective electrode. Then, by measuring how much the absolute value | I 1 | of the current value of the sample solution has decreased from the absolute value | I 0 | of the reference current value, the concentration of the target ion can be measured.

上記の電流検出型イオン選択性電極では、イオン感応層が固相状態であるので取り扱いが容易である。
本願第2発明は、本願第1発明において、前記非ターゲット化学種は、前記ターゲットイオンと同一極性であり、かつ前記ターゲットイオンと異なるイオン(以下、非ターゲットイオンという)であり、前記伝導性物質は、前記ターゲットイオン及び/または前記非ターゲットイオンをイオン交換するイオン伝導性物質である電流検出型イオン選択性電極を提供する。
In the above current detection type ion selective electrode, handling is easy because the ion sensitive layer is in a solid state.
In the second invention of the present application, in the first invention of the present application, the non-target chemical species is an ion having the same polarity as the target ion and different from the target ion (hereinafter, referred to as a non-target ion); Provides a current detection type ion-selective electrode, which is an ion-conductive substance that exchanges the target ions and / or the non-target ions.

この電流検出型イオン選択性電極の電流値は、ターゲットイオン及び/または非ターゲットイオンがイオン伝導性物質すなわちイオン感応層のイオン伝導に寄与すること、及びターゲットイオンについてはイオノフォアによって捕捉されこのイオン伝導を阻害することと相関関係を有している。この相関関係に基づいて、取り出された電流値によりターゲットイオンを間接的に定量する。そのため、ターゲットイオンの濃度が微少量である場合でも、ターゲットイオンがイオノフォアに捕捉され、結果として、ターゲットイオン及び/または非ターゲットイオンに起因する電極反応に応じた電流値を測定することにより試料溶液中のターゲットイオンを定量することができる。   The current value of the current detection type ion-selective electrode is based on the fact that target ions and / or non-target ions contribute to the ion conduction of the ion-conductive substance, that is, the ion-sensitive layer. And has a correlation with inhibiting. Based on this correlation, target ions are indirectly quantified by the extracted current value. Therefore, even when the concentration of the target ion is very small, the target ion is trapped by the ionophore, and as a result, the current value corresponding to the electrode reaction caused by the target ion and / or the non-target ion is measured, whereby the sample solution is measured. The target ions in the sample can be quantified.

本願第3発明は、本願第1発明において、 前記イオノフォアが有する空孔の内径は、前記ターゲットイオンのイオン径と実質的に同一サイズである電流検出型イオン選択性電極を提供する。
前記イオノフォアの空孔径が、前記ターゲットイオンのイオン径と実質的に同一であるので、前記イオノフォアによる前記ターゲットイオンの選択性を高めることができる。そのため、電流検出型イオン選択性電極から電流値を取り出すことによって、ターゲットイオンの定量をより正確に行うことができる。
The third invention of the present application provides the current detection type ion selective electrode according to the first invention of the present application, wherein the inside diameter of the pores of the ionophore is substantially the same as the ion diameter of the target ion.
Since the pore diameter of the ionophore is substantially the same as the ion diameter of the target ion, the selectivity of the target ion by the ionophore can be increased. Therefore, by extracting the current value from the current detection type ion selective electrode, the quantification of target ions can be performed more accurately.

本願第4発明は、本願第1発明において、前記ターゲットイオンはアンモニウムイオンであり、前記イオノフォアは、ノナクチン、19−クラウン−6誘導体、20−クラウン−6誘導体及び21−クラウン−6誘導体から選ばれる1または複数の組み合わせである、電流検出型イオン選択性電極を提供する。
上記のイオノフォアは、その空孔においてアンモニウムイオンを選択的に捕捉し、またその空孔へのアンモニウムイオンの捕捉を妨害する妨害イオンをブロックする効果を有する。よって、ターゲットイオンであるアンモニウムイオンの選択性がより高まるため、前述の相関関係を有する電流を取り出すことによって、ターゲットイオンの定量をさらに正確に行うことができる。
In a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the target ion is an ammonium ion, and the ionophore is selected from nonactin, a 19-crown-6 derivative, a 20-crown-6 derivative, and a 21-crown-6 derivative. A current sensing ion selective electrode is provided, which is one or more combinations.
The ionophore described above has the effect of selectively trapping ammonium ions in its vacancies and blocking interfering ions that prevent trapping of ammonium ions in the vacancies. Therefore, the selectivity of the ammonium ion, which is the target ion, is further enhanced. Therefore, by extracting the current having the above-described correlation, the quantification of the target ion can be performed more accurately.

本願第5発明は、本願第1発明において、前記ターゲットイオンの濃度に応じて前記イオン感応層に対する前記イオノフォアの組成比を選択する電流検出型イオン選択性電極を提供する。
例えば、ターゲットイオン濃度が高濃度である場合は、前記イオン感応層内のイオノフォアの組成比を大きくすることで、ターゲットイオンを捕捉する空孔が飽和するのを防止することができる。
The fifth invention of the present application provides the current detection type ion selective electrode according to the first invention of the present application, wherein a composition ratio of the ionophore to the ion sensitive layer is selected according to the concentration of the target ion.
For example, when the target ion concentration is high, by increasing the composition ratio of the ionophore in the ion-sensitive layer, it is possible to prevent the holes for capturing the target ions from being saturated.

本願第6発明は、本願第1発明において、前記電極本体の材質は、グラッシーカーボン、白金、金、銀から選ばれる1または複数の組み合わせである電流検出型イオン選択性電極を提供する。
グラッシーカーボンや白金等は、導電性が大きいことや安定した電流値を供給するなどの電気特性に優れ、また試料溶液に対する耐性が大きいなどの特性に優れる。よって、電極本体において正確な電流を取り出すことができる。
The sixth invention of the present application provides the current detection type ion-selective electrode according to the first invention of the present application, wherein the material of the electrode body is one or a combination of a plurality of glassy carbon, platinum, gold, and silver.
Glassy carbon, platinum, and the like are excellent in electrical properties such as high conductivity and supplying a stable current value, and excellent in properties such as high resistance to a sample solution. Therefore, an accurate current can be extracted from the electrode body.

本願第7発明は、ターゲットイオンと、前記ターゲットイオン以外の化学種(以下、非ターゲット化学種という)とを含む試料溶液が導入される試料セルと、伝導性物質と前記ターゲットイオンの選択性を有するイオノフォアとが混在するイオン感応部を有し、前記試料セルに内設される電極と、前記試料セルに内設される前記電極の対極と、前記電極と前記対極との間に電圧を印加する電圧印加部と、前記電圧の印加により生じる前記電極に流れる電流値I1を検出する電流値検出部と、前記ターゲットイオン濃度の増加に応じて前記電流値の絶対値|I1|が減少することに基づいて、あるいは前記ターゲットイオン濃度の減少に応じて前記電流値の絶対値|I1|が増加することに基づいて前記ターゲットイオンの定量を行うターゲットイオン定量部とを含むイオン測定システムを提供する。 The seventh invention of the present application relates to a sample cell into which a sample solution containing target ions and a chemical species other than the target ions (hereinafter, referred to as non-target chemical species) is introduced, and a selectivity between a conductive substance and the target ions. Having an ion-sensitive portion in which ionophores are mixed, an electrode provided in the sample cell, a counter electrode of the electrode provided in the sample cell, and a voltage applied between the electrode and the counter electrode. a voltage applying unit for a current value detection unit that detects a current value I 1 flowing through the electrode resulting from the application of the voltage, the absolute value of the current value according to the increase of the target ion concentration | I 1 | is reduced based on that, or the absolute value of the current value according to the decrease of the target ion concentration | I 1 | perform quantification of the based on the increase target ion target To provide an ion measurement system including an ion quantitation section.

イオン感応部を有する電極が、ターゲットイオン及び非ターゲット化学種を含む試料セル内の試料溶液に浸漬される。このイオン感応部は、電圧印加部による電圧の印加により、ターゲットイオン及び/または非ターゲット化学種を電極本体に透過させる伝導性物質と、試料溶液中からターゲットイオンを選択的に捕捉するイオノフォアとを含んでいる。電極では、その表面にターゲットイオン及び/または非ターゲット化学種が存在することにより電極反応が引き起こされる。このターゲットイオン及び/または非ターゲット化学種に起因する電極反応はターゲットイオンがイオノフォアに捕捉されることによって阻害される。そして、電流値検出部は、その阻害の結果として生じた電流の電流値I1を検出する。このとき、ターゲットイオン濃度の増加に応じて前記電流値の絶対値|I1|が減少する、あるいは前記ターゲットイオン濃度の減少に応じて前記電流値の絶対値|I1|が増加する傾向を有する。よって、ターゲットイオン定量部は、この傾向に基づいて試料溶液中のターゲットイオンの定量を行うことができる。 An electrode having an ion sensitive portion is immersed in a sample solution in a sample cell containing target ions and non-target species. The ion-sensing section includes a conductive substance that allows target ions and / or non-target chemical species to pass through the electrode body by applying a voltage by a voltage applying section, and an ionophore that selectively captures target ions from a sample solution. Contains. At an electrode, an electrode reaction is caused by the presence of target ions and / or non-target species on the surface. The electrode reaction caused by the target ions and / or non-target species is inhibited by the target ions being captured by the ionophore. Then, the current value detection unit detects a current value I 1 of the current produced as a result of its inhibition. At this time, the absolute value of the current value in accordance with an increase in target ion concentration | I 1 | is reduced, or the absolute value of the current value according to the decrease of the target ion concentration | a tendency to increase | I 1 Have. Therefore, the target ion quantification unit can quantify the target ions in the sample solution based on this tendency.

本願第8発明は、本願第1発明に記載の電流検出型イオン選択性電極と、前記ターゲットイオン及び前記非ターゲット化学種を含む試料溶液が導入される試料セルと、前記試料セルに内設される前記電流検出型イオン選択性電極の対極と、前記電流検出型イオン選択性電極と前記対極との間に電圧を印加する電圧印加部と、前記電圧の印加により生じる前記電流検出型イオン選択性電極の電極本体に流れる電流値I1を検出する電流値検出部と、前記ターゲットイオンの定量を行うターゲットイオン定量部とを含むイオン測定システムを提供する。 An eighth invention of the present application is the current detection type ion selective electrode according to the first invention of the present application, a sample cell into which a sample solution containing the target ions and the non-target chemical species is introduced, and a sample cell provided inside the sample cell. A counter electrode of the current detection type ion selective electrode, a voltage application unit for applying a voltage between the current detection type ion selective electrode and the counter electrode, and the current detection type ion selectivity generated by applying the voltage. providing a current value detector for detecting a current value I 1 flowing through the electrode body of the electrode, the ion measurement system including a target ion quantification section that performs determination of the target ion.

電流検出型イオン選択性電極では、その表面にターゲットイオン及び/または非ターゲット化学種が存在することにより電極反応が引き起こされる。電極反応はターゲットイオンがイオノフォアに捕捉されることによって阻害され、その阻害の結果として生じた電流の電流値を測定する。このとき、ターゲットイオン濃度の増加に応じて前記電流値が減少する、あるいは前記ターゲットイオン濃度の減少に応じて前記電流値が増加する傾向を有する。この傾向に基づいて次のようにターゲットイオンを定量する。電流検出型イオン選択性電極を用いて、試料溶液中の非ターゲット化学種と同程度の濃度の非ターゲット化学種を含む参照溶液における参照電流値I0をまず測定する。次に、電流検出型イオン選択性電極を用いて試料溶液内の電流値I1を測定する。そして、参照電流値の絶対値|I0|から、試料溶液内の電流値の絶対値|I1|がどの程度減少しているかを測定することにより、ターゲットイオンの濃度を測定することができる。 In a current-sensing ion-selective electrode, the presence of target ions and / or non-target species on its surface causes an electrode reaction. The electrode reaction is inhibited by the target ion being trapped by the ionophore, and the current value of the current resulting from the inhibition is measured. At this time, the current value tends to decrease as the target ion concentration increases, or the current value tends to increase as the target ion concentration decreases. Based on this tendency, target ions are quantified as follows. First, a reference current value I 0 in a reference solution containing a non-target chemical species having a concentration similar to that of the non-target chemical species in the sample solution is measured using a current detection type ion selective electrode. Next, the current value I 1 in the sample solution is measured using the current detection type ion selective electrode. Then, by measuring how much the absolute value | I 1 | of the current value in the sample solution has decreased from the absolute value | I 0 | of the reference current value, the concentration of the target ion can be measured. .

本願第9発明は、本願第7発明において、前記試料セルにさらに参照電極が内設されるイオン測定システムを提供する。
参照電極を用いることで、電流検出型イオン選択性電極に印加されている電圧を正確に求め、電極本体に取り出される電流値を電流値検出部により正確に検出することができる。
A ninth invention of the present application provides the ion measuring system according to the seventh invention of the present application, wherein a reference electrode is further provided inside the sample cell.
By using the reference electrode, the voltage applied to the current detection type ion-selective electrode can be accurately determined, and the current value extracted to the electrode body can be accurately detected by the current value detection unit.

本願第10発明は、本願第1発明に記載の電流検出型イオン選択性電極を用いたターゲットイオンの定量方法であって、前記ターゲットイオン及び前記非ターゲット化学種を含む試料溶液が導入された試料セルに前記電流検出型イオン選択性電極と前記対極とを浸漬する浸漬ステップと、前記電流検出型イオン選択性電極と前記対極との間に電圧を印加する電圧印加ステップと、前記電圧の印加により生じる前記電流検出型イオン選択性電極の電極本体に流れる電流の電流値I1を検出する電流値検出ステップと、前記ターゲットイオン濃度の増加に応じて前記電流値の絶対値|I1|が減少することに基づいて、あるいは前記ターゲットイオン濃度の減少に応じて前記電流値の絶対値|I1|が増加することに基づいて前記ターゲットイオンの定量を行うターゲットイオン定量ステップとを含むターゲットイオンの定量方法を提供する。 A tenth invention of the present application is a method for quantifying target ions using the current detection type ion-selective electrode according to the first invention of the present application, wherein a sample into which a sample solution containing the target ions and the non-target chemical species is introduced is introduced. An immersion step of immersing the current detection type ion selective electrode and the counter electrode in a cell, a voltage application step of applying a voltage between the current detection type ion selective electrode and the counter electrode, and applying the voltage. A current value detecting step of detecting a current value I 1 of a current flowing through the electrode body of the current detecting type ion selective electrode, and an absolute value | I 1 | of the current value decreasing according to an increase in the target ion concentration based on that, or the absolute value of the current value according to the decrease of the target ion concentration | I 1 | on the basis of the fact that the increased target Io It provides a method of quantifying a target ions including the target ion quantification step for the quantification.

第1発明に記載の電流検出型イオン選択性電極を用いて、ターゲットイオン濃度の増加に応じて前記電流値の絶対値|I1|が減少することに基づいて、あるいは前記ターゲットイオン濃度の減少に応じて前記電流値の絶対値|I1|が増加することに基づいてターゲットイオンの定量を行うことができる。
本願第11発明は、本願第9発明において、前記ターゲットイオン定量ステップでは、前記非ターゲット化学種を含む参照溶液に浸漬された前記電流検出型イオン選択性電極の電極本体での参照電流値I0と、前記電流検出ステップで検出された電流値Iとを比較し、前記電流値I1の前記参照電流値I0からの減少分である減少電流値の絶対値|I1−I0|を算出することにより前記ターゲットイオンの定量を行うターゲットイオンの定量方法を提供する。
Using the current-detection-type ion-selective electrode according to the first invention, based on the fact that the absolute value | I 1 | of the current value decreases as the target ion concentration increases, or based on the decrease in the target ion concentration The amount of the target ion can be determined based on the fact that the absolute value | I 1 |
According to an eleventh aspect of the present invention, in the ninth aspect of the present invention, in the target ion quantifying step, a reference current value I 0 at an electrode body of the current detection type ion selective electrode immersed in a reference solution containing the non-target chemical species. When the comparing the detection current value I 1 detected in step, the absolute value of the reduction current value is a decrease from the reference current value I 0 of the current value I 1 | I 1 -I 0 | And a method for quantifying the target ion by calculating the target ion.

試料溶液における電流値I1が、ターゲットイオンを含まない参照溶液における参照電流値I0から減少した減少電流値の絶対値|I1−I0|を算出することによってターゲットイオンの定量を行うことができる。
本願第12発明は、本願第1発明に記載の電流検出型イオン選択性電極の製造方法であって、
前記イオン感応層を構成する伝導性物質及び前記イオノフォアを、溶液中に混在させる混在ステップと、
キャスト法により、前記混在された溶液を前記電極本体の一端面に塗布し、前記溶液を蒸発させて前記イオン感応層を前記電極本体上に密着するように成膜する成膜ステップと、
を含む電流検出型イオン選択性電極の製造方法。
効果 キャスト法により電極本体にイオン感応層を成膜するので、伝導性物質及び/またはイオノフォアを劣化させることなく第1発明に記載の電流検出型イオン選択性電極を製造することができる。
Quantifying target ions by calculating the absolute value | I 1 −I 0 | of the reduced current value in which the current value I 1 in the sample solution is reduced from the reference current value I 0 in the reference solution containing no target ion Can be.
A twelfth invention of the present application is a method for manufacturing a current detection type ion selective electrode according to the first invention of the present application,
A mixing step of mixing the conductive substance and the ionophore constituting the ion-sensitive layer in a solution;
A film forming step of applying the mixed solution to one end surface of the electrode main body by a casting method, evaporating the solution, and forming a film so that the ion-sensitive layer is in close contact with the electrode main body,
A method for producing a current detection type ion-selective electrode, comprising:
Effect Since the ion-sensitive layer is formed on the electrode body by the casting method, the current-detection-type ion-selective electrode according to the first invention can be manufactured without deteriorating the conductive material and / or the ionophore.

本願第13発明は、少なくとも1つの電極対が設けられた電極キットであって、前記電極対は、本願第1発明に記載の電流検出型イオン選択性電極と前記電流検出型イオン選択性電極の対極とから構成される電極キットを提供する。
上記の電極キットをターゲットイオン及び非ターゲット化学種を含む試料溶液に浸漬し、電極対の間に電圧を印加することにより試料溶液中のターゲットイオンの定量を行うことができる。ターゲットイオンの定量は、本願第1発明と同様に行う。
A thirteenth invention of the present application is an electrode kit provided with at least one electrode pair, wherein the electrode pair includes the current detection type ion selective electrode according to the first invention and the current detection type ion selective electrode. An electrode kit comprising a counter electrode is provided.
By immersing the above-mentioned electrode kit in a sample solution containing target ions and non-target chemical species, and applying a voltage between the electrode pairs, the target ions in the sample solution can be quantified. The quantification of the target ions is performed in the same manner as in the first invention of the present application.

本発明を用いれば、微少量の測定対象物を測定できる電流検出型イオン選択性電極を提供することができる。
また、本発明を用いれば、取り扱いが容易な電流検出型イオン選択性電極を提供することができる。
さらに、本発明を用いれば、イオノフォアの劣化を低減できる電流検出型イオン選択性電極の製造方法を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a current detection type ion-selective electrode capable of measuring a very small amount of an object to be measured.
Further, according to the present invention, it is possible to provide a current detection type ion selective electrode which is easy to handle.
Further, by using the present invention, it is possible to provide a method for producing a current detection type ion selective electrode which can reduce the deterioration of the ionophore.

<発明の概要>
本発明に係る電流検出型イオン選択性電極は、電極本体及び電極本体の少なくとも一部を覆う感応部を有している。感応部は、測定対象である対象物質を選択的に捕捉する捕捉物質と、対象物質及び/または非対象物質を電極本体に透過させる伝導性物質とを含む。ここで、非対象物質とは、試料中に含まれる対象物質以外の物質をいう。
<Summary of the Invention>
The current detection type ion selective electrode according to the present invention has an electrode main body and a sensitive portion covering at least a part of the electrode main body. The sensing unit includes a capturing substance that selectively captures a target substance to be measured, and a conductive substance that allows the target substance and / or the non-target substance to pass through the electrode body. Here, the non-target substance refers to a substance other than the target substance contained in the sample.

この電流検出型イオン選択性電極を、対象物質及び非対象物質を含む試料溶液に浸漬する。そして、電流検出型イオン選択性電極に電圧を印加すると、感応部の伝導物質により対象物質及び/または非対象物質が電極本体に透過され、電極本体において透過した対象物質及び/または非対象物質に起因する電極反応が生じる。このとき、対象物質が感応部を構成する捕捉物質により選択的に捕捉され電極反応が阻害される。この電極反応の阻害は、対象物質の捕捉により対象物質の電極反応が減少すること、及び/または対象物質の捕捉により非対象物質の電極本体への透過率が減少し非対象物質の電極反応が減少することに起因している。また、電極反応の阻害は対象物質の濃度と関係を有しているため、試料溶液に浸漬した電極本体に流れる電流の電流値を測定することにより対象物質の濃度を定量することができる。
<第1実施形態例>
図1は、本発明の第1実施形態例に係る電流検出型イオン選択性電極の斜視図、図2は図1の断面図、図3は図1に示す電流検出型イオン選択性電極を用いたイオン測定システムである。以下に第1実施形態例に係る電流検出型イオン選択性電極、イオン測定システムの構成を説明する。
(1)構成
(1−1)電流検出型イオン選択性電極
電流検出型イオン選択性電極10の電極本体1は、その両端面を除き、導電性物質である電極本体1の側面を覆うように絶縁物質2が設けられている。電極本体1の両端面の一方は、電圧を印加するため導電性物質をむき出しにしておき、他端にイオン感応層3を密着して電流検出型イオン選択性電極10を形成する。イオン感応層3は、測定対象となるイオン(以下、ターゲットイオンという)に対して選択性を有するイオノフォアと、伝導性物質とが混在して形成されている。伝導性物質は、ターゲットイオンを測定するために電極本体1に電圧が印加された場合、試料溶液中のターゲットイオン及び/または非ターゲット化学種を電極本体に透過させる。ここで、非ターゲット化学種とは、試料溶液70中のターゲットイオン以外の電気化学的な反応性がある化学種をいい、例えばイオン、溶存酸素などの分子、ラジカル等が挙げられる。
The current detection type ion selective electrode is immersed in a sample solution containing a target substance and a non-target substance. Then, when a voltage is applied to the current detection type ion selective electrode, the target substance and / or the non-target substance are transmitted to the electrode main body by the conductive substance of the sensitive part, and the target substance and / or the non-target substance transmitted through the electrode main body The resulting electrode reaction occurs. At this time, the target substance is selectively captured by the capture substance constituting the sensitive part, and the electrode reaction is inhibited. The inhibition of the electrode reaction is caused by the reduction of the electrode reaction of the target substance due to the capture of the target substance, and / or the reduction of the transmittance of the non-target substance to the electrode body due to the capture of the target substance, thereby reducing the electrode reaction of the non-target substance. This is due to the decrease. Further, since the inhibition of the electrode reaction is related to the concentration of the target substance, the concentration of the target substance can be determined by measuring the current value of the current flowing through the electrode body immersed in the sample solution.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a perspective view of a current detection type ion selective electrode according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of FIG. 1, and FIG. 3 uses the current detection type ion selective electrode shown in FIG. Ion measurement system. Hereinafter, the configurations of the current detection type ion selective electrode and the ion measurement system according to the first embodiment will be described.
(1) Configuration (1-1) Current Detection Type Ion Selective Electrode The electrode body 1 of the current detection type ion selective electrode 10 covers the side surfaces of the electrode body 1 which is a conductive substance except for both end faces. An insulating material 2 is provided. One of both end surfaces of the electrode body 1 is exposed with a conductive material to apply a voltage, and the ion sensitive layer 3 is adhered to the other end to form a current detection type ion selective electrode 10. The ion-sensitive layer 3 is formed by mixing an ionophore having selectivity for ions to be measured (hereinafter, referred to as target ions) and a conductive substance. The conductive material allows target ions and / or non-target chemical species in the sample solution to permeate the electrode body when a voltage is applied to the electrode body 1 to measure target ions. Here, the non-target chemical species refers to a chemical species having electrochemical reactivity other than target ions in the sample solution 70, and includes, for example, ions, molecules such as dissolved oxygen, radicals, and the like.

伝導性物質としては、例えば、ナフィオンやスルホン基を有するパーフルオロカーボンなどが挙げられる。
電極本体1は導電性物質で形成されており、その導電性物質としては、劣化することなく電流値を正確かつ安定に測定できる物質、導電性が大きい物質、及び/または試料溶液に対する耐性が大きく、試料溶液に無害な物質であれば、電極本体1の電流を正確に取り出すことができ好ましい。例えば、グラッシーカーボン、白金、金、銀から選ばれる1または複数の組み合わせであると好ましい。
Examples of the conductive substance include Nafion and a perfluorocarbon having a sulfone group.
The electrode body 1 is formed of a conductive material. As the conductive material, a material capable of accurately and stably measuring a current value without deterioration, a material having high conductivity, and / or a large resistance to a sample solution. If the substance is harmless to the sample solution, it is preferable because the current of the electrode body 1 can be accurately taken out. For example, one or more combinations selected from glassy carbon, platinum, gold, and silver are preferable.

また、その形状は特に限定されず、棒状、筒状、シート状等が挙げられる。好ましくは、試料溶液との接触面が大きくなるような形状とする。
イオノフォアとしては、ジベンゾ−18−クラウン−6、ジベンゾ−30−クラウン−10、ビスクラウンエーテル類、ノナクチン、モナクチン、バリノマイシン、またはそれらの誘導体等をターゲットイオンに応じて適宜選択する。イオノフォアが有する空孔の内径と、ターゲットイオンのイオン径とが実質的に同一サイズとなるようにイオノフォアを選択するとターゲットイオンの選択性を高めることができ好ましい。さらにイオノフォアの分子構造とターゲットイオンの分子構造とに応じて選択すると、さらにターゲットイオンの選択性を高めることをでき好ましい。
The shape is not particularly limited, and examples thereof include a rod shape, a tubular shape, and a sheet shape. Preferably, the shape is such that the contact surface with the sample solution is large.
As the ionophore, dibenzo-18-crown-6, dibenzo-30-crown-10, biscrown ethers, nonactin, monactin, valinomycin, or derivatives thereof are appropriately selected according to the target ion. It is preferable to select the ionophore so that the inside diameter of the pores of the ionophore and the ion diameter of the target ion are substantially the same, because the selectivity of the target ion can be enhanced. Further, it is preferable to select according to the molecular structure of the ionophore and the molecular structure of the target ion, because the selectivity of the target ion can be further increased.

ターゲットイオンがアンモニウムイオンである場合、イオノフォアとしては、ノナクチン、19−クラウン−6誘導体、20−クラウン−6誘導体及び21−クラウン−6誘導体から選ばれる1または複数の組み合わせから選択するとアンモニウムイオンの選択性が高く好ましい。さらに、TD19−クラウン−6、TD20−クラウン−6及びTD21−クラウン−6から選択されると好ましい。前記のイオノフォアは、その空孔においてアンモニウムイオンを選択的に捕捉し、またその空孔へのアンモニウムイオンの捕捉を妨害する妨害イオンをブロックする効果を有する。よって、ターゲットイオンであるアンモニウムイオンの選択性をより高めることができる。   When the target ion is an ammonium ion, the ionophore is selected from one or a combination of nonactin, a 19-crown-6 derivative, a 20-crown-6 derivative and a 21-crown-6 derivative. It is preferable because of high performance. Furthermore, it is preferable to be selected from TD19-crown-6, TD20-crown-6 and TD21-crown-6. The ionophore has the effect of selectively trapping ammonium ions in its vacancies and blocking interfering ions that interfere with the trapping of ammonium ions in the vacancies. Therefore, the selectivity of the ammonium ion as the target ion can be further improved.

ターゲットイオンがナトリウムイオンである場合、イオノフォアとしては、ビス−12−クラウン−4及びジベンジル−ビス−12−クラウン−4が好ましい。
ターゲットイオンがカリウムイオンまたはタリウムイオンである場合、イオノフォアとしては、ビス−ベンゾ−15−クラウン−5が好ましい。
ターゲットイオンがマグネシウムイオンである場合、イオノフォアとしては、C14−K22B5、K22B1B5及びK22B9が好ましい。
When the target ion is a sodium ion, the ionophore is preferably bis-12-crown-4 and dibenzyl-bis-12-crown-4.
When the target ion is a potassium ion or a thallium ion, bis-benzo-15-crown-5 is preferable as the ionophore.
When the target ion is a magnesium ion, the ionophore is preferably C14-K22B5, K22B1B5 and K22B9.

ターゲットイオンが銀イオンである場合、イオノフォアとしては、オクタデシロキシメチルピリジンが好ましい。
ターゲットイオンがリチウムイオンである場合、イオノフォアとしては、フォスフォドデシル−14−クラウン−4、ジベンジル−14−クラウン−4及びTTD14−クラウン−4が好ましい。
When the target ion is a silver ion, octadecyloxymethylpyridine is preferred as the ionophore.
When the target ion is a lithium ion, preferred ionophores are phosphododecyl-14-crown-4, dibenzyl-14-crown-4, and TTD14-crown-4.

また、イオン感応層3におけるイオノフォアの組成比は、ターゲットイオンの濃度に応じて決定すると好ましい。例えば、ターゲットイオン濃度が高濃度である場合は、イオン感応層3内のイオノフォアの組成比を大きくすることで、ターゲットイオンを捕捉する空孔が飽和するのを防止することができる。さらに、イオン感応膜3の厚みをターゲットイオンの濃度に応じて調整すると好ましい。   Further, it is preferable that the composition ratio of the ionophore in the ion-sensitive layer 3 is determined according to the concentration of the target ion. For example, when the target ion concentration is high, by increasing the composition ratio of the ionophore in the ion-sensitive layer 3, it is possible to prevent the holes for capturing the target ions from being saturated. Furthermore, it is preferable to adjust the thickness of the ion-sensitive film 3 according to the concentration of target ions.

上記の電流検出型イオン選択性電極10では、イオン感応層3が固相状態であるので、内部液の混合や蒸発が生じず取り扱いが容易である。
(1−2)イオン測定システム
図3は、本発明の電流検出型イオン選択性電極を使用したイオン測定システムである。前述のように形成された電流検出型イオン選択性電極10とその対極20とが試料セル30に内設されている。電流検出型イオン選択性電極10及び対極20は、電圧印加/電流検出システム40と導線等の接続線50を介して接続されている。試料セル30内の試料溶液70に電流検出型イオン選択性電極10と対極20を浸漬し、電流検出型イオン選択性電極10と対極20との間に、電圧印加/電流検出システム40により電圧を印加する。このとき、電流検出型イオン選択性電極10のイオン感応層3が密着されていない電極端が接続線50と接続され、イオン感応層3が密着されている電極端が試料溶液70内に浸漬される。そして、その電圧の印加により生じる電流検出型イオン選択性電極10の電極本体1に流れる電流値を電圧印加/電流検出システム40により検出する。
In the above-described current detection type ion selective electrode 10, since the ion sensitive layer 3 is in a solid state, mixing and evaporation of the internal liquid do not occur, and the handling is easy.
(1-2) Ion Measurement System FIG. 3 is an ion measurement system using the current detection type ion selective electrode of the present invention. The current detection type ion selective electrode 10 and the counter electrode 20 formed as described above are provided in the sample cell 30. The current detection type ion selective electrode 10 and the counter electrode 20 are connected to the voltage application / current detection system 40 via a connection line 50 such as a conductive wire. The current detection type ion selective electrode 10 and the counter electrode 20 are immersed in the sample solution 70 in the sample cell 30, and a voltage is applied between the current detection type ion selective electrode 10 and the counter electrode 20 by the voltage application / current detection system 40. Apply. At this time, the electrode end of the current detection type ion-selective electrode 10 where the ion-sensitive layer 3 is not adhered is connected to the connection line 50, and the electrode end where the ion-sensitive layer 3 is adhered is immersed in the sample solution 70. You. Then, the value of the current flowing through the electrode main body 1 of the current detection type ion selective electrode 10 caused by the application of the voltage is detected by the voltage application / current detection system 40.

ここで、試料セル30にさらに参照電極を内設すると、電流検出型イオン選択性電極10に印加されている電圧を正確に求め、電極本体1に取り出される電流値を電圧印加/電流検出システム40により正確に検出することができ好ましい。
イオン定量部60は、後述のターゲットイオン定量方法によりターゲットイオンの定量を行う。
(2)ターゲットイオンの定量方法
次に、ターゲットイオンの定量方法について以下に説明を行う。図3の試料セルに、ターゲットイオンと非ターゲット化学種とを含む試料溶液70を導入する。試料溶液70としては、予め非ターゲット化学種の濃度が分かっているような溶液、例えば生体試料等、を用いることにより簡便に測定できるが、ターゲットイオン濃度に応じて非ターゲット化学種の濃度を調整するようにしても良い。
Here, when a reference electrode is further provided in the sample cell 30, the voltage applied to the current detection type ion selective electrode 10 is accurately obtained, and the current value taken out to the electrode body 1 is determined by the voltage application / current detection system 40. Can be detected more accurately.
The ion quantification unit 60 quantifies target ions by a target ion quantification method described later.
(2) Method for Quantifying Target Ions Next, a method for quantifying target ions will be described below. A sample solution 70 containing target ions and non-target chemical species is introduced into the sample cell of FIG. The sample solution 70 can be easily measured by using a solution in which the concentration of the non-target species is known in advance, such as a biological sample, but the concentration of the non-target species is adjusted according to the target ion concentration. You may do it.

試料溶液70に浸漬された電流検出型イオン選択性電極10と対極20との間に、電圧印加/電流検出システム40により電圧を印加する。そして、電圧印加/電流検出システム40は、電圧の印加により生じる電流検出型イオン選択性電極10の電極本体1に流れる電流の電流値Iを検出する。
このとき、電流検出型イオン選択性電極10のイオン感応層3は、試料溶液70中のターゲットイオン及び/または非ターゲット化学種を電極本体1に透過させる伝導性物質と、試料溶液70中からターゲットイオンを選択的に捕捉するイオノフォアとを含んでいる。よって、電極本体1では、その表面にターゲットイオン及び/または非ターゲット化学種が存在することにより電極反応が引き起こされる。このターゲットイオン及び/または非ターゲット化学種に起因する電極反応はターゲットイオンがイオノフォアに捕捉されることによって阻害される。そして、その阻害の結果として生じた電流を電圧印加/電流検出システム40により取り出す。この検出された電極の電流値は、ターゲットイオン及び/または非ターゲット化学種が伝導性物質すなわちイオン感応層を介した電極反応に寄与すること、及びターゲットイオンについてはイオノフォアによって捕捉されこの電極反応を阻害することと相関関係を有している。そして、ターゲットイオンの電極反応により生じる電流からターゲットイオンを直接的に定量するのではなく、この相関関係に基づいて電極反応の阻害の結果生じる電流の電流値からターゲットイオンを間接的に定量する。そのため、ターゲットイオンの濃度が微少量である場合でも、ターゲットイオン及び/または非ターゲット化学種に起因する電極反応に応じた電流値を測定することにより試料溶液70中のターゲットイオンを定量することができる。つまり、ターゲットイオンがイオノフォアにより捕捉され続けることにより、電極本体1での電極反応が阻害される。その阻害の度合いはターゲットイオン濃度に依存しており、阻害による電流値の減少を測定することによりターゲットイオンの定量を行うことができる。
A voltage is applied between the current detection type ion selective electrode 10 immersed in the sample solution 70 and the counter electrode 20 by the voltage application / current detection system 40. Then, the voltage application / current detecting system 40 detects a current value I 1 of the current flowing through the electrode body 1 of the current-detection ion-selective electrode 10 caused by application of a voltage.
At this time, the ion-sensitive layer 3 of the current detection type ion-selective electrode 10 includes a conductive substance that allows target ions and / or non-target chemical species in the sample solution 70 to pass through the electrode body 1 and a target substance from the sample solution 70. An ionophore that selectively captures ions. Therefore, in the electrode body 1, the presence of the target ions and / or non-target chemical species on the surface causes an electrode reaction. The electrode reaction caused by the target ions and / or non-target species is inhibited by the target ions being captured by the ionophore. Then, the current generated as a result of the inhibition is extracted by the voltage application / current detection system 40. The detected current value of the electrode indicates that the target ions and / or non-target species contribute to the electrode reaction through the conductive substance, that is, the ion-sensitive layer. It has a correlation with inhibiting. Then, instead of directly quantifying the target ion from the current generated by the electrode reaction of the target ion, the target ion is indirectly determined from the current value of the current generated as a result of the inhibition of the electrode reaction based on the correlation. Therefore, even when the concentration of the target ion is very small, it is possible to quantify the target ion in the sample solution 70 by measuring a current value corresponding to the electrode reaction caused by the target ion and / or the non-target chemical species. it can. That is, since the target ions are continuously captured by the ionophore, the electrode reaction in the electrode body 1 is inhibited. The degree of the inhibition depends on the concentration of the target ion, and the amount of the target ion can be determined by measuring the decrease in the current value due to the inhibition.

このとき、ターゲットイオンに対してより高い選択性を有するイオノフォアを用いることにより、より多くのターゲットイオンがイオノフォアに捕捉され、結果として、ターゲットイオン及び/または非ターゲット化学種に起因する電極反応をより強く阻害する。そのため、より正確なターゲットイオンの定量を行うことができる。
ターゲットイオンの濃度は、例えば以下のようにイオン定量部60により定量を行う。試料溶液70中の非ターゲット化学種と同程度の濃度の非ターゲット化学種を含む参照溶液から上記電流検出型イオン選択性電極10を用いて、参照電流値I0をまず測定する。次に、電流検出型イオン選択性電極10を用いて試料溶液70内の電流値の絶対値|I1|を測定する。そして、参照電流値の絶対値|I0|から、試料溶液70内の電流値の絶対値|I1|がどの程度減少しているかを測定することにより、ターゲットイオンの濃度を測定することができる。つまり、試料溶液70中のターゲットイオン濃度の増加に応じて電流値の絶対値|I1|が減少することに基づいて、あるいは前記ターゲットイオン濃度の減少に応じて前記電流値の絶対値|I1|が増加することに基づいて前記ターゲットイオンの定量を行う。また、参照電流値I0と取り出された電流値I1との間の減少電流値の絶対値|I1−I0|を算出することによりターゲットイオンの濃度の定量を行っても良い。
(3)電流検出型イオン選択性電極の製造方法
次に、本発明の電流検出型イオン選択性電極の製造方法を説明する。側面が絶縁物質で覆われた電極本体1の両端面の一端面のみにイオン感応層3を密着させる。イオン感応層3は、溶媒中に伝導性物質とイオノフォアとを混在させた溶液を、電極本体1の一端面に塗布することにより形成する。このとき、イオン感応層3は、キャスト法により、混在された溶液を蒸発させてイオン感応層3を電極本体1上に密着させるように成膜して形成される。よって、キャスト法により加熱することなく電極本体1にイオン感応層3を成膜するので、伝導性物質及び/またはイオノフォアを劣化させることなく電流検出型イオン選択性電極10を製造することができる。また、このキャスト法によれば、導電性物質を変えることなく、スポット的に異なる性質のイオン感応膜3を形成することができるので様々な種類の電極を容易に作製することができる。例えば、カーボンからなる電極本体1を種々用意し、ターゲットイオンに応じて伝導物質とイオノフォアとを混在させた溶液を電極本体1に塗布しイオン感応膜3を成膜する。このように、電極本体1の材質を変えずにイオン感応膜3を変えることで、種々のターゲットイオンを定量することのできる電流検出型イオン選択性電極10を容易に作製できる。
<第2実施形態例>
再び図1〜3を用いて、本発明の第2実施形態例に係る電流検出型イオン選択性電極及びイオン測定システムを説明する。第2実施形態例のイオン測定システムは、第1実施形態例と同様であるので、電流検出型イオン選択性電極についてのみ説明を行う。
(1)電流検出型イオン選択性電極の構成
電流検出型イオン選択性電極10の電極本体1は、その両端面を除き、導電性物質である電極本体1の側面を覆うように絶縁物質2が設けられている。電極本体1の両端面の一方は、電圧を印加するため導電性物質をむき出しにしておき、他端にイオン感応層3を密着して電流検出型イオン選択性電極10を形成する。イオン感応層3は、測定対象となるターゲットイオンというに対して選択性を有するイオノフォアと、イオン伝導性物質とが混在して形成されている。イオン伝導性物質は、ターゲットイオンを測定するために電極本体1に電圧が印加された場合、試料溶液中のターゲットイオン及び/または非ターゲットイオンをイオン交換する。ここで、非ターゲットイオンとは、ターゲットイオンと同一極性であり、かつターゲットイオンと異なるイオンをいうものとする。
At this time, by using the ionophore having higher selectivity for the target ion, more target ions are captured by the ionophore, and as a result, the electrode reaction caused by the target ion and / or the non-target species is more reduced. Strongly inhibits. Therefore, more accurate quantification of target ions can be performed.
The concentration of the target ion is quantified by, for example, the ion quantification unit 60 as described below. First, a reference current value I 0 is measured from the reference solution containing the non-target species in the same concentration as the non-target species in the sample solution 70 by using the current detection type ion selective electrode 10. Next, the absolute value | I 1 | of the current value in the sample solution 70 is measured using the current detection type ion selective electrode 10. Then, by measuring how much the absolute value | I 1 | of the current value in the sample solution 70 has decreased from the absolute value | I 0 | of the reference current value, the concentration of the target ion can be measured. it can. That is, the absolute value | I 1 | of the current value decreases as the target ion concentration in the sample solution 70 increases, or the absolute value | I of the current value | I 1 according to the decrease of the target ion concentration. The amount of the target ion is determined based on the increase of 1 |. Alternatively, the concentration of the target ion may be determined by calculating the absolute value | I 1 −I 0 | of the reduced current value between the reference current value I 0 and the extracted current value I 1 .
(3) Manufacturing method of current detection type ion selective electrode Next, a manufacturing method of the current detection type ion selective electrode of the present invention will be described. The ion-sensitive layer 3 is brought into close contact with only one end face of both end faces of the electrode body 1 whose side faces are covered with the insulating material. The ion-sensitive layer 3 is formed by applying a solution in which a conductive substance and an ionophore are mixed in a solvent to one end surface of the electrode body 1. At this time, the ion-sensitive layer 3 is formed by evaporating the mixed solution by a casting method so as to bring the ion-sensitive layer 3 into close contact with the electrode body 1. Therefore, since the ion-sensitive layer 3 is formed on the electrode body 1 without heating by the casting method, the current detection type ion-selective electrode 10 can be manufactured without deteriorating the conductive material and / or the ionophore. In addition, according to this casting method, the ion-sensitive films 3 having different properties in spots can be formed without changing the conductive material, so that various types of electrodes can be easily manufactured. For example, various electrode bodies 1 made of carbon are prepared, and a solution in which a conductive material and an ionophore are mixed according to target ions is applied to the electrode body 1 to form an ion-sensitive film 3. As described above, by changing the ion-sensitive membrane 3 without changing the material of the electrode body 1, the current detection type ion-selective electrode 10 capable of quantifying various target ions can be easily manufactured.
<Example of Second Embodiment>
The current detection type ion selective electrode and the ion measurement system according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Since the ion measurement system of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, only the current detection type ion selective electrode will be described.
(1) Configuration of Current Detection Type Ion Selective Electrode The electrode body 1 of the current detection type ion selective electrode 10 has an insulating material 2 covering the side surfaces of the electrode body 1 which is a conductive material except for both end faces. Is provided. One of both end surfaces of the electrode body 1 is exposed with a conductive material to apply a voltage, and the ion sensitive layer 3 is adhered to the other end to form a current detection type ion selective electrode 10. The ion sensitive layer 3 is formed by mixing an ionophore having selectivity with respect to a target ion to be measured and an ion conductive substance. When a voltage is applied to the electrode main body 1 to measure target ions, the ion-conductive substance ion-exchanges target ions and / or non-target ions in the sample solution. Here, the non-target ions are ions having the same polarity as the target ions and different from the target ions.

イオン伝導性物質としては、ターゲットイオンの極性に応じて陽イオンまたは陰イオンを電極本体1に透過させる性質を有する物質、例えばイオン交換物質を選択する。ターゲットイオンがプラスイオンである場合は、例えば、水素イオン(H+)の伝導性が高いナフィオン(Nafion:デュポン社製)を使用する。
電極本体1の材質、形状等は第1実施形態例と同様である。また、イオノフォアの材質、組成比等は第1実施形態例と同様である。
(2)ターゲットイオンの定量方法
次に、ターゲットイオンの定量方法について以下に説明を行う。図3の試料セルに、ターゲットイオンと非ターゲットイオンとを含む試料溶液70を導入する。試料溶液としては、予め非ターゲットイオンの濃度が分かっているような溶液、例えば生体試料等、を用いることにより簡便に測定できるが、ターゲットイオン濃度に応じて非ターゲットイオンの濃度を調整するようにしても良い。
As the ion conductive substance, a substance having a property of transmitting a cation or an anion to the electrode body 1 according to the polarity of the target ion, for example, an ion exchange substance is selected. When the target ion is a positive ion, for example, Nafion (Nafion: manufactured by DuPont) having high conductivity of hydrogen ions (H + ) is used.
The material, shape, and the like of the electrode body 1 are the same as those in the first embodiment. The material and composition ratio of the ionophore are the same as those of the first embodiment.
(2) Method for Quantifying Target Ions Next, a method for quantifying target ions will be described below. A sample solution 70 containing target ions and non-target ions is introduced into the sample cell of FIG. The sample solution can be easily measured by using a solution in which the concentration of the non-target ion is known in advance, such as a biological sample, but the concentration of the non-target ion is adjusted according to the target ion concentration. May be.

試料溶液70に浸漬された電流検出型イオン選択性電極10と対極20との間に、電圧印加/電流検出システム40により電圧を印加する。そして、電圧印加/電流検出システム40は、電圧の印加により生じる電流検出型イオン選択性電極10の電極本体1に流れる電流の電流値Iを検出する。
このとき、電流検出型イオン選択性電極10のイオン感応層3は、試料溶液70中のターゲットイオン及び/または非ターゲットイオンをイオン交換するイオン伝導性物質と、試料溶液70中からターゲットイオンを選択的に捕捉するイオノフォアとを含んでいる。よって、電極本体1では、その表面にイオンが存在することにより電極反応が引き起こされる。この電極反応はターゲットイオンがイオノフォアに捕捉されることによって阻害され、その阻害の結果として生じた電流を電圧印加/電流検出システム40により取り出す。この検出された電極の電流値は、ターゲットイオン及び/または非ターゲットイオンがイオン伝導性物質すなわちイオン感応層のイオン伝導に寄与すること、及びターゲットイオンについてはイオノフォアによって捕捉されこのイオン伝導を阻害することと相関関係を有している。そして、ターゲットイオンの電極反応により生じる電流からターゲットイオンを直接的に定量するのではなく、この相関関係に基づいて電極反応の阻害の結果生じる電流の電流値からターゲットイオンを間接的に定量する。そのため、ターゲットイオンの濃度が微少量である場合でも、ターゲットイオンがイオノフォアに捕捉され、結果として、ターゲットイオン及び/または非ターゲットイオンに起因する電極反応に応じた電流値を測定することにより試料溶液70中のターゲットイオンを定量することができる。つまり、ターゲットイオンがイオノフォアにより捕捉され続けることにより、ターゲットイオン及び/または非ターゲットイオンに起因する電極本体1での電極反応が阻害される。その阻害の度合は、ターゲットイオン濃度に依存しており、阻害による電流値の減少を測定することによりターゲットイオンの定量を行うことができる。
A voltage is applied between the current detection type ion selective electrode 10 immersed in the sample solution 70 and the counter electrode 20 by the voltage application / current detection system 40. Then, the voltage application / current detecting system 40 detects a current value I 1 of the current flowing through the electrode body 1 of the current-detection ion-selective electrode 10 caused by application of a voltage.
At this time, the ion-sensitive layer 3 of the current detection type ion-selective electrode 10 selects an ion conductive substance that exchanges target ions and / or non-target ions in the sample solution 70 and a target ion from the sample solution 70. And an ionophore that selectively captures. Therefore, in the electrode main body 1, the presence of ions on the surface causes an electrode reaction. This electrode reaction is inhibited by the trapping of target ions by the ionophore, and the resulting current is removed by the voltage application / current detection system 40. The detected current value of the electrode indicates that the target ions and / or non-target ions contribute to the ion conduction of the ion-conductive substance, that is, the ion-sensitive layer, and the target ions are trapped by the ionophore and hinder the ion conduction. And have a correlation. Then, instead of directly quantifying the target ion from the current generated by the electrode reaction of the target ion, the target ion is indirectly determined from the current value of the current generated as a result of the inhibition of the electrode reaction based on the correlation. Therefore, even when the concentration of the target ion is very small, the target ion is trapped by the ionophore, and as a result, the current value corresponding to the electrode reaction caused by the target ion and / or the non-target ion is measured, whereby the sample solution is measured. The target ions in 70 can be quantified. That is, since the target ions continue to be captured by the ionophore, the electrode reaction in the electrode body 1 caused by the target ions and / or non-target ions is inhibited. The degree of the inhibition depends on the target ion concentration, and the target ion can be quantified by measuring the decrease in the current value due to the inhibition.

このとき、ターゲットイオンに対してより高い選択性を有するイオノフォアを用いることにより、より多くのターゲットイオンがイオノフォアに捕捉され、結果として、ターゲットイオン及び/または非ターゲットイオンに起因する電極反応をより強く阻害する。そのため、より正確なターゲットイオンの定量を行うことができる。
ターゲットイオンの濃度は、例えば以下のようにイオン定量部60により定量を行う。上記電流検出型イオン選択性電極10を用いて、試料溶液70中の非ターゲットイオンと同程度の濃度の非ターゲットイオンを含む参照溶液における参照電流値の絶対値I0を測定する。次に、電流検出型イオン選択性電極10を用いて試料溶液70内の電流値のI1を測定する。そして、参照電流値の絶対値|I0|から試料溶液70内の電流値の絶対値|I1|がどの程度減少しているかを測定することにより、ターゲットイオンの濃度を測定することができる。つまり、試料溶液70中のターゲットイオン濃度の増加に応じて電流値の絶対値|I1|が減少することに基づいて、あるいは前記ターゲットイオン濃度の減少に応じて前記電流値の絶対値|I1|が増加することに基づいて前記ターゲットイオンの定量を行う。また、参照電流値Iと取り出された電流値Iとの間の減少電流値の絶対値|I1−I0|を算出することによりターゲットイオンの濃度の定量を行っても良い。
<第3実施形態例>
図4は、本発明の第3実施形態例に係る電極キットの断面図、図5は電極キットの平面図である。以下に第3実施形態例に係る電極キットの構成を説明する。
(1)構成
電極キットは、基板100上に形成された電極対200を有している。電極対200は、電流検出型イオン選択性電極10と電流検出型イオン選択性電極10の対極20とを有している。電流検出型イオン選択性電極10には、電極本体1の一部を覆うように、イオン感応層3が密着して設けられている。イオン感応層3は、前記第1実施形態例と同様に、イオノフォアと伝導性物質とが混在して形成されている。電極本体1、イオノフォア及び伝導性物質の材質や作用等は前記第1実施形態例と同様である。
(2)ターゲットイオンの定量方法
次に、ターゲットイオンの定量方法について以下に説明を行う。図5の電極キットの電極対200を、ターゲットイオンと非ターゲット化学種とを含む試料溶液70に浸漬する。そして、電極対200間に電圧を印加する。このとき、電流検出型イオン選択性電極10のイオン感応層3が密着された部分を試料溶液70に浸漬し、イオン感応層3が密着されていない電極本体1と対極20との間を導線等の接続線により接続し電圧を印加する。そして、電圧の印加により生じる電流検出型イオン選択性電極10の電極本体1に流れる電流の電流値Iを検出することで、ターゲットイオンの定量を行う。ターゲットイオンの定量方法は、前記第1実施形態例と同様である。
(3)電極キットの製造方法
次に、本発明の電極キットの製造方法を説明する。図5の基板100上に、例えばカーボンペーストからなる電極本体1及び対極20をスクリーン印刷する。そして、イオン感応層3を電極本体1に密着するようにキャスト法により成膜する。このように基板100上に電極本体1及び対極20をスクリーン印刷し、さらにキャスト法を用いてイオン感応層3を形成することで、容易に電極キットを作成することができる。また、電極キットのイオン感応層3が固相状態であり、また電極キットが比較的小型に形成できるので、取り扱いが容易であり携行性に優れる。
<その他の実施形態例>
本発明の他の実施形態例としては、本発明の電流検出型イオン選択性電極10のイオン感応層3にさらに、各種酵素を固定化し、酵素センサとして使用することのできる電極を作製することもできる。例えば、イオン感応層3上にクレアチニンデイミナーゼを固定化し、クレアチニンを検出する。
At this time, by using an ionophore having a higher selectivity for the target ions, more target ions are trapped by the ionophore, and as a result, the electrode reaction caused by the target ions and / or non-target ions is stronger. Inhibit. Therefore, more accurate quantification of target ions can be performed.
The concentration of the target ion is quantified by, for example, the ion quantification unit 60 as described below. Using the current-detection-type ion-selective electrode 10, the absolute value I 0 of the reference current value in a reference solution containing a non-target ion having the same concentration as the non-target ion in the sample solution 70 is measured. Next, the current value I 1 in the sample solution 70 is measured using the current detection type ion selective electrode 10. Then, by measuring how much the absolute value | I 1 | of the current value in the sample solution 70 has decreased from the absolute value | I 0 | of the reference current value, the concentration of the target ion can be measured. . That is, the absolute value | I 1 | of the current value decreases as the target ion concentration in the sample solution 70 increases, or the absolute value | I of the current value | I 1 according to the decrease of the target ion concentration. The amount of the target ion is determined based on the increase of 1 |. Alternatively, the concentration of the target ion may be determined by calculating the absolute value | I 1 −I 0 | of the reduced current value between the reference current value I 0 and the extracted current value I 1 .
<Third embodiment example>
FIG. 4 is a sectional view of an electrode kit according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a plan view of the electrode kit. Hereinafter, the configuration of the electrode kit according to the third embodiment will be described.
(1) Configuration The electrode kit has an electrode pair 200 formed on a substrate 100. The electrode pair 200 has a current detection type ion selective electrode 10 and a counter electrode 20 of the current detection type ion selective electrode 10. The ion sensing layer 3 is provided in close contact with the current detection type ion selective electrode 10 so as to cover a part of the electrode body 1. As in the first embodiment, the ion-sensitive layer 3 is formed by mixing an ionophore and a conductive substance. The material, operation, and the like of the electrode body 1, the ionophore, and the conductive substance are the same as those in the first embodiment.
(2) Method for Quantifying Target Ions Next, a method for quantifying target ions will be described below. The electrode pair 200 of the electrode kit of FIG. 5 is immersed in a sample solution 70 containing target ions and non-target chemical species. Then, a voltage is applied between the electrode pairs 200. At this time, the portion of the current detection type ion-selective electrode 10 to which the ion-sensitive layer 3 is adhered is immersed in the sample solution 70, and a wire or the like is provided between the electrode body 1 to which the ion-sensitive layer 3 is not adhered and the counter electrode 20. And a voltage is applied. By detecting the current value I 1 of the current flowing through the electrode body 1 of the current-detection ion-selective electrode 10 caused by the application of voltage, the quantitative target ion. The method of quantifying the target ions is the same as in the first embodiment.
(3) Method for Producing Electrode Kit Next, a method for producing the electrode kit of the present invention will be described. The electrode body 1 and the counter electrode 20 made of, for example, carbon paste are screen-printed on the substrate 100 of FIG. Then, the ion-sensitive layer 3 is formed by a casting method so as to be in close contact with the electrode body 1. As described above, the electrode body 1 and the counter electrode 20 are screen-printed on the substrate 100, and the ion-sensitive layer 3 is formed by using the casting method, whereby an electrode kit can be easily prepared. In addition, since the ion-sensitive layer 3 of the electrode kit is in a solid phase and the electrode kit can be formed relatively small, it is easy to handle and excellent in portability.
<Other embodiments>
As another embodiment of the present invention, various enzymes may be further immobilized on the ion-sensitive layer 3 of the current-detection-type ion-selective electrode 10 of the present invention to produce an electrode that can be used as an enzyme sensor. it can. For example, creatinine deiminase is immobilized on the ion-sensitive layer 3, and creatinine is detected.

また、本発明の電流検出型イオン選択性電極10のイオン感応層3にさらにポリピロールを電界重合させた電極を作製することもできる。ポリピロールを設けることで、ピロールが電荷をため込む性質を利用し、増幅された応答電流を得られると考えられる。
さらに、図6に示すように、複数のターゲットイオンを同時に測定することができるような電極キットを作成することもできる。図6に示す電極キットでは、複数の電極対200a、200b、200c…を設け、ターゲットイオンの種類に応じたイオン感応層3をそれぞれの電極本体1に密着させるように形成する。例えば、塩化アンモニウム、塩化ナトリウムあるいは塩化カリウムを共存させた純粋中における、アンモニウムイオン濃度、ナトリウムイオン濃度及びカリウムイオン濃度を同時に測定できるように、イオン感応層3の種類を変えて電極を作製する。
<実験例1>
3mm径のエポキシ樹脂の円筒に覆われた5mm径のグラッシーカーボン電極上に5%ナフィオン溶液に5%濃度のノナクチンを混濁させた溶液を滴下し室温で乾燥させ、イオン選択性電極を作製した。
Further, an electrode in which polypyrrole is further subjected to electric field polymerization on the ion-sensitive layer 3 of the current detection type ion-selective electrode 10 of the present invention can be produced. It is considered that by providing polypyrrole, an amplified response current can be obtained by utilizing the property that pyrrole accumulates electric charge.
Further, as shown in FIG. 6, an electrode kit capable of simultaneously measuring a plurality of target ions can be prepared. In the electrode kit shown in FIG. 6, a plurality of electrode pairs 200a, 200b, 200c,... Are provided, and the ion-sensitive layer 3 according to the type of target ion is formed so as to adhere to each electrode body 1. For example, an electrode is manufactured by changing the type of the ion-sensitive layer 3 so that the concentration of ammonium ion, the concentration of sodium ion, and the concentration of potassium ion can be simultaneously measured in pure coexisting with ammonium chloride, sodium chloride or potassium chloride.
<Experimental example 1>
A 5% Nafion solution in which 5% nonactin was turbid was dropped on a 5 mm diameter glassy carbon electrode covered with a 3 mm diameter epoxy resin cylinder, and dried at room temperature to prepare an ion-selective electrode.

この電極を作用極とし、白金線からなる電極を対極として、飽和カロメル電極(SCE)を参照極とする三電極系を組み立てた。これら三電極を、それぞれリン酸緩衝液(PBS)中につけ測定を行った。ここでは、電位はSCEを基準として、0.7Vから−1.0Vまでの範囲で毎秒0.10Vの挿引速度で挿引した時の電流応答の瞬間的値を測定した。ここで、PBSは血液中のナトリウム、カリウムの濃度と同じ濃度のナトリウム、カリウムを含み、また溶液のpHは血液のpHと同じ値に調製されている。したがって、この測定は血液をそのまま分析するという測定の系を模していることになる。   A three-electrode system was assembled using this electrode as a working electrode, a platinum wire electrode as a counter electrode, and a saturated calomel electrode (SCE) as a reference electrode. Each of these three electrodes was placed in a phosphate buffer solution (PBS) for measurement. Here, as for the potential, the instantaneous value of the current response when a sweep was performed at a sweep speed of 0.10 V per second in the range of 0.7 V to −1.0 V based on the SCE was measured. Here, the PBS contains sodium and potassium in the same concentration as the sodium and potassium in the blood, and the pH of the solution is adjusted to the same value as the pH of the blood. Therefore, this measurement simulates a measurement system in which blood is analyzed as it is.

また同様にして、PBS中に1mMから4mMの濃度の塩化アンモニウムを溶解させた溶液についても同様の測定を行った。
上記の測定結果を図7に示す。図7は、各アンモニウムイオン濃度の溶液における還元電流値I1のPBS溶液(アンモニウムイオン濃度が0mM)における還元電流値Iからの変化量(I1−I0)と、アンモニウムイオン濃度とを電位毎にプロットした図である。
Similarly, the same measurement was performed for a solution in which 1 mM to 4 mM ammonium chloride was dissolved in PBS.
FIG. 7 shows the above measurement results. FIG. 7 shows the amount of change (I 1 −I 0 ) from the reduction current value I 0 in the PBS solution (ammonium ion concentration 0 mM) of the reduction current value I 1 in the solution of each ammonium ion concentration, and the ammonium ion concentration. It is the figure plotted for every electric potential.

上記の塩化アンモニウムをPBSに溶解させた溶液のサイクリックボルタノメトリー測定において、各電位での還元電流値はアンモニウムイオン濃度が増大するに従って小さくなるという一定の傾向があり、これを利用してアンモニウムイオン濃度を定量できる。
<実験例2>
3mm径のエポキシ樹脂の円筒に覆われた5mm径のグラッシーカーボン電極上に5%ナフィオン溶液に1%濃度のノナクチンを混濁させた溶液を滴下し室温で乾燥させ、イオン選択性電極を作製した。この電極を作用極とし、白金線からなる電極を対極として、飽和カロメル電極(SCE)を参照極とする三電極系を組み立てた。これら三電極を、それぞれリン酸緩衝液(PBS)中につけ測定を行った。ここでは、電位はSCEを基準として、―0.6Vで30秒静置した後、ステップ状に−1.0Vに変化させ、0.1秒後の応答電流の瞬間的値を測定した。また、同様にして、PBS中に10μMから80μMの濃度の塩化アンモニウムを溶解させた溶液についても同様の測定を行った。
In the cyclic voltametry measurement of a solution in which ammonium chloride is dissolved in PBS, the reduction current value at each potential has a certain tendency to decrease as the ammonium ion concentration increases. The ion concentration can be determined.
<Experimental example 2>
A solution in which 5% Nafion solution was turbidized with 1% nonactin was dropped on a 5 mm diameter glassy carbon electrode covered with a 3 mm diameter epoxy resin cylinder, and dried at room temperature to prepare an ion-selective electrode. A three-electrode system was assembled using this electrode as a working electrode, a platinum wire electrode as a counter electrode, and a saturated calomel electrode (SCE) as a reference electrode. Each of these three electrodes was placed in a phosphate buffer solution (PBS) for measurement. Here, the potential was left at −0.6 V for 30 seconds with reference to the SCE, then changed to −1.0 V stepwise, and the instantaneous value of the response current after 0.1 second was measured. In the same manner, the same measurement was performed for a solution in which ammonium chloride having a concentration of 10 μM to 80 μM was dissolved in PBS.

上記の測定結果を、横軸に塩化アンモニウム濃度、縦軸に測定された還元電流値をとり図8に示す。図8の横軸の塩化アンモニウム濃度とは、リン酸緩衝液中に溶解させた塩化アンモニウムの濃度である。図8に示すように、0μMから60μMの濃度範囲においては、ほぼ直線の検量線を得ることができる。よって、得られた検量線と、実際の測定値を照らし合わせることにより、アンモニウムイオンの濃度を定量することができる。また、第2実施例では、電位をステップ状に変化させるクロノアンペロメトリーを用いて応答電流を測定したため、応答電流値を安定にすることができる。   The above measurement results are shown in FIG. 8 with the ammonium chloride concentration on the horizontal axis and the measured reduction current value on the vertical axis. The ammonium chloride concentration on the horizontal axis in FIG. 8 is the concentration of ammonium chloride dissolved in the phosphate buffer. As shown in FIG. 8, a substantially linear calibration curve can be obtained in the concentration range of 0 μM to 60 μM. Therefore, the concentration of ammonium ions can be quantified by comparing the obtained calibration curve with actual measured values. In the second embodiment, the response current is measured using chronoamperometry that changes the potential in a stepwise manner, so that the response current value can be stabilized.

なお、最終的な印加電位を−1.0Vとすることによって、ターゲットイオンであるアンモニウムイオンがノナクチンに捕捉され、溶液中に存在しない状態での応答電流値を測定している。つまり、溶液中に存在したターゲットイオンが全てノナクチンに捕捉されている状態での応答電流を測定している。よって、ターゲットイオンの捕捉によって生じる電極反応の阻害による電流値の減少をより正確に測定することができる。   By setting the final applied potential to -1.0 V, ammonium ion as a target ion is captured by nonactin, and the response current value in a state where it is not present in the solution is measured. That is, the response current in a state where all the target ions present in the solution are captured by nonactin is measured. Therefore, it is possible to more accurately measure the decrease in the current value due to the inhibition of the electrode reaction caused by the capture of the target ions.

本発明を用いれば、微少量の測定対象物を測定できる電流検出型イオン選択性電極を提供することができる。
また、本発明を用いれば、取り扱いが容易な電流検出型イオン選択性電極を提供することができる。
さらに、本発明を用いれば、イオノフォアの劣化を低減できる電流検出型イオン選択性電極の製造方法を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a current detection type ion-selective electrode capable of measuring a very small amount of an object to be measured.
Further, according to the present invention, it is possible to provide a current detection type ion selective electrode which is easy to handle.
Further, by using the present invention, it is possible to provide a method for producing a current detection type ion selective electrode which can reduce the deterioration of the ionophore.

本発明の第1実施形態例に係る電流検出型イオン選択性電極の斜視図。FIG. 2 is a perspective view of a current detection type ion selective electrode according to the first embodiment of the present invention. 図1の断面図。Sectional drawing of FIG. 図1に示す電流検出型イオン選択性電極を用いたイオン測定システム。An ion measurement system using the current detection type ion selective electrode shown in FIG. 本発明の第2実施形態例に係る電極キットの断面図。Sectional drawing of the electrode kit which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 電極キットの平面図。The top view of an electrode kit. 複数のターゲットイオンを同時に測定するための電極キット。An electrode kit for measuring multiple target ions simultaneously. 変化量(I1−I0)とアンモニウムイオン濃度との関係図。FIG. 4 is a graph showing a relationship between a change amount (I 1 −I 0 ) and an ammonium ion concentration. 塩化アンモニウム濃度と測定された還元電流値との関係図。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the concentration of ammonium chloride and a measured reduction current value.

符号の説明Explanation of reference numerals

1:電極本体
3:イオン感応層
10:電流検出型イオン選択性電極
20:対極
30:試料セル
40:電圧印加/電流検出システム
60イオン定量部
70:試料溶液
100:基板
200:電極対
1: Electrode body
3: Ion sensitive layer
10: Current detection type ion selective electrode
20: Counter electrode
30: sample cell
40: Voltage application / current detection system
60 ion quantification unit
70: Sample solution
100: substrate
200: electrode pair

Claims (13)

ターゲットイオンと、前記ターゲットイオン以外の化学種(以下、非ターゲット化学種という)とを含む試料溶液中の前記ターゲットイオンを定量するための電流検出型イオン選択性電極であって、
導電性物質で形成された電極本体と、
前記ターゲットイオン及び/または前記非ターゲット化学種を透過させる伝導性物質と、前記ターゲットイオンの選択性を有するイオノフォアとが混在するイオン感応層とを含み、
前記電極本体と前記イオン感応層とが密着している、電流検出型イオン選択性電極。
A current detection type ion-selective electrode for quantifying the target ions in a sample solution containing target ions and a chemical species other than the target ions (hereinafter, referred to as non-target chemical species),
An electrode body formed of a conductive material,
A conductive material that transmits the target ions and / or the non-target species, and an ion-sensitive layer in which ionophores having selectivity for the target ions are mixed,
A current detection type ion selective electrode, wherein the electrode body and the ion sensitive layer are in close contact with each other.
前記非ターゲット化学種は、前記ターゲットイオンと同一極性であり、かつ前記ターゲットイオンと異なるイオン(以下、非ターゲットイオンという)であり、
前記伝導性物質は、前記ターゲットイオン及び/または前記非ターゲットイオンをイオン交換するイオン伝導性物質である、請求項1に記載の電流検出型イオン選択性電極。
The non-target chemical species is an ion having the same polarity as the target ion and different from the target ion (hereinafter, referred to as a non-target ion);
The current detection type ion selective electrode according to claim 1, wherein the conductive material is an ion conductive material that exchanges the target ions and / or the non-target ions.
前記イオノフォアが有する空孔の内径は、前記ターゲットイオンのイオン径と実質的に同一サイズである、請求項1に記載の電流検出型イオン選択性電極。   The current detection type ion selective electrode according to claim 1, wherein the inside diameter of the pores of the ionophore is substantially the same size as the ion diameter of the target ion. 前記ターゲットイオンはアンモニウムイオンであり、前記イオノフォアは、ノナクチン、19−クラウン−6誘導体、20−クラウン−6誘導体及び21−クラウン−6誘導体から選ばれる1または複数の組み合わせである、請求項1に記載の電流検出型イオン選択性電極。   The method according to claim 1, wherein the target ion is an ammonium ion, and the ionophore is one or a combination of nonactin, a 19-crown-6 derivative, a 20-crown-6 derivative and a 21-crown-6 derivative. A current detection type ion selective electrode according to the above. 前記ターゲットイオンの濃度に応じて前記イオン感応層に対する前記イオノフォアの組成比を選択する、請求項1に記載の電流検出型イオン選択性電極。   The current detection type ion selective electrode according to claim 1, wherein a composition ratio of the ionophore to the ion sensitive layer is selected according to a concentration of the target ion. 前記電極本体の材質は、グラッシーカーボン、白金、金、銀から選ばれる1または複数の組み合わせである、請求項1に記載の電流検出型イオン選択性電極。   The current detection type ion selective electrode according to claim 1, wherein the material of the electrode body is one or a combination of glassy carbon, platinum, gold, and silver. ターゲットイオンと、前記ターゲットイオン以外の化学種(以下、非ターゲット化学種という)とを含む試料溶液が導入される試料セルと、
伝導性物質と前記ターゲットイオンの選択性を有するイオノフォアとが混在するイオン感応部を有し、前記試料セルに内設される電極と、
前記試料セルに内設される前記電極の対極と、
前記電極と前記対極との間に電圧を印加する電圧印加部と、
前記電圧の印加により生じる前記電極に流れる電流値I1を検出する電流値検出部と、
前記ターゲットイオン濃度の増加に応じて前記電流値の絶対値|I1|が減少することに基づいて、あるいは前記ターゲットイオン濃度の減少に応じて前記電流値の絶対値|I1|が増加することに基づいて前記ターゲットイオンの定量を行うターゲットイオン定量部と、
を含むイオン測定システム。
A sample cell into which a sample solution containing target ions and a chemical species other than the target ions (hereinafter, referred to as non-target chemical species) is introduced;
An ion-sensitive portion in which a conductive substance and an ionophore having selectivity for the target ion are mixed, and an electrode provided in the sample cell,
A counter electrode of the electrode provided in the sample cell;
A voltage application unit that applies a voltage between the electrode and the counter electrode,
A current value detector for detecting a current value I 1 flowing through the electrode resulting from the application of the voltage,
The absolute value | I 1 | of the current value increases based on the fact that the absolute value | I 1 | of the current value decreases as the target ion concentration increases or as the target ion concentration decreases. A target ion quantification unit that quantifies the target ion based on the
An ion measurement system including:
請求項1に記載の電流検出型イオン選択性電極と、
前記ターゲットイオン及び前記非ターゲット化学種を含む試料溶液が導入される試料セルと、
前記試料セルに内設される前記電流検出型イオン選択性電極の対極と、
前記電流検出型イオン選択性電極と前記対極との間に電圧を印加する電圧印加部と、
前記電圧の印加により生じる前記電流検出型イオン選択性電極の電極本体に流れる電流値Iを検出する電流値検出部と、
前記ターゲットイオンの定量を行うターゲットイオン定量部と、
を含むイオン測定システム。
A current detection type ion selective electrode according to claim 1,
A sample cell into which a sample solution containing the target ions and the non-target species is introduced,
A counter electrode of the current detection type ion selective electrode provided in the sample cell,
A voltage application unit that applies a voltage between the current detection type ion selective electrode and the counter electrode,
A current value detector for detecting a current value I 1 flowing through the electrode body of the current detection type ion-selective electrodes caused by application of the voltage,
A target ion quantification unit for quantifying the target ion,
An ion measurement system including:
前記試料セルにさらに参照電極が内設される、請求項7に記載のイオン測定システム。   The ion measurement system according to claim 7, wherein a reference electrode is further provided inside the sample cell. 請求項1に記載の電流検出型イオン選択性電極を用いたターゲットイオンの定量方法であって、
前記ターゲットイオン及び前記非ターゲット化学種を含む試料溶液が導入された試料セルに前記電流検出型イオン選択性電極と前記対極とを浸漬する浸漬ステップと、
前記電流検出型イオン選択性電極と前記対極との間に電圧を印加する電圧印加ステップと、
前記電圧の印加により生じる前記電流検出型イオン選択性電極の電極本体に流れる電流の電流値Iを検出する電流値検出ステップと、
前記ターゲットイオン濃度の増加に応じて前記電流値の絶対値|I|が減少することに基づいて、あるいは前記ターゲットイオン濃度の減少に応じて前記電流値の絶対値|I|が増加することに基づいて前記ターゲットイオンの定量を行うターゲットイオン定量ステップと、
を含むターゲットイオンの定量方法。
A method for quantifying target ions using the current detection type ion selective electrode according to claim 1,
An immersion step of immersing the current detection type ion-selective electrode and the counter electrode in a sample cell into which a sample solution containing the target ions and the non-target chemical species has been introduced,
A voltage applying step of applying a voltage between the current detection type ion selective electrode and the counter electrode,
A current value detection step of detecting a current value I 1 of the current flowing through the electrode body of the current detection type ion-selective electrodes caused by application of the voltage,
The absolute value | I 1 | of the current value increases based on the fact that the absolute value | I 1 | of the current value decreases as the target ion concentration increases or as the target ion concentration decreases. A target ion quantification step of quantifying the target ion based on the
And a method for quantifying a target ion.
前記ターゲットイオン定量ステップでは、前記非ターゲット化学種を含む参照溶液に浸漬された前記電流検出型イオン選択性電極の電極本体での参照電流値I0と、前記電流検出ステップで検出された電流値I1とを比較し、前記電流値I1の前記参照電流値I0からの減少分である減少電流値の絶対値|I1−I0|を算出することにより前記ターゲットイオンの定量を行う、請求項9に記載のターゲットイオンの定量方法。 In the target ion quantification step, the reference current value I 0 in the electrode body of the current detection type ion selective electrode immersed in the reference solution containing the non-target species, and the current value detected in the current detection step comparing the I 1, the absolute value of the reduction current value is a decrease from the reference current value I 0 of the current value I 1 | perform quantification of the target ion by calculating | I 1 -I 0 The method for quantifying a target ion according to claim 9. 請求項1に記載の電流検出型イオン選択性電極の製造方法であって、
前記イオン感応層を構成する伝導性物質及び前記イオノフォアを、溶液中に混在させる混在ステップと、
キャスト法により、前記混在された溶液を前記電極本体の一端面に塗布し、前記溶液を蒸発させて前記イオン感応層を前記電極本体上に密着するように成膜する成膜ステップと、
を含む電流検出型イオン選択性電極の製造方法。
It is a manufacturing method of the current detection type ion selective electrode according to claim 1,
A mixing step of mixing the conductive substance and the ionophore constituting the ion-sensitive layer in a solution;
A film forming step of applying the mixed solution to one end surface of the electrode main body by a casting method, evaporating the solution, and forming a film so that the ion-sensitive layer is in close contact with the electrode main body,
A method for producing a current detection type ion-selective electrode, comprising:
少なくとも1つの電極対が設けられた電極キットであって、
前記電極対は、請求項1に記載の電流検出型イオン選択性電極と前記電流検出型イオン選択性電極の対極とから構成される、電極キット。
An electrode kit provided with at least one electrode pair,
An electrode kit, wherein the electrode pair comprises the current detection type ion selective electrode according to claim 1 and a counter electrode of the current detection type ion selective electrode.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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RU2533331C2 (en) * 2012-10-17 2014-11-20 Открытое акционерное общество "Экологические Технологии" Method for determining content of anions in solutions and moisture-containing products
CN113588753A (en) * 2021-07-09 2021-11-02 中国科学院烟台海岸带研究所 Ion selective electrode current detection method

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