JP2005207887A - Electrode support member and electrochemical sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、pH電極、電気伝導率セル、ORP(酸化還元電位差)電極、ポーラログラフ式電極、ガルバニ式電極などの電気化学式センサの電極支持部材及び電気化学式センサに関するものである。 The present invention relates to an electrode support member for an electrochemical sensor such as a pH electrode, an electrical conductivity cell, an ORP (oxidation-reduction potential difference) electrode, a polarographic electrode, a galvanic electrode, and an electrochemical sensor.
従来、例えば、pH電極では、感応部としてのガラス感応膜(pH感応膜)は、通常、ガラスで形成された電極支持部材の先端に熔着により取り付けられる。ガラス感応膜の材料としては、例えばSiO2、BaO、Li2O、La2O3、Cs2CO3、TiO2などを含有する(更に、Ta2O5、Pr2O3、Cr2O3などを含有していることがある。)、Li系ガラスが用いられる。そして、多くの有用なLi系ガラスの熱膨張係数(線膨張係数:以下、同様。)は、8〜10.5×10-6/℃である。 Conventionally, for example, in a pH electrode, a glass sensitive film (pH sensitive film) as a sensitive part is usually attached to the tip of an electrode support member made of glass by welding. Examples of the material for the glass sensitive film include SiO 2 , BaO, Li 2 O, La 2 O 3 , Cs 2 CO 3 , TiO 2 and the like (further, Ta 2 O 5 , Pr 2 O 3 , Cr 2 O). 3 or the like), Li-based glass is used. The thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient: the same applies hereinafter) of many useful Li-based glasses is 8 to 10.5 × 10 −6 / ° C.
又、電気化学式センサとして、例えば、電気伝導率セル、ORP(酸化還元電位差)電極、ポーラログラフ式電極或いはガルバニ式電極などにおいては、感応部(作用極或いは対極)たる金属極として白金が多く用いられ、ガラスで形成された電極支持部材の先端から露出するように封着される。そして、白金の膨張係数は8.9×10-6/℃である。 Further, as an electrochemical sensor, for example, platinum is often used as a metal electrode as a sensitive part (working electrode or counter electrode) in an electric conductivity cell, an ORP (oxidation-reduction potential difference) electrode, a polarographic electrode, or a galvanic electrode. The electrode supporting member made of glass is sealed so as to be exposed from the tip. The expansion coefficient of platinum is 8.9 × 10 −6 / ° C.
更に、pH電極、ORP電極などと共に用いられるか或いは複合電極として一体的に形成される比較電極においては、試料液との電気的導通をとるために、ジャンクション(液絡部)が設けられる。このようなジャンクションを設けるなどのために、ガラスで形成された電極支持部材に多孔質セラミックスが封入されることがある。そしてこの多孔質セラミックスの熱膨張係数は、8〜10.5×10-6/℃である。 Further, in the comparison electrode that is used together with the pH electrode, the ORP electrode, or the like or is integrally formed as a composite electrode, a junction (liquid junction) is provided in order to establish electrical continuity with the sample solution. In order to provide such a junction, porous ceramics may be enclosed in an electrode support member made of glass. The thermal expansion coefficient of the porous ceramic is 8 to 10.5 × 10 −6 / ° C.
上記ガラス感応膜、白金電極などの感応部、又は、多孔質セラミックスと電極支持部材との熔着、封着或いは封入(ここでは、総じて「熔着」という。)を良好に行い、又この熔着部分における温度変化によるクラック防止などのためには、電極支持部材と、上記感応部又は多孔質セラミックスとの熱膨張係数を近くすることが必要である。 The above-described glass sensitive film, sensitive part such as platinum electrode, or porous ceramic and electrode support member are well welded, sealed or sealed (herein, generally referred to as “welding”). In order to prevent cracks due to temperature changes at the wearing portion, it is necessary to make the thermal expansion coefficients of the electrode support member and the sensitive part or porous ceramics close to each other.
又、電気化学式センサの電極支持部材としては、製造の容易性(加工性、細工性)、耐水性、耐候性が良く、又透明性が良いことも重要となる。 In addition, as an electrode support member for an electrochemical sensor, it is also important that manufacturing ease (workability, workability), water resistance, weather resistance, and transparency are good.
斯かる要求に応える電極支持部材用の材料として、従来、一般にPbOを含有するガラス組成物(以下「鉛ガラス」という。)が多用されている。斯かるガラス組成物は、一例として、SiO2、PbOの他に、BaO、Al2O3、Na2O、K2Oなどを含有する。 As a material for an electrode support member that meets such requirements, a glass composition containing PbO (hereinafter referred to as “lead glass”) has been generally used. As an example, such a glass composition contains BaO, Al 2 O 3 , Na 2 O, K 2 O and the like in addition to SiO 2 and PbO.
斯かる鉛ガラスは、熱膨張係数が9.5×10-6/℃と、上記ガラス感応膜、白金電極などの感応部、又は、多孔質セラミックスのそれと近く、熔着性が良い。しかも、鉛ガラスは、低温軟化性で加工性、細工性が良く、しかも透明性、耐水性、耐候性も良い。 Such a lead glass has a thermal expansion coefficient of 9.5 × 10 −6 / ° C., close to that of the above-mentioned glass sensitive film, a sensitive part such as a platinum electrode, or porous ceramics, and has good weldability. Moreover, lead glass is soft at low temperature, has good workability and workability, and has good transparency, water resistance and weather resistance.
しかしながら、鉛ガラスは、鉛を使用していることで、製品を廃棄する場合、環境汚染をしないように廃棄する必要があり、廃棄コストが高くなる。このような、環境配慮の観点から、鉛を含有しないガラス組成が望まれるようになってきている。 However, since lead glass uses lead, when the product is discarded, it is necessary to discard the product so as not to pollute the environment, and the disposal cost increases. In view of such environmental considerations, a glass composition containing no lead has been desired.
又、鉛ガラスは、上述のように低温軟化性で加工性、細工性が良いが、例えば、pH電極などの製造工程にて、鉛ガラスの切り口を炙って焼きなますとき、炙り過ぎると鉛が分離して切り口が鉛色になるなど、ガラス加工に熟練を要するものであった。 In addition, lead glass is soft at low temperatures and has good workability and workability as described above. For example, in the manufacturing process of pH electrodes, lead glass is cut and annealed. However, it was necessary to have skill in glass processing.
ところで、特許文献1には、鉛を含有しないモールドプレス成形レンズ用のガラス組成物として、SiO2−B2O3−Nb2O5−(Ta2O5)−TiO2−(ZrO2)−La2O3−Al2O3−ZnO−(CaO)−(SrO)−(Li2O)−(Na2O)−(K2O)(カッコ内の成分はいずれも0%を含む。)系が開示されている。又、特許文献2には、鉛を含有しない絶縁用ガラス組成物として、ZnO−Bi2O3−B2O3−SiO2−RO(Rは二価金属元素)系のガラス組成が開示されている。B2O3を含むガラスは、ガラス鍋などとしても使用される。しかしながら、これらのガラス組成は、ガラス感応膜、白金電極などの感応部、又は、多孔質セラミックスなどと熱膨張係数が適合しないか、加工温度が高く、電気化学式センサの電極支持部材用の材料としては向いていない。
By the way,
又、例えば瓶の作製などに使用される一般的なソーダ石灰ガラスは、熱膨張係数がガラス感応膜、白金電極、又は、多孔質セラミックスと近いが、寿命が短く、アルカリに弱く、耐水性、耐候性が悪く、又電極支持管の端部に感応膜を熔着する際に、電極支持管のガラス組成が感応膜のガラス組成に混ざると感応膜の特性が悪くなることがあり、電気化学式センサの電極支持部材としては好ましくない。 In addition, for example, a general soda lime glass used for producing a bottle has a thermal expansion coefficient close to that of a glass-sensitive film, a platinum electrode, or porous ceramics, but has a short life, weak to alkali, water resistance, The weather resistance is poor, and when the sensitive film is welded to the end of the electrode support tube, the characteristics of the sensitive film may deteriorate if the glass composition of the electrode support tube is mixed with the glass composition of the sensitive film. It is not preferable as an electrode support member of the sensor.
斯かる従来の技術背景に鑑み、本発明者らは、ガラス感応膜、白金電極などの感応部、又は、多孔質セラミックスとの熔着性が良く、比較的低温軟化性で加工性、細工性が良く、しかも耐水性、耐候性、透明性も良好であり、電気化学式センサの電極支持部材として有用なガラス組成を探査したが、斯かる要求に合致する適当なガラス組成は見当たらない。
従って、本発明の目的は、ガラス感応膜、白金電極などの感応部、或いは多孔質セラミックスとの熔着性が良く、比較的低温軟化性で加工性、細工性が良く、しかも耐水性、耐候性、透明性も良好なガラス組成物で形成された電気化学式センサの電極支持部材及び電気化学式センサを提供することである。 Therefore, the object of the present invention is to have good weldability with sensitive parts such as glass sensitive films, platinum electrodes, or porous ceramics, relatively low temperature softening property, good workability and workability, and water resistance and weather resistance. It is to provide an electrode support member for an electrochemical sensor and an electrochemical sensor formed of a glass composition having good properties and transparency.
本発明の他の目的は、電気化学式センサの製造過程での焼きなましなどの加熱処理による変色或いは着色を抑え、加工、細工が容易な電極支持部材及び電気化学式センサを提供することである。 Another object of the present invention is to provide an electrode support member and an electrochemical sensor that can be easily processed and crafted while suppressing discoloration or coloring due to heat treatment such as annealing in the manufacturing process of the electrochemical sensor.
上記目的は本発明に係る電極支持部材及び電気化学式センサにて達成される。要約すれば、第1の本発明は、電気化学式センサの電極支持部材において、重量百分率で、SiO2 60〜75%、Na2O 2〜14%、Li2O 0〜9%、K2O 1〜9%(但し、Na2O+Li2O+K2O 10〜25%)、SrO 0〜9%、CaO 1〜9%、BaO 1〜6%、MgO 0〜6%、ZnO 0〜6%(但し、SrO+CaO+BaO+MgO+ZnO 10〜25%)、Al2O3 0〜6%を含有するガラス組成物で形成された電極支持部材である。本発明の一実施態様によると、前記ガラス組成物の熱膨張係数(線膨張係数)は、9.4±2×10-6/℃(30℃〜880℃)である。又、本発明の一実施態様によると、前記ガラス組成物の軟化点は、900℃以下である。ここで、本明細書において、ガラスの軟化点とは、ガラスの熔着が可能となる温度をいうものとする。本発明の一実施態様によると、前記電極支持部材には、多孔質セラミックスが熔着される。一実施態様では、前記電気化学式センサは、比較電極である。又、本発明の一実施態様によると、前記電極支持部材には、ガラス感応膜が熔着される。一実施態様では、前記電気化学式センサは、pH電極である。本発明の他の実施態様によると、白金電極が熔着される。一実施態様では、前記電気化学式センサは、電気伝導率セル、ORP電極、ポーラログラフ式電極又はガルバニ式電極である。
The above object is achieved by the electrode support member and the electrochemical sensor according to the present invention. In summary, according to the first aspect of the present invention, in the electrode support member of an electrochemical sensor, SiO 2 60 to 75%, Na 2 O 2 to 14%, Li 2 O 0 to 9%, K 2 O in weight percentage. 1-9% (however, Na 2 O + Li 2 O + K 2 O 10~25%), SrO 0~9%,
第2の本発明によると、上記本発明の電極支持部材と、前記電極支持部材に熔着されたガラス感応膜と、を有することを特徴とする電気化学式センサが提供される。第2の本発明の一実施態様では、前記電極支持部材には更に、多孔質セラミックスが熔着される。 According to the second aspect of the present invention, there is provided an electrochemical sensor comprising the electrode support member of the present invention and a glass sensitive film welded to the electrode support member. In one embodiment of the second aspect of the present invention, porous ceramics are further welded to the electrode support member.
第3の本発明によると、上記本発明の電極支持部材と、前記電極支持部材に熔着された多孔質セラミックスと、を有することを特徴とする電気化学式センサが提供される。第2、第3の本発明の一実施態様によると、前記電気化学式センサは、pH電極であり、又、第3の本発明の一実施態様によると、前記電気化学式センサは比較電極である。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an electrochemical sensor comprising the electrode support member of the present invention and a porous ceramic welded to the electrode support member. According to one embodiment of the second and third inventions, the electrochemical sensor is a pH electrode, and according to one embodiment of the third invention, the electrochemical sensor is a reference electrode.
第4の本発明によると、上記本発明の電極支持部材と、前記電極支持部材に熔着された白金電極と、を有することを特徴とする電気化学式センサが提供される。第4の本発明の一実施態様によると、前記電気化学式センサは、電気伝導率セル、ORP電極、ポーラログラフ式電極又はガルバニ式電極である。又、第4の本発明の一実施態様によると、前記白金電極には無鉛半田にてリード線が接続され、当該電気化学式センサ外に導かれる。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an electrochemical sensor comprising the electrode support member of the present invention and a platinum electrode welded to the electrode support member. According to an embodiment of the fourth invention, the electrochemical sensor is an electrical conductivity cell, an ORP electrode, a polarographic electrode or a galvanic electrode. According to an embodiment of the fourth aspect of the present invention, a lead wire is connected to the platinum electrode with lead-free solder and led out of the electrochemical sensor.
本発明の電極支持部材を構成するガラス組成を上記のように限定したのは次の理由による。 The reason why the glass composition constituting the electrode supporting member of the present invention is limited as described above is as follows.
SiO2は、ガラス網目を形成する骨格成分であり、60重量%より少ないとガラス化が困難となる。一方、75重量%より多いと、ガラスの軟化する温度が高くなりすぎ、加工性、細工性が悪くなる。 SiO 2 is a skeletal component that forms a glass network, and if it is less than 60% by weight, vitrification becomes difficult. On the other hand, if it exceeds 75% by weight, the temperature at which the glass softens becomes too high, and the workability and workability deteriorate.
Na2O、K2Oはいずれも低温軟化性を増す効果がある。又、これらの成分は、熱膨張係数を高める。電極支持部材の加工性、細工性を考慮すると、ガラスの軟化点を900℃以下にすることが好ましく、Na2Oは2重量%以上、K2Oは1重量%以上含有させる必要がある。一方、これらの成分は、多すぎると耐水性、耐候性を劣化させ、又熱膨張係数が大きくなり過ぎるため、Na2Oは14重量%以下、K2Oは9重量%以下とする必要がある。 Both Na 2 O and K 2 O have the effect of increasing the low temperature softening property. These components also increase the coefficient of thermal expansion. Considering the workability and workability of the electrode support member, it is preferable that the softening point of the glass be 900 ° C. or lower, and Na 2 O should be contained in an amount of 2 % by weight or more and K 2 O should be contained in an amount of 1% by weight or more. On the other hand, if these components are too much, the water resistance and weather resistance are deteriorated, and the coefficient of thermal expansion becomes too large. Therefore, Na 2 O needs to be 14% by weight or less, and K 2 O needs to be 9% by weight or less. is there.
Li2Oは、Na2O、K2Oと同様に、低温軟化性を増す効果があるが、Na2O、K2Oが上記の範囲で含まれる場合、9重量%以下にとどめる。これより多いと、耐水性、耐候性を劣化させ、又熱膨張係数が大きくなり過ぎる。 Li 2 O is, like the Na 2 O, K 2 O, is effective to increase the low-temperature softening property, if the Na 2 O, K 2 O is included within the above range, keep the 9 wt% or less. If it exceeds this range, the water resistance and weather resistance will be deteriorated, and the thermal expansion coefficient will become too large.
そして、低温軟化性を実現し、且つ、耐水性、耐候性を劣化させず、しかも熱膨張係数を大きくしすぎないように、上記Na2O、K2O、Li2Oは、合計量で10〜25重量%の範囲で含まれていることが必要である。 The Na 2 O, K 2 O, and Li 2 O are added in a total amount so as to realize low-temperature softening properties and not deteriorate the water resistance and weather resistance and increase the thermal expansion coefficient too much. It is necessary to be contained in the range of 10 to 25% by weight.
SrOは、ガラス網目修飾酸化物であり、耐水性、耐候性の向上に効果的で、適量は失透防止や、加工性改善に役立つ。又、SrOは、熱膨張係数を高める。CaO、BaOが下記の範囲で含まれる場合、9重量%以下にとどめる必要があり、これより多いと、失透の原因や気泡抜けが悪くなり、又熱膨張係数を大きくし過ぎる。 SrO is a glass network-modifying oxide, and is effective in improving water resistance and weather resistance. An appropriate amount is useful for preventing devitrification and improving workability. SrO also increases the thermal expansion coefficient. When CaO and BaO are included in the following ranges, it is necessary to keep them at 9% by weight or less. If the CaO and BaO are included in the following range, the cause of devitrification and the loss of bubbles deteriorate, and the thermal expansion coefficient becomes too large.
CaO、BaOは、上記SrOと同様に、ガラス網目修飾酸化物であり、耐水性、耐候性の向上に効果的で、適量は失透防止や、加工性改善に役立つ。又、これらの成分は、熱膨張係数を高める。所望の効果を得るためには、CaOは1重量%以下、BaOは1重量%以上が必要である。一方、これらの成分は、多すぎると失透の原因や気泡抜けが悪くなり、又熱膨張係数を大きくし過ぎるため、CaOは9重量%以下、BaOは6重量%以下とする必要がある。 Similar to SrO, CaO and BaO are glass network-modified oxides, which are effective for improving water resistance and weather resistance, and appropriate amounts are useful for preventing devitrification and improving workability. These components also increase the coefficient of thermal expansion. In order to obtain a desired effect, CaO is required to be 1% by weight or less, and BaO is required to be 1% by weight or more. On the other hand, if these components are too large, the cause of devitrification and bubble removal will be poor, and the coefficient of thermal expansion will be too large, so CaO must be 9 wt% or less and BaO must be 6 wt% or less.
MgOは、加工性の向上に役立つが、多すぎると耐候性、耐水性を弱めるため、6重量%以下とする。又、MgOは、熱膨張係数にあまり影響しない。 MgO is useful for improving the workability, but if it is too much, the weather resistance and water resistance are weakened. MgO does not significantly affect the thermal expansion coefficient.
ZnOは、軟化点を下げる効果がある。又、ZnOは、熱膨張係数を下げる。これが多すぎると、耐水性を弱めるため、6重量%以下とする。 ZnO has the effect of lowering the softening point. ZnO also lowers the thermal expansion coefficient. If this is too much, the water resistance is weakened, so it is made 6% by weight or less.
但し、耐水性、耐候性を向上すると共に、失透を防止し、加工性を改善し、熱膨張係数を所望の範囲とするためには、上記SrO、CaO、BaO、MgO、ZnOの合計量が10〜25重量%の範囲とするのが好適である。25重量%を超えると、耐候性、耐水性を弱めるため、10重量%より少ないと十分な効果が得られない。 However, in order to improve water resistance and weather resistance, prevent devitrification, improve workability, and make the thermal expansion coefficient within a desired range, the total amount of SrO, CaO, BaO, MgO, ZnO Is preferably in the range of 10 to 25% by weight. If it exceeds 25% by weight, the weather resistance and water resistance will be weakened, and if it is less than 10% by weight, sufficient effects cannot be obtained.
Al2O3は、少量の含有は失透を抑え、耐水性、耐候性を上げるのに効果的だが、多すぎると低温軟化性を阻害するため、6重量%以下とする必要がある。Al2O3は、熱膨張係数にはあまり影響しない。 A small amount of Al 2 O 3 is effective for suppressing devitrification and improving water resistance and weather resistance, but if it is too much, low temperature softening property is inhibited, so 6% by weight or less is necessary. Al 2 O 3 does not significantly affect the thermal expansion coefficient.
本発明によれば、電極支持部材は、ガラス感応膜、白金電極などの感応部、或いは多孔質セラミックスとの熔着性が良く、比較的低温軟化性で加工性、細工性が良い。又、本発明によれば、電極支持部材及び電気化学式センサは、耐水性、耐候性、透明性も良好である。更に、本発明によれば、電極支持部材及び電気化学式センサは、製造過程での焼きなましなどの加熱処理による変色或いは着色が抑えられ、加工、細工が容易である。 According to the present invention, the electrode support member has good weldability with a sensitive part such as a glass sensitive film, a platinum electrode, or porous ceramics, and has relatively low temperature softening properties and good workability and workability. Further, according to the present invention, the electrode support member and the electrochemical sensor have good water resistance, weather resistance, and transparency. Furthermore, according to the present invention, the electrode support member and the electrochemical sensor are prevented from being discolored or colored by heat treatment such as annealing in the manufacturing process, and are easy to process and work.
以下、本発明に係る電極支持部材を実施例により更に説明する。 Hereinafter, the electrode support member according to the present invention will be further described with reference to examples.
実施例1
本発明に係る電極保持部材を用いてpH電極を作製し、熔着性、加工性等について検討した。図1に、本発明に係る電気化学式センサであるpH電極の一実施例を示す。本実施例によると、pH電極100は、電極支持部材として、内管11と外管12との先端部13を互いに一体に熱熔接により封止した二重ガラス管とされる支持管1を有する。更に、この支持管1の先端部13に、pHに感応するガラス感応膜(pH感応膜)2Aが一体に接合されている。
Example 1
A pH electrode was prepared using the electrode holding member according to the present invention, and the weldability, workability, and the like were examined. FIG. 1 shows an embodiment of a pH electrode which is an electrochemical sensor according to the present invention. According to the present embodiment, the
そして、pH電極100は、従来と同様に、内管11中に測定電極内極14が配置され、測定電極内部液が充填される。又、内管11と外管12とにて形成された環状空間部には比較電極内極15が配置され、比較電極内部液が充填される。内管11、ガラス感応膜2A、内部電極14などでpH測定電極が形成され、外管12、比較電極内極15などで比較電極が形成される。本実施例では、pH電極100は、これら測定電極及び比較電極が一体とされた複合電極である。
In the
更に、外管12の下方部に、多孔質セラミックスで形成されたジャンクション(液絡部)2Bが封入され、外管12とpH電極100外の被検液との間の電気的導通が可能とされる。
Furthermore, a junction (liquid junction part) 2B formed of porous ceramics is enclosed in the lower part of the
尚、ここでは、支持管1は内管11と外管12とを備える二重ガラス管であるが、当然、支持管1は単管でもよく、測定電極単体のpH電極とすることも当然可能である。一方、電極支持部材としての支持管(単管)にジャンクション2Bを設けた単体の比較電極を構成することもできる。本明細書では、単体の比較電極をも含み電気化学式センサという。pH電極自体については、当業者に周知であり、その具体的構成は本発明にとって任意であるのでこれ以上の説明は省略する。
Here, the
pH電極100の製造方法は従来のものと変わりないので、詳しい説明は省略するが、一例を示せば概略次の通りである。先ず、熔融ガラス(ガラス膜種)を収容した坩堝を炉(電気炉)内に設置し、その上方所定位置に、支持管1をセットする。
Since the manufacturing method of the
ガラス膜種は、作製するpH電極100の用途に応じて、主成分として次の組成のガラスを使用することができる。(a)標準用:SiO2、Li2O、Cs2CO3、BaCO3、TiO2、La2O3(b)アルカリ用:SiO2、Li2O、Ce2CO3、La2O3、Pr2O3(c)耐フッ酸用:SiO2、Li2O、BaCO3、Ta2O5、Cr2O3、La2O3(d)発酵用:SiO2、Li2O、BaCO3、TiO2、La2O3。これらLi系ガラスのガラス膜種の熱膨張係数は、8〜10.5×10-6/℃の範囲内にある。
As the glass film type, glass having the following composition can be used as a main component depending on the application of the
坩堝の炉内温度を適温(例えば、1000〜1550℃)に調整して、坩堝を所定時間加熱し、その後、支持管1を適当な速度(例えば、100〜500mm/sec)にて降下させ、支持管1の先端を坩堝のガラス膜種中に浸漬する。支持管1の先端が浸漬された坩堝は、炉内温度を調整して適温(例えば、1000〜1550℃)とし、坩堝を所定時間加熱しながら支持管1の先端にガラス膜種を付着させる。次いで、ガラス膜種が付着した支持管1を上方へと適当な速度(例えば、500〜1500mm/sec)にて引き上げ、引き続いて、支持管1にエアーを吹き込み、支持管1の先端に付着したガラス膜種を半球状に膨らませてガラス感応膜2Aを形成する。
The furnace temperature of the crucible is adjusted to an appropriate temperature (for example, 1000 to 1550 ° C.), the crucible is heated for a predetermined time, and then the
尚、ジャンクション2Bは、例えば、直径約1mmの略円柱状多孔質セラミックスを、約3mmの長さに切断し、加熱により支持管1に開いた孔に配置して封入する。
For example, the
支持管1のガラス組成を下記表1に示す。具体例1及び具体例2のガラスで作製された支持管1、これを用いて作製したpH電極100は、本発明に従う。比較のために、比較例1として、従来の鉛ガラスで作製された支持管1を用いてpH電極100を作製した。
The glass composition of the
具体例1及び具体例2のガラスで作製された支持管1は、ガラス感応膜2を熔着してpH電極100を作製するのに適していることが分かった。具体例1及び具体例2のガラスはいずれも軟化点は900℃以下であり、加工性、細工性は、従来の鉛ガラス製の支持管1を用いた場合と同等に良好で、ガラス感応膜2Aの付着性も良好であることが確認された。
It was found that the
又、作製されたpH電極100は、通常使用温度(0〜100℃)において、温度変化によって支持管1とガラス感応膜2との熔着部、又支持管1とジャンクション2Bとの熔着部にクラックなどの破損が発生しないことが確認された。
The produced
更に、支持管1の先端部13を熱熔接する際に、変色、着色などは見られなかった。比較例1の鉛ガラスにて作製された支持管1において、若干通常より多く炙ることで鉛色に着色するのと同程度に、具体例1及び具体例2のガラスにて作製された支持管1を炙ったが、依然変色、着色は見られなかった。本発明によれば、支持管1は従来の鉛ガラスと比較して、電気化学式センサの製造工程における変色、着色に強く、加工、細工が容易であることが分かった。
Further, no discoloration or coloring was observed when the
実施例2
本発明に係る電極保持部材を用いてポーラロ式電極を作製し、熔着性、加工性等について検討した。図2に、本発明に係る電気化学式センサであるポーラログラフ式電極であるポーラログラフ式隔膜型電極200(以下、単に「ポーラログラフ式電極」という。)を示す。図示するように、ポーラログラフ式電極200は、電極支持部材としてガラスにて作製された支持管1を有し、その先端に作用極としての金属極たる白金電極2Cが熔着され、又、支持管1の外周部に、更に対極16が取り付けられる。一般に、対極16としては、銀(Ag)、銀−塩化銀(Ag/AgCl)が用いられる。支持管1を囲包して中空円筒状の外筒18が設けられ、その先端開口部に、白金電極2Cに近接して、ガス透過性隔膜17が固定される。そして、支持管1と外筒18と隔膜17とで区画された空間内には、電解液が収容される。
Example 2
Polaro-type electrodes were prepared using the electrode holding member according to the present invention, and the weldability, workability, and the like were examined. FIG. 2 shows a polarographic diaphragm-type electrode 200 (hereinafter simply referred to as “polarographic electrode”) that is a polarographic electrode that is an electrochemical sensor according to the present invention. As shown in the figure, a
白金電極2C及び対極16にはそれぞれ白金或いは銀とされるリード線19a、19bが接続され、これらリード線19a、19bは支持管1内を通って外部に導出され、電圧印加手段(図示せず)に接続される。又、隔膜17を透過した測定対象ガスを、白金電極2Cの面で反応させ、そのとき白金電極2Cに流れる溶存ガスの電解電流を電流計(図示せず)で測定するようになっている。好ましくは、環境配慮の観点から、リード線19a、19bは、無鉛半田にて各極2C、16に接続し、電極外部へと導く(リードアウト)ことが好ましい。ポーラログラフ式電極自体については、当業者に周知であり、その具体的構成は本発明にとって任意であるのでこれ以上の説明は省略する。
ポーラログラフ式電極200の製造方法は従来のものと変わりないので、詳しい説明は省略するが、特に、支持管1に白金電極2Cを熔着させる方法の一例を示せば、概略次の通りである。
Since the manufacturing method of the
支持管1の一端部を加熱して試験管様に閉じた後、開放した他端から空気を吹き込みながら、閉じた一端の一部を細い炎で加熱し、下記白金線2C2が入る孔を開ける。一方、厚さ約0.15mm、直径約10mmの白金板2C1の中央に、直径約0.5mm、長さ約10mmの白金線2C2をスポット溶接する。そして、この白金線2C2を、支持管1の端部に上述のようにして開けた孔に差し込み、所定の位置に取り付けて全体を炎で炙って、支持管1と白金をなじませながら白金をガラスに封入する。白金板2C1の白金線2C2がスポット溶接されていない側の端面を、支持管1の面(外面)から露出するようにし、又白金線2C2は、無鉛半田30により半田付けしてリード線19aに接続する。
After one end of the
実施例1と同様、表1に示す具体例1及び具体例2のガラスで作製された支持管1を用いてポーラログラフ式電極200を作製した。又、比較のために、比較例1に示す組成の鉛ガラスで作製された支持管1でポーラログラフ式電極200を作製した。
Similarly to Example 1, a
その結果、具体例1及び具体例2のガラスで作製された支持管1は、白金電極を熔着してポーラログラフ式電極200を作製するのに適していることが分かった。又、加工性、細工性は、従来の鉛ガラス製の支持管1を用いた場合と同等に良好であることが確認された。又、作製されたポーラログラフ式電極200は、通常使用温度(0〜50℃)において、温度変化によって支持管1と白金電極との熔着部にクラックなどの破損が発生しないことが確認された。
As a result, it was found that the
尚、上記では、ポーラログラフ式電極200の支持管1に本発明を適用したが、当業者は、ガルバニ式電極(ガルバニ電池式隔膜型電極など)など、ガラス製の電極支持部材に白金電極を熔着する他の任意の電気化学式センサに対して等しく適用可能である。
In the above description, the present invention is applied to the
ガルバニ式電極は、ポーラログラフ式電極200と概略同様の構成であるが、作用極としての白金電極と、鉛(Pb)、カドミウム(Cd)などから成る対極との間に電圧を印加する電圧印加手段(電源)を有していないことが異なる。ガルバニ式電極自体については、当業者に周知であり、その具体的構成は本発明にとって任意であるのでこれ以上の説明は省略する。
The galvanic electrode has substantially the same configuration as the
又、ORP電極は、本発明に従う電極支持部材を使用して白金電極を作製し、比較電極と組み合わせてORP電極とする。ORP電極の製造方法に関しても、従来のものと変わりなく、特に、白金電極を熔着させる方法は、上記と同様にすればよい。一例を示せば、厚さ約0.15mm、直径約10mmの白金板の中央に、直径約0.5mm、長さ約10mmの白金線をスポット溶接して、白金線がスポット溶接された白金板の一端面と、白金線とを、電極支持部材たる支持管に封入し、白金板の白金線がスポット溶接されていない側の端面がガラス面から露出するようにし、更に封入した白金線のスポット溶接していない反対側にリード線を無鉛半田で半田付けして接続する。 The ORP electrode is made of a platinum electrode using the electrode support member according to the present invention, and combined with the comparison electrode to form an ORP electrode. The method for manufacturing the ORP electrode is not different from the conventional one, and in particular, the method for welding the platinum electrode may be the same as described above. For example, a platinum plate having a platinum wire spot-welded by spot welding a platinum wire having a diameter of about 0.5 mm and a length of about 10 mm in the center of a platinum plate having a thickness of about 0.15 mm and a diameter of about 10 mm. One end face of the metal plate and a platinum wire are sealed in a support tube as an electrode support member so that the end face of the platinum plate on which the platinum wire is not spot-welded is exposed from the glass surface. Solder the lead wire with lead-free solder to the other side that is not welded.
更に、電気伝導率セルは、図3に示すように、電極支持部材として、端部支持管1aと、基部支持管1bとが一体的にされた支持管1を有し、開放した端部21を有する端部支持管1aに設けられた、例えば2つの白金電極2D、2D間に交流を流して、両極間の空間に導入された被検液のインピーダンスを計測することで、被検液の電気伝導率を計測するようになっている。又、端部支持管1aには、気泡抜き穴23を設けることができる。電気伝導率セル300の製造方法は従来のものと変わりないので、詳しい説明は省略するが、特に、白金電極2Dを熔着させる方法の一例を示せば、概略次の通りである。尚、白金電極2Dを2つ設ける場合、両電極について同様にして熔着させることができる。
Further, as shown in FIG. 3, the electrical conductivity cell has a
厚さ約0.15mm、直径約10mmの白金板2D1の中央に、直径約0.5mm、長さ約10mmの白金線2D2をスポット溶接したものを、白金線2D2がスポット溶接された白金板2D1の一端面と、白金線2D2の一部とを、端部支持管1aに封入する。そして、白金板2D1の白金線2D2がスポット溶接されていない側の端面が、端部支持管1aのガラス面(管内面)から露出するようにする。又、白金線2D2の、白金板2D1とのスポット溶接部とは反対側の、端部支持管1aに封入されていない端部に、リード線24を無鉛半田30により半田付けして接続する。次いで、端部支持管1aの底部22側に、端部支持管1aと略同径の基部支持管1bを熔着する。
A platinum plate 2D1 obtained by spot welding a platinum wire 2D2 having a diameter of about 0.5 mm and a length of about 10 mm at the center of a platinum plate 2D1 having a thickness of about 0.15 mm and a diameter of about 10 mm. And one end surface of the platinum wire 2D2 are enclosed in the
尚、電気伝導率セルは、白金板の中央に白金線をスポット溶接し、白金線の白金板にスポット溶接された一端部とは反対側の端部付近を電極支持管に封入して、この端部にリード線を無鉛半田で半田付けして接続した電極と、これと同じ構造の電極との間に交流を流すように構成することもできる。 In the electrical conductivity cell, a platinum wire is spot-welded in the center of the platinum plate, and an end portion of the platinum wire opposite to the one end portion spot-welded to the platinum plate is sealed in an electrode support tube. It is also possible to configure so that an alternating current flows between an electrode in which a lead wire is soldered and connected to the end portion with lead-free solder and an electrode having the same structure.
以上、本発明によれば、支持管1は、ガラス感応膜2A、白金電極2Cなどの感応部、或いは多孔質セラミックスのジャンクション2Bとの熔着性が良く、比較的低温軟化性で加工性、細工性が良い。又、支持管1及び電気化学式センサは、耐水性、耐候性、透明性も良好である。更に、支持管1及び電気化学式センサは、製造過程での焼きなましなどの加熱処理による変色或いは着色が抑えられ、加工、細工が容易である。
As described above, according to the present invention, the
1 支持管(電極支持部材)
2A ガラス感応膜
2B ジャンクション
2C、2D 白金電極
1 Support tube (electrode support member)
2A Glass
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