JP2007071792A - Bubble removing method for electrode internal liquid, and electrochemical sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、pH電極などの測定電極、比較電極、或いはこれら測定電極と比較電極とが一体的に形成された複合電極などの電気化学式センサにて用いられる電極内部液の気泡除去方法及び電気化学式センサに関するものである。 The present invention relates to a method for removing bubbles from an electrode internal liquid used in a measurement electrode such as a pH electrode, a comparison electrode, or an electrochemical sensor such as a composite electrode in which these measurement electrode and comparison electrode are integrally formed, and an electrochemical method. It relates to sensors.
従来、例えば、イオン選択的感応性を有するガラス電極とされる測定電極と、比較電極とが一体的に設けられた、イオン測定用複合電極が用いられている。複合電極は、測定電極と比較電極とが一体的に形成されているため、単一の電極本体を、典型的には容器内に収容された被検液に浸漬するだけで、測定対象の濃度を測定することができる。測定対象が水素イオンであるpH複合電極をイオン測定用複合電極の典型例として挙げることができる。 Conventionally, for example, a composite electrode for ion measurement in which a measurement electrode that is a glass electrode having ion selective sensitivity and a comparison electrode are integrally provided has been used. In the composite electrode, since the measurement electrode and the comparison electrode are integrally formed, the concentration of the object to be measured can be obtained simply by immersing a single electrode body in a test solution typically contained in a container. Can be measured. A pH composite electrode whose measurement object is hydrogen ions can be given as a typical example of a composite electrode for ion measurement.
pH複合電極は、一般的には、同心的に配置される内管と外管の二重管構造(二重ガラス管構造)を有する。即ち、pH複合電極は、内側の空間が連通するように水素イオン感応性のガラス感応膜が先端に形成された内管と、この内管の外側に配置された外管とを有する。一般に、外管の先端より突出するように、内管の先端にガラス感応膜が形成される。そして、内管と、これに連結されたガラス感応膜の内側の空間(内部液収容部)には、測定電極内部液が充填される。この測定電極内部液には、測定電極内極が浸漬される。これら内管、ガラス感応膜、測定電極内極及び測定電極内部液で、測定電極としてのガラス電極が構成される。又、内管の外周と外管の内周によって規定される環状空間(内部液収容部)には、比較電極内部液が充填される。この比較電極内部液には比較電極内極が浸漬される。更に、外管には、比較電極内部液と被検液とを電気的に接続するための、セラミックなどにより形成された液絡部が封入される。これら、外管、液絡部、及び比較電極内部液で比較電極が構成される。 The pH composite electrode generally has a double tube structure (double glass tube structure) of an inner tube and an outer tube arranged concentrically. That is, the pH composite electrode has an inner tube in which a hydrogen ion-sensitive glass sensitive film is formed at the tip so that the inner space communicates, and an outer tube arranged outside the inner tube. Generally, a glass sensitive film is formed at the tip of the inner tube so as to protrude from the tip of the outer tube. Then, the inner space of the inner electrode and the inner side of the glass sensitive membrane connected to the inner tube (inner liquid container) are filled with the inner liquid of the measurement electrode. The measurement electrode inner electrode is immersed in the measurement electrode inner liquid. These inner tube, glass sensitive film, measurement electrode inner electrode and measurement electrode inner liquid constitute a glass electrode as a measurement electrode. Further, the internal space of the reference electrode is filled in an annular space (internal liquid storage portion) defined by the outer periphery of the inner tube and the inner periphery of the outer tube. The internal electrode of the reference electrode is immersed in the internal solution of the reference electrode. Furthermore, a liquid junction formed of ceramic or the like for electrically connecting the reference electrode internal solution and the test solution is enclosed in the outer tube. These outer tube, liquid junction, and reference electrode internal solution constitute a comparative electrode.
又、従来、微量の被検液、或いは容積若しくは開口の小さい容器内の被検液の測定を可能とするために、ガラス電極(内管及びガラス感応膜)及び外管の径を極めて小さくした極細pH複合電極(外径3mm程度)がある。 Conventionally, the diameters of glass electrodes (inner tube and glass sensitive membrane) and outer tube have been made extremely small in order to enable measurement of a small amount of sample solution or a sample solution in a container having a small volume or opening. There is an ultrafine pH composite electrode (outer diameter of about 3 mm).
特に、このような極細pH複合電極では、電極を横にして保存することにより、或いは温度の変化により、測定電極内部液又は比較電極内部液を収容する空間に気泡(エアー層)が発生し易い。この気泡が発生すると、液のつながりが遮断され、電気的回路が断たれて断線状態となる。これにより、測定値が不安定になったり、或いは測定ができなくなったりすることがある。 In particular, in such an ultra-fine pH composite electrode, bubbles (air layer) are likely to be generated in the space containing the measurement electrode internal liquid or the comparison electrode internal liquid when the electrode is stored sideways or due to temperature change. . When this bubble is generated, the connection of the liquid is cut off, and the electrical circuit is cut off, resulting in a disconnected state. As a result, the measurement value may become unstable or measurement may not be possible.
例えば、従来の極細pH複合電極には、内径0.8mmの内管の内側の空間内に測定電極内部液を充填し、又内管の外周と外管の内周との間の間隙が0.135mmの環状空間に比較電極内部液を充填したものがある。このような狭い空間に一度発生した気泡は、電極を垂直に立てて静置しても、或いは電極を振っても、容易には除去できない。又、気泡を除去しようと電極を強く振りすぎると、電極を破損する虞もある。 For example, in a conventional ultra-fine pH composite electrode, the internal solution of the measurement electrode is filled in the space inside the inner tube having an inner diameter of 0.8 mm, and the gap between the outer periphery of the inner tube and the inner periphery of the outer tube is zero. Some 135 mm annular spaces are filled with the internal solution of the reference electrode. Bubbles once generated in such a narrow space cannot be easily removed even if the electrode is stood still vertically or shaken. Further, if the electrode is shaken too much to remove the bubbles, the electrode may be damaged.
ところで、特許文献1は、二重ガラス管の製造時に、内管に糸状体を螺旋状に巻き付け、この内管を外管に挿入して、内管の先端部を外管の内面に熔着する方法を開示する。特許文献1の発明によれば、内管の外周と外管の内周との間の環状空間に気泡が発生しても、糸状体を伝って比較電極内部液が流通し、断線を抑制することができる。
By the way, in
しかしながら、斯かる先行技術では、二重管の作製に際し、糸状体を内管に巻き付ける手間が必要となる。又、比較電極内部液における綿糸などとされる糸状体の長期にわたる安定性も懸念され、その交換は極めて困難であると考えられる。更に、例えば上述のような極細複合電極などにおける測定電極内に発生する気泡に対しては何ら対応できない。 However, in such a prior art, it takes time and labor to wind the filamentous body around the inner tube when producing the double tube. In addition, there is concern over the long-term stability of the filamentous material, such as cotton yarn, in the internal solution of the comparative electrode, and it is considered that its replacement is extremely difficult. Furthermore, for example, it is impossible to cope with bubbles generated in the measurement electrode in the ultrafine composite electrode as described above.
尚、ここでは、特に、pH複合電極を例として従来の問題点を説明した。上述のように、特に、外径が極めて小さく、測定電極、比較電極における内部液収容部が極めて狭い極細複合電極において、電極内部液(測定電極内部液、比較電極内部液)の液切れが発生し易い。しかし、同様の問題は、pH電極などの測定電極が単体で形成されているもの、又、比較電極が単体で形成されているものにおいても発生する虞があり、特に、これらの電極の外径が小さい場合にはその問題は顕著となり得る。
本発明の目的は、電極内部液を収容する内部液収容部に発生する気泡を容易に除去することのできる電極内部液の気泡除去方法及び電気化学式センサを提供することである。 An object of the present invention is to provide a bubble removal method for an electrode internal liquid and an electrochemical sensor that can easily remove bubbles generated in an internal liquid storage portion that stores the electrode internal liquid.
上記目的は本発明に係る電極内部液の気泡除去方法及び電気化学式センサにて達成される。要約すれば、本発明は、電極内部液を収容する内部液収容部を備える電気化学式センサにおける電極内部液の気泡除去方法であって、前記電極内部液に界面活性剤を溶解することを特徴とする電極内部液の気泡除去方法である。 The above object is achieved by the method for removing bubbles from the electrode internal liquid and the electrochemical sensor according to the present invention. In summary, the present invention is a method for removing bubbles in an electrode internal liquid in an electrochemical sensor including an internal liquid storage part that stores the internal liquid of the electrode, characterized in that a surfactant is dissolved in the internal electrode liquid. This is a method for removing bubbles from the electrode internal liquid.
本発明の一実施態様によると、前記界面活性剤は、0.01%〜1%の濃度で前記電極内部液に溶解される。前記界面活性剤は、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤及び非イオン界面活性剤から成る群より選択されるものであってよい。又、本発明の一実施態様によると、前記電気化学式センサは、イオン測定用電極である。又、本発明の他の実施態様によると、前記電気化学式センサは、比較電極である。又、本発明の他の実施態様によると、前記電気化学式センサは、測定用電極と比較電極とを備える複合電極であり、前記測定電極が備える前記内部液収容部及び前記比較電極が備える前記内部液収容部のうちいずれか又は両方に収容する電極内部液に前記界面活性剤が添加される。前記測定用電極は、イオン測定用電極であってよい。 According to an embodiment of the present invention, the surfactant is dissolved in the electrode internal solution at a concentration of 0.01% to 1%. The surfactant may be selected from the group consisting of an anionic surfactant, a cationic surfactant, and a nonionic surfactant. According to one embodiment of the present invention, the electrochemical sensor is an ion measurement electrode. According to another embodiment of the present invention, the electrochemical sensor is a reference electrode. According to another embodiment of the present invention, the electrochemical sensor is a composite electrode including a measurement electrode and a reference electrode, and the internal liquid storage portion included in the measurement electrode and the internal portion included in the comparison electrode. The surfactant is added to the electrode internal solution stored in either or both of the liquid storage portions. The measurement electrode may be an ion measurement electrode.
本発明の他の態様によると、電極内部液を収容する内部液収容部を備える電気化学式センサにおいて、前記電極内部に界面活性剤が溶解されていることを特徴とする電気化学式センサが提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided an electrochemical sensor comprising an internal liquid storage part for storing an internal liquid of an electrode, wherein a surfactant is dissolved inside the electrode. .
又、本発明の他の態様によると、内管と外管とを有する二重管構造を有し、前記内管の少なくとも一方の端部は封止され、又前記外管の少なくとも一方の端部は前記内管に接続されて封止され、前記内管の内側の空間に電極内部液を収容する第1の内部液収容部が形成され、前記内管と外管との間の環状の空間に内部液を収容する第2の内部液収容部が形成された電気化学式センサにおいて、前記第1、第2の内部液収容部にそれぞれ収容される電極内部液のうちいずれか一方又は両方に界面活性剤が溶解されていることを特徴とする電気化学式センサが提供される。 According to another aspect of the present invention, a double tube structure having an inner tube and an outer tube is provided, at least one end of the inner tube is sealed, and at least one end of the outer tube. The portion is connected and sealed to the inner tube, and a first internal liquid storage portion for storing the electrode internal liquid is formed in a space inside the inner tube, and an annular shape between the inner tube and the outer tube is formed. In the electrochemical sensor in which the second internal liquid storage part for storing the internal liquid is formed in the space, either one or both of the electrode internal liquids stored in the first and second internal liquid storage parts, respectively. An electrochemical sensor is provided in which a surfactant is dissolved.
本発明によれば、電極内部液を収容する内部液収容部に発生する気泡を容易に除去することができる。 According to the present invention, it is possible to easily remove bubbles generated in the internal liquid storage part that stores the internal liquid of the electrode.
以下、本発明に係る電極内部液の気泡除去方法及び電気化学式センサを図面に則して更に詳しく説明する。 Hereinafter, a method for removing bubbles from an electrode internal solution and an electrochemical sensor according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
実施例1
先ず、本発明を適用し得る電気化学式センサの一実施例として、pH複合電極について説明する。図1は本実施例のpH複合電極100の全体の外観を示す。又、図2は本実施例のpH複合電極100の要部断面を示す。
Example 1
First, a pH composite electrode will be described as an embodiment of an electrochemical sensor to which the present invention can be applied. FIG. 1 shows the overall appearance of the
pH複合電極100の構造自体は、前述した従来のものと特に変わるところは無い。即ち、pH複合電極100は、内管10と外管20とを備えた二重ガラス管構造を有する。特に、本実施例では、pH複合電極100は、外径が極めて小さい極細pH複合電極である。
The structure of the
内管10は、軸線方向下方の内管小径部11と、この内管小径部11の上方端部に連続的且つ同軸的に形成された内管大径部12とを有する。又、内管10の下方端部には、内管11と連続的且つ同軸的に、水素イオンに感応するガラス感応膜13が形成されている。そして、内管10と、これに連結されたガラス感応膜13の内側の空間(内部液収容部)31には、測定電極内部液Iaが充填される。又、内管大径部12内には、測定電極内極14が配置され、測定電極内部液Iaに浸漬される。ガラス感応膜13は、外管20の下方端部より突出している。
The
一方、外管20は、軸線方向下方の外管小径部21と、この外管小径部21の上方端部に連続的且つ同軸的に形成された外管大径部22とを有する。外管20は、内管10と同軸的に、内管10の外周から所定の間隔を開けて、内管10の周りに配置される。そして、外管小径部21の下方端部が、内管小径部11の下方端部に熔着されて封止される。そして、内管10の外周と外管20の内周との間の環状空間(内部液収容部)32には、比較電極内部液Ibが充填される。又、外管大径部22内には、比較電極内極24が配置され、比較電極内部液Ibに浸漬されている。更に、外管小径部21の下方端部近傍の側面には、セラミックスで形成された液絡部(ジャンクション)23が封入されている。液絡部23は、外管小径部21の外側から内側、即ち、環状空間32へと貫通しており、外管20とpH複合電極100外の被検液との間の電気的導通を可能とする。
On the other hand, the
内管10、ガラス感応膜13、測定電極内極14及び測定電極内部液Iaで、測定電極としてのガラス電極1が構成される。又、外管20、液絡部23、比較電極内極24及び比較電極内部液Ibで、比較電極2が構成される。
The
尚、本実施例では、外管小径部21の外径で代表されるpH複合電極の外径D1(本実施例では、ガラス感応膜13の外径と外管小径部21の外径とは略同一)は、2.8mmであった。又、内管小径部11の内径D2は0.8mmであった。又、内管小径部11の外周と外管小径部21の内径との間の間隙G1は、0.135mmであった。更に、外管小径部21と外管大径部22との連結部から、ガラス感応膜13の先端までの長さL1は69mmであった。
In this embodiment, the outer diameter D1 of the pH composite electrode represented by the outer diameter of the outer tube small-diameter portion 21 (in this embodiment, the outer diameter of the glass
そして、本発明によれば、電極内部液(測定電極内部液、比較電極内部液)Ia、Ibには、界面活性剤が添加され、溶解される。 And according to this invention, surfactant is added and melt | dissolved in electrode internal solution (measuring electrode internal solution, comparative electrode internal solution) Ia and Ib.
界面活性剤は、炭化水素鎖などの疎水基と、親水基とをあわせ持つ分子で、水に溶解した場合の界面活性剤本体のイオン性により、陰イオン系(アニオン系)、陽イオン系(カチオン系)、非イオン系のものなどがある。陰イオン系の界面活性剤(陰イオン界面活性剤)、陽イオン系の界面活性剤(陽イオン界面活性剤)は、水溶液中で電離して、界面活性剤の主体がそれぞれ陰イオン、陽イオンとなるものである。更に、非イオン系の界面活性剤(非イオン界面活性剤)は、水溶液中で電離しないものである。 A surfactant is a molecule that has both a hydrophobic group such as a hydrocarbon chain and a hydrophilic group. Depending on the ionic nature of the surfactant body when dissolved in water, an anionic (anionic) or cationic ( Cationic) and non-ionic ones. Anionic surfactants (anionic surfactants) and cationic surfactants (cationic surfactants) are ionized in aqueous solution, and the surfactants are mainly anions and cations. It will be. Furthermore, nonionic surfactants (nonionic surfactants) are those that do not ionize in aqueous solutions.
陰イオン界面活性剤としては、脂肪酸塩(セッケン)、アルファスルホ脂肪酸エステル塩(α−SF)、アルキルベンゼンスルホン酸塩(ABS)、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩(LAS)、アルファオレフィンスルホン酸塩(AOS)、アルキル硫酸塩(AS)、アルキルエーテル硫酸エステル塩(AES)、モノアルキルリン酸エステル塩(MAP)、アルキル硫酸トリエタノールアミン、アルカンスルホン酸塩(SAS)などが挙げられる。例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(Sodium Dodecylbenzenesulfonate)を好適に使用することができる。 Examples of the anionic surfactant include fatty acid salt (soap), alpha sulfo fatty acid ester salt (α-SF), alkylbenzene sulfonate (ABS), linear alkylbenzene sulfonate (LAS), and alpha olefin sulfonate (AOS). ), Alkyl sulfate (AS), alkyl ether sulfate (AES), monoalkyl phosphate ester (MAP), alkyl sulfate triethanolamine, alkane sulfonate (SAS), and the like. For example, sodium dodecylbenzenesulfonate can be preferably used.
陽イオン界面活性剤としては、アルキルトリメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウムクロリド、アルキルピリジニウムクロリド、Nメチルビスヒドロキシエチルアミン脂肪酸エステル塩酸塩などが挙げられる。例えば、ドデシルトリメチルアンモニウムクロリド(n-Dodecyltrimethylammoniumchloride)を好適に使用することができる。 Examples of the cationic surfactant include alkyltrimethylammonium salt, alkyldimethylbenzylammonium salt, dialkyldimethylammonium chloride, alkylpyridinium chloride, N-methylbishydroxyethylamine fatty acid ester hydrochloride and the like. For example, dodecyltrimethylammonium chloride can be suitably used.
非イオン界面活性剤としては、しょ糖脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、脂肪酸ジエタノールアミド、脂肪酸アルカノールアミド、ポリオキシエチレンアルキルエーテル(AE)、アルキルグルコシド(AG)、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル(APE)などが挙げられる。例えば、ポリオキシエチレン(10)オクチルフェニルエーテル(Polyoxyethylene (10) Octylphenyl Ether)を好適に使用することができる。 Nonionic surfactants include sucrose fatty acid ester, sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene fatty acid ester, fatty acid diethanolamide, fatty acid alkanolamide, polyoxyethylene alkyl ether (AE), alkyl glucoside (AG ), Polyoxyethylene alkylphenyl ether (APE), and the like. For example, polyoxyethylene (10) octylphenyl ether can be preferably used.
界面活性剤としては、陽イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤及び非イオン界面活性剤のいずれを用いてもよい。又、界面活性剤は、上述して例示したものに限定されるものではない。 As the surfactant, any of a cationic surfactant, an anionic surfactant and a nonionic surfactant may be used. Further, the surfactant is not limited to those exemplified above.
即ち、本実施例の極細pH複合電極100におけるガラス電極1内或いは比較電極2内のような狭い空間に気泡(エアー層)が発生した場合にこの気泡が抜け難いのは、水の表面張力による。この表面張力を低下させれば、電極を垂直に立てた時に気泡は上昇し、容易に除去可能である。そこで、本発明では、表面張力を低下させるために、電極内部液(測定電極内部液、比較電極内部液)Ia、Ibに界面活性剤を添加する。これにより、極細pH複合電極100であっても、ガラス電極1内或いは比較電極2内での気泡を容易に除去できるようになる。
That is, when bubbles (air layer) are generated in a narrow space such as in the
界面活性剤は、電極内部液収容部内に発生する気泡を除去するのに十分な濃度にて電極内部液に溶解させる。典型的には、電極内部液収容部内に発生した気泡が、通常細長形状とされる電極内部液の軸線方向が略垂直になるようにした状態で、実用上十分な早さで上昇して抜けるのに十分な濃度にて電極内部液に添加する。電極内部液(測定電極内部液、比較電極内部液)Ia、Ibに対する界面活性剤の添加量は、少なすぎても界面活性剤による気泡の除去効果を得ることができない。又、電極内部液に対する界面活性剤の添加量は、電極内部液に対する溶解度の範囲で多い方が、気泡除去効果は高い方向である。しかし、界面活性剤の添加量が多すぎても、内部電極の電位の安定性、液絡部電位の発生などにおける影響が無視できなくなる。又、界面活性剤の添加量が多すぎると、通常の測定操作における振動などで容易に電極内部液が泡立つことにより、電極電位の指示値が不安定になるなどの別の問題がある。 The surfactant is dissolved in the electrode internal solution at a concentration sufficient to remove bubbles generated in the electrode internal liquid storage portion. Typically, bubbles generated in the electrode internal liquid storage portion rise and escape at a sufficiently high speed in a state where the axial direction of the electrode internal liquid, which is normally elongated, is substantially vertical. Is added to the electrode internal solution at a sufficient concentration. Even if the amount of the surfactant added to the electrode internal liquid (measuring electrode internal liquid, comparative electrode internal liquid) Ia and Ib is too small, the effect of removing bubbles by the surfactant cannot be obtained. In addition, the amount of the surfactant added to the electrode internal solution is higher in the range of the solubility in the electrode internal solution, and the bubble removal effect is higher. However, even if the amount of the surfactant added is too large, the influence on the stability of the potential of the internal electrode and the generation of the liquid junction potential cannot be ignored. Further, when the amount of the surfactant added is too large, there is another problem such that the indicated value of the electrode potential becomes unstable because the electrode internal liquid easily bubbles due to vibration in a normal measurement operation.
以下に更に詳しく説明するように、本発明者らの検討によれば、電極内部液(測定電極内部液、比較電極内部液)Ia、Ibにおける界面活性剤の濃度は、0.01%〜1%であることが好ましい。ここで、界面活性剤の濃度は、重量基準の百分率(%)で表す。 As will be described in more detail below, according to the study by the present inventors, the concentration of the surfactant in the electrode internal liquid (measuring electrode internal liquid, comparative electrode internal liquid) Ia, Ib is 0.01% to 1%. % Is preferred. Here, the concentration of the surfactant is expressed as a percentage (%) based on weight.
以下、本実施例のpH複合電極100を用いて、電極内部液(測定電極内部液、比較電極内部液)Ia、Ibに界面活性剤を添加することによる、気泡の除去効果、電極電位の変動、液絡部電位の変動、泡立ちの発生状況を調べた実験例について説明する。
Hereinafter, using the
(実験例1)
ベースとなる測定電極内部液(ベース測定電極内部液)Ia0として、3.3mol/L・KCl溶液+pH7緩衝液を使用した。又、ベースとなる比較電極内部液(ベース比較電極内部液)Ib0として、3.3mol/L・KCl溶液を使用した。
(Experimental example 1)
A 3.3 mol / L · KCl solution + pH 7 buffer solution was used as the measurement electrode internal solution (base measurement electrode internal solution) Ia0 as a base. In addition, a 3.3 mol / L · KCl solution was used as the base reference electrode internal solution (base reference electrode internal solution) Ib0.
−測定電極内部液−
ベース測定電極内部液Ia0に、0.01%の非イオン界面活性剤を添加した。
-Measurement electrode internal solution-
0.01% of a nonionic surfactant was added to the base measurement electrode internal solution Ia0.
先ず、気泡の抜け具合を調べた。内管小径部11の内側の空間31に故意に気泡を形成した後、pH複合電極100を垂直に立てて放置した。放置後1時間程度で気泡は上昇し、消失した。
First, the state of bubble removal was examined. After intentionally forming bubbles in the
同時に、比較試験として、界面活性剤を添加しないベース測定電極内部液Ia0をそのまま測定電極内部液Iaとして使用して、上記と同じ試験を行った。この場合、pH複合電極100を垂直に立てて1週間放置しても気泡は残ったままであった。
At the same time, as a comparative test, the same test as described above was performed using the base measurement electrode internal solution Ia0 to which no surfactant was added as it was as the measurement electrode internal solution Ia. In this case, even if the
次に、ガラス電極1の電極電位の変動を調べた。即ち、測定電極内部液Iaに界面活性剤を添加することにより、ガラス電極1の電極電位の変動が考えられる。しかし、後述するように、0.01%の非イオン界面活性剤を含む測定電極内部液Iaを用いた場合、ガラス電極1の電極電位の変動は、1ヶ月経過後も1mV以内であり、ベース測定電極内部液Ia0をそのまま使用した場合と比較して、測定上問題となるような有意差は認められなかった。
Next, the fluctuation of the electrode potential of the
ここで、ガラス電極1の電極電位の変動は、次のようにして調べた。標準電極200として、単極の比較電極(内部電極:銀−塩化銀電極)を用意する。この標準電極200の内部液は、上記ベース比較電極内部液Ib0とする。図3(a)に示すように、標準電極とpH複合電極100のガラス電極1とを電圧計50を介して接続する。そして、標準電極200とpH複合電極100とを、3.3mol/L・KCl溶液に浸漬し、両電極間の電位差を測定する。この電位差の変動を、界面活性剤を添加する前のベース測定電極内部液Ia0をpH複合電極100のガラス電極1に充填した状態、界面活性剤を添加した3時間後、界面活性剤を添加した1ヶ月後に、それぞれ調べる。実験は、3個のpH複合電極100について行った。結果を表1に示す。
Here, the fluctuation of the electrode potential of the
表1に示すように、界面活性剤を添加する前に比べて、界面活性剤を添加した1ヶ月後でも、pH複合電極100のガラス電極1と標準電極との間の電位差は0.5〜0.8mVであった。このように、0.01%の非イオン界面活性剤の添加による、測定上問題となるようなガラス電極1の電極電位変動(例えば、3mVを超える電位変動)は観察されなかった。
As shown in Table 1, the potential difference between the
−比較電極内部液−
ベース比較電極内部液Ib0に、0.01%の非イオン界面活性剤を添加した。
-Reference electrode internal solution-
0.01% nonionic surfactant was added to the base reference electrode internal solution Ib0.
内管小径部11の外周と外管小径部21の内周との間の環状空間32内に故意に気泡を形成した後、pH複合電極100を垂直に立てて放置した。放置後1時間程度で気泡は上昇し、消失した。
After intentionally forming bubbles in the
同時に、比較試験として、界面活性剤を添加しないベース測定電極内部液Ib0をそのまま測定電極内部液Ibとして使用して、上記と同じ試験を行った。この場合、pH複合電極100を垂直に立てて1週間放置しても気泡は残ったままであった。
At the same time, as a comparative test, the same test as described above was performed using the base measurement electrode internal solution Ib0 to which no surfactant was added as it was as the measurement electrode internal solution Ib. In this case, even if the
次に、比較電極2の液絡部電位の変動を調べた。即ち、比較電極内部液Ibに界面活性剤を添加することにより、比較電極2の液絡部電位の増加が考えられる。しかし、後述するように、0.01%の非イオン界面活性剤を含む比較電極内部液Ibを用いた場合、比較電極2の液絡部電位の変動は、1mol/Lの水酸化ナトリウム溶液及び塩化水素溶液内においても、ベース比較電極内部液Ib0をそのまま使用した場合と比較して、最大1mV程度の差であり、測定上問題となるような有意差は認められなかった。
Next, the fluctuation of the liquid junction potential of the
ここで、比較電極2の液絡部電位の変動は、次のようにして調べた。標準電極200として、単極の比較電極(内部電極:銀−塩化銀電極)を用意する。この標準電極200の内部液は、上記ベース比較電極内部液Ib0とする。液絡部電位は、標準電極200でも発生するため、液絡部電位の絶対値を測定することは困難である。そのため、標準電極との相対的差で評価した。この差が大きいほど、標準電極200の液絡部電位に比べ、界面活性剤の添加による液絡部電位の変動が大きいことを意味する。どの程度液絡部電位の発生差があるかは、標準電極同士間での差と比較することにより評価できる。
Here, the fluctuation of the liquid junction potential of the
つまり、本例では、標準液Sとして、pH6.86のpH標準液(中性リン酸塩標準液)、pH4.01のpH標準液(フタル酸塩標準液)、pH9.18のpH標準液(ホウ酸塩標準液)、0.1mol/L・NaOH、1mol/L・NaOH、1mol/L・HClを用意する。そして、先ず、図3(b)に示すように、2つの標準電極200を電圧計50を介して接続し、pHの異なる各標準液Sに両標準電極200を浸漬して、両電極間の電位差をそれぞれ測定する。一方、標準電極200と、pH複合電極100の比較電極2とを、電圧計50を介して接続する。そして、標準電極とpH複合電極100とを上記各標準液に浸漬して、両電極間の電位差をそれぞれ測定する。実験は、3個のpH複合電極100について行った。結果を表2に示す。
That is, in this example, as the standard solution S, a pH standard solution (pH 6.86) (neutral phosphate standard solution), a pH 4.01 pH standard solution (phthalate standard solution), and a pH 9.18 pH standard solution. (Borate standard solution), 0.1 mol / L · NaOH, 1 mol / L · NaOH, 1 mol / L · HCl are prepared. First, as shown in FIG. 3B, two
表2に示すように、標準電極間では最大0.4mVの電位であるのに対して、界面活性剤が添加された比較電極内部液Ibを用いたpH複合電極100の比較電極2と標準電極200との間の電位差は、最大で1.1mVであった。このように、0.01%の非イオン界面活性剤を添加による、測定上問題となるような比較電極2の液絡部電位の増加は観察されなかった。
As shown in Table 2, while the potential between the standard electrodes is a maximum of 0.4 mV, the
(実験例2)
次に、界面活性剤の効果的濃度について調べた。
(Experimental example 2)
Next, the effective concentration of the surfactant was examined.
本例では、実験例1と同様に、ベース測定電極内部液Ia0として、3.3mol/L・KCl溶液+pH7緩衝液を用いた。又、ベース比較電極内部液Ib0として、3.3mol/L・KCl溶液を用いた。 In this example, as in Experimental Example 1, 3.3 mol / L · KCl solution + pH 7 buffer solution was used as the base measurement electrode internal solution Ia0. Further, a 3.3 mol / L · KCl solution was used as the base reference electrode internal solution Ib0.
一般的に、pH複合電極100における測定電極内部液Ia、比較電極内部液Ibは、3.3mol/L・KClなどの高濃度塩溶液である。そのため、界面活性剤は電極内部液には溶け難い。界面活性剤には陽イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤などがあるが、界面活性剤の種類により高濃度塩溶液に対する溶解度が異なる。
In general, the measurement electrode internal solution Ia and the reference electrode internal solution Ib in the
実験の結果から、陽イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤及び非イオン界面活性剤のそれぞれの一例における、3.3mol/L・KCl溶液に対する溶解度は、表3に示すようになる。 From the experimental results, the solubility of each of the cationic surfactant, the anionic surfactant, and the nonionic surfactant in the 3.3 mol / L · KCl solution is as shown in Table 3.
ここで、上記表3に示す界面活性剤を使用して、pH複合電極100における気泡の抜け具合について調べた。
Here, the surfactants shown in Table 3 above were used to examine how bubbles were removed from the
先ず、測定電極内部液Iaに添加する界面活性剤として、3.3mol/L・KCl溶液に対する溶解度が小さい陰イオン界面活性剤であるドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを使用し、上記実験例1で行ったのと同様にして、pH複合電極100のガラス電極1における気泡の抜け具合を調べた。即ち、内管小径部11の内側の空間31(内径0.8mm)に気泡を発生させ、pH複合電極100を垂直に立てて放置し、気泡の抜け具合を観察した。
First, as a surfactant to be added to the measurement electrode internal solution Ia, sodium dodecylbenzenesulfonate, which is an anionic surfactant having a low solubility in a 3.3 mol / L · KCl solution, was used, and the test was performed in Experimental Example 1 described above. In the same manner as above, the degree of air bubble removal in the
0.01%のドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムで、1時間以内に気泡が抜けた。一方、0.005%のドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムでは、1日放置した後でも気泡は抜けなかった。 With 0.01% sodium dodecylbenzenesulfonate, bubbles were released within 1 hour. On the other hand, with 0.005% sodium dodecylbenzenesulfonate, bubbles did not escape even after standing for 1 day.
同様に、比較電極内部液Ibに添加する界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを使用し、pH複合電極100の比較電極2における気泡の抜け具合を調べた。即ち、内管小径部11と外管小径部21との間の環状の空間32(間隙0.135mm)に気泡を発生させ、pH複合電極100を垂直に立てて放置し、気泡の抜け具合を観察した。この場合も、0.01%のドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムで、1時間以内に気泡が抜けた。一方、0.005%のドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムでは、1日放置した後でも気泡は抜けなかった。
Similarly, sodium dodecylbenzene sulfonate was used as a surfactant to be added to the internal liquid Ib of the comparative electrode, and the state of air bubbles in the
又、同様にして、測定電極内部液Ia、比較電極内部液Ibにそれぞれ添加する界面活性剤として、3.3mol/L・KCl溶液に対する溶解度が大きい陽イオン界面活性剤であるドデシルトリメチルアンモニウムクロリドを使用し、pH複合電極100のガラス電極1、比較電極2のそれぞれにおける気泡の抜け具合を調べた。この場合も、0.01%のドデシルトリメチルアンモニウムクロリドで、1時間以内に気泡が抜けた。一方、0.005%のドデシルトリメチルアンモニウムクロリドでは、1日放置した後でも気泡は抜けなかった。
Similarly, as a surfactant to be added to each of the measurement electrode internal liquid Ia and the comparative electrode internal liquid Ib, dodecyltrimethylammonium chloride, which is a cationic surfactant having high solubility in a 3.3 mol / L · KCl solution, is used. It was used to examine how bubbles were removed in the
更に、同様にして、測定電極内部液Ia、比較電極内部液Ibにそれぞれ添加する界面活性剤として、非イオン界面活性剤であるポリオキシエチレン(10)オクチルフェニルエーテルを使用し、pH複合電極100のガラス電極1、比較電極2のそれぞれにおける気泡の抜け具合を調べた。この場合も、0.01%のポリオキシエチレン(10)オクチルフェニルエーテルで、1時間以内に気泡が抜けた。一方、0.005%のポリオキシエチレン(10)オクチルフェニルエーテルでは、1日放置した後でも気泡は抜けなかった。
Further, similarly, polyoxyethylene (10) octylphenyl ether, which is a nonionic surfactant, is used as a surfactant to be added to each of the measurement electrode internal solution Ia and the comparative electrode internal solution Ib. Each of the
尚、0.01%のドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムでは、通常の測定操作における振動などでは、問題となるような泡立ちは発生しなかった。同様に、0.1%のポリオキシエチレン(10)オクチルフェニルエーテルでは、通常の測定操作における振動などでは、問題となるような泡だしは発生しなかった。 Note that 0.01% sodium dodecylbenzenesulfonate did not cause foaming that would be a problem during vibration in a normal measurement operation. Similarly, in the case of 0.1% polyoxyethylene (10) octylphenyl ether, no problem bubble was generated due to vibration in a normal measurement operation.
一方、陽イオン界面活性剤であるドデシルトリメチルアンモニウムクロリドは、3.3mol/L・KCl溶液に5%以上溶解する。しかし、5%のドデシルトリメチルアンモニウムクロリドでは、pH複合電極100の振動などにより、電極内部液(測定電極内部液、比較電極内部液)が泡立ちすぎ、これにより液のつながり状態が不安定となり、結果として電極電位の指示値が安定しにくくなるなど、使用上問題となることが分かった。その濃度を、1%以下とすることにより、pH複合電極100の通常の測定操作における振動などでは、問題となるような泡立ちは発生しなかった。
On the other hand, 5% or more of dodecyltrimethylammonium chloride, which is a cationic surfactant, is dissolved in a 3.3 mol / L · KCl solution. However, with 5% dodecyltrimethylammonium chloride, the electrode internal solution (measuring electrode internal solution, reference electrode internal solution) is too foamed due to vibration of the
(実験例3)
次に、上記表3に示す陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤及び非イオン界面活性剤を、それぞれ0.01%、1%、0.1%として、実験例1で行ったのと同様にして、ガラス電極1の電極電位の変動を調べた。その結果、ガラス電極1の電極電位の変動は、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤のいずれを添加した場合も、1ヶ月経過後に−1〜−1.5mV程度である。このように、測定上問題となるようなガラス電極1の電極電位変動(例えば、3mVを超える電位変動)は観察されなかった。
(Experimental example 3)
Next, it was performed in Experimental Example 1 with 0.01%, 1%, and 0.1% of the anionic surfactant, the cationic surfactant, and the nonionic surfactant shown in Table 3 above, respectively. Similarly, the fluctuation of the electrode potential of the
又、電極電位の変動後に、測定電極内部液Iaを、界面活性剤を添加していないベース測定電極内部液Ia0に戻して、標準電極との間の電位差を測定した。この場合、電極電位は10分程度で回復した。 Further, after the electrode potential fluctuated, the measurement electrode internal solution Ia was returned to the base measurement electrode internal solution Ia0 to which no surfactant was added, and the potential difference from the standard electrode was measured. In this case, the electrode potential recovered in about 10 minutes.
次に、上記表3に示す陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤及び非イオン界面活性剤を、それぞれ0.01%、1%、0.1%として、実施例1で行ったのと同様にして、比較電極2の液絡部電位の変動を調べた。その結果、比較電極2の液絡部電位の変動は、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤のいずれを添加した場合も、±1mV程度である。このように、測定上問題となるような比較電極2の液絡部電位変動の増加は観察されなかった。
Next, the anionic surfactant, the cationic surfactant, and the nonionic surfactant shown in Table 3 were set to 0.01%, 1%, and 0.1%, respectively, in Example 1. Similarly, the fluctuation of the liquid junction potential of the
以上説明した実験例から分かるように、気泡の除去効果、電極電位変動、液絡部電位変動、泡立ちの発生を考慮して、電極内部液(測定電極内部液、比較電極内部液)に溶解される界面活性剤の濃度は、0.01%〜1%が好ましい。 As can be seen from the experimental examples described above, in consideration of the bubble removal effect, electrode potential fluctuation, liquid junction potential fluctuation, and bubble generation, it is dissolved in the electrode internal liquid (measuring electrode internal liquid, comparative electrode internal liquid). The concentration of the surfactant is preferably 0.01% to 1%.
実施例2
次に、本発明に係る他の実施例について説明する。上記実施例1では、電気化学式センサはpH複合電極であるとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
Example 2
Next, another embodiment according to the present invention will be described. In Example 1 described above, the electrochemical sensor is described as a pH composite electrode, but the present invention is not limited to this.
例えば、実施例1で説明したような極細複合電極においては、内管小径部11の内側の空間31、内管小径部11の外周と外管小径部21の内周との間の環状空間32は極めて狭くなるため、電極を横にして保存することにより、或いは温度変化により、その空間内で気泡が発生し易い。そのため、本発明は極めて有効である。
For example, in the ultrafine composite electrode as described in the first embodiment, a
しかし、本発明は、pH電極などの測定電極が単体で形成されているもの、又、比較電極が単体で形成されているものにも等しく適用することができる。 However, the present invention can be equally applied to a case where a measurement electrode such as a pH electrode is formed as a single body, and a case where a comparison electrode is formed as a single body.
例えば、図4(a)は、細い単体のpH電極1の要部断面を示す。pH電極1は、電極指示体として支持管10の軸線方向先端に水素イオンに感応するガラス感応膜13が連続的且つ同軸的に形成されている。支持管10及びガラス感応膜13の内側の空間(内部液収容部)31には、測定電極内部液Iaが充填される。又、測定電極内部液Iaには、測定電極内極14が浸漬される。そして、この測定電極内部液Iaとして、実施例1と同様に界面活性剤が溶解されたものを使用することができる。
For example, FIG. 4A shows a cross-section of the main part of a thin
又、例えば、図4(b)は、単体の比較電極2の要部断面を示す。比較電極2は、支持管20の軸線方向先端に、セラミックスから成る液絡部23が封入されている。支持管20の内側の空間(内部液収容部)32には、比較電極内部液Ibが充填される。又、比較電極内部液Ibには、比較電極内極24が浸漬される。そして、この比較電極内部液Ibとして、実施例1と同様に界面活性剤が溶解されたものを使用することができる。
Further, for example, FIG. 4B shows a cross-section of the main part of the
以上、本発明を具体的な実施例に則して説明したが、本発明は上述の実施態様に限定されるものではない。例えば、上記各実施例では、測定電極はpH測定電極であるとして説明したが、測定電極はこれに限定されるものではない。例えば、イオン測定用電極としては、pH電極以外のイオン選択性電極、即ち、ナトリウムイオン電極、フッ化物イオン電極、カリウムイオン電極、カルシウムイオン電極、硝酸イオン電極、アンモニア電極、炭酸ガス電極などがあげられる。又、これらの測定電極は、比較電極と組み合わされて複合電極を構成しても、単体の電極であってもよい。 As mentioned above, although this invention was demonstrated according to the specific Example, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment. For example, in each of the above embodiments, the measurement electrode is described as a pH measurement electrode, but the measurement electrode is not limited to this. For example, as an electrode for measuring ions, ion selective electrodes other than pH electrodes, that is, sodium ion electrodes, fluoride ion electrodes, potassium ion electrodes, calcium ion electrodes, nitrate ion electrodes, ammonia electrodes, carbon dioxide gas electrodes, etc. It is done. These measurement electrodes may be combined with the reference electrode to form a composite electrode, or may be a single electrode.
又、複合電極において、測定電極と比較電極とのいずれかの電極内部液のみに界面活性剤を添加することもできる。例えば、白金電極などとされる酸化還元電位測定電極と、比較電極とが一体的に設けられた酸化還元電位測定用複合電極において、比較電極の電極内部液に界面活性剤を添加することができる。 In the composite electrode, the surfactant can be added only to the electrode internal liquid of either the measurement electrode or the comparison electrode. For example, in a redox potential measuring composite electrode in which a redox potential measuring electrode such as a platinum electrode and a comparative electrode are provided integrally, a surfactant can be added to the electrode internal solution of the comparative electrode. .
又、上記各実施例では、界面活性剤が添加されるベースとなる電極内部液(測定電極内部液、比較電極内部液)は、3.3mol/L・KCl溶液(或いは、更にpH緩衝液を含むもの。)であるとして説明したが、ベースとなる電極内部液はこれに限定されるものではない。所望により飽和KCl溶液を使用してもよい。又、例えば、イオン電極を用いたイオン濃度測定においては、比較電極内部液として、硝酸カリウム溶液(ナトリウムイオン電極、塩化物イオン電極、臭化物イオン電極、シアン化物イオン電極、カドミウムイオン電極、銅イオン電極、銀イオンの各イオン電極)、酢酸リチウム溶液(カリウムイオン電極、硝酸イオン電極)が用いられる。 In each of the above examples, the electrode internal solution (measuring electrode internal solution, comparative electrode internal solution) to which the surfactant is added is a 3.3 mol / L · KCl solution (or further a pH buffer solution). However, the base electrode internal solution is not limited to this. A saturated KCl solution may be used if desired. For example, in ion concentration measurement using an ion electrode, a potassium nitrate solution (sodium ion electrode, chloride ion electrode, bromide ion electrode, cyanide ion electrode, cadmium ion electrode, copper ion electrode, Each ion electrode of silver ion) and lithium acetate solution (potassium ion electrode, nitrate ion electrode) are used.
10 内管
20 外管
31 内管及びガラス感応膜の内側の空間(電極内部液収容部)
32 内管と外管との間の環状空間(電極内部液収容部)
Ia 測定電極内部液
Ib 比較電極内部液
10
32 Annular space between inner tube and outer tube (electrode internal liquid storage part)
Ia Measurement electrode internal liquid Ib Reference electrode internal liquid
Claims (16)
前記第1、第2の内部液収容部にそれぞれ収容される電極内部液のうちいずれか一方又は両方に界面活性剤が溶解されていることを特徴とする電気化学式センサ。 It has a double tube structure having an inner tube and an outer tube, and at least one end of the inner tube is sealed, and at least one end of the outer tube is connected to the inner tube and sealed. A first internal liquid storage portion for storing the electrode internal liquid is formed in a space inside the inner pipe, and a second internal for storing the internal liquid in an annular space between the inner pipe and the outer pipe In the electrochemical sensor in which the liquid container is formed,
An electrochemical sensor, wherein a surfactant is dissolved in one or both of the electrode internal solutions stored in the first and second internal liquid storage portions.
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