JP2514067B2 - Ion electrode - Google Patents

Ion electrode

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JP2514067B2
JP2514067B2 JP63056339A JP5633988A JP2514067B2 JP 2514067 B2 JP2514067 B2 JP 2514067B2 JP 63056339 A JP63056339 A JP 63056339A JP 5633988 A JP5633988 A JP 5633988A JP 2514067 B2 JP2514067 B2 JP 2514067B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は各種溶液中のイオン濃度,特にアルカリ金属
イオン濃度を検出するために利用されるイオン電極に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial application] The present invention relates to an ion electrode used for detecting ion concentrations in various solutions, particularly alkali metal ion concentrations.

[従来技術及び課題] イオン電極ないしはイオン選択性電極とは,溶液中の
陰陽イオン活量(熱力学的補正濃度)に応じた電位差を
検出するための電極をいい,特定のイオン種に選択的に
感応するイオン感応体(膜)の存在状態に基づき,固体
膜型,液膜型に大別される。
[Prior Art and Problems] An ion electrode or an ion-selective electrode is an electrode for detecting a potential difference according to an anion / cation activity (thermodynamically corrected concentration) in a solution, which is selective for a specific ion species. Depending on the state of existence of the ion-sensitive body (membrane) that is sensitive to, it is roughly classified into solid membrane type and liquid membrane type.

固体膜型イオン電極としては,ガラス電極,難溶性塩
電極が挙げられるが、いずれもイオン選択性が不充分で
あり,測定精度が低い。近年,セラミック固体電解質を
イオン感応体として利用してなる固定膜型イオン電極も
提案されている(特願昭59−502154)が,やはりイオン
選択性が充分満足のいくものとは云えない。
Examples of the solid film type ion electrode include a glass electrode and a sparingly soluble salt electrode, but both have insufficient ion selectivity and low measurement accuracy. In recent years, a fixed membrane type ion electrode using a ceramic solid electrolyte as an ion sensitive material has also been proposed (Japanese Patent Application No. 59-502154), but it cannot be said that the ion selectivity is sufficiently satisfactory.

又,液膜型イオン電極としては,イオン交換液膜型電
極,ニュートラルキャリア含有液膜型電極が挙げられる
が、液膜はその取扱が不便であり,又撹拌等によってイ
オン透過性が影響を受け易いという難点を有する。その
ため液膜型の改良として,多孔質ポリマー膜にイオン感
応体としての溶液を支持させてなる高分子支持膜型イオ
ン電極が一般に利用されている。しかし,この種のイオ
ン電極は高分子支持膜(イオン感応体)と内部電極との
間に内部電解液を介在する必要があるため,電極を小型
化しにくいという問題を有する。更に,この点を考慮し
て高分子支持膜を内部電極表面に被覆してなる被覆型イ
オン電極も知られている(「表面」vol.24,No.3,198
6)。しかし,この種のイオン電極は高分子膜へのイオ
ン感応性物質(溶液)の固定化技術が完全に確立されて
おらず,耐久性が充分でない。特に,イオン感応性物質
としてニュートラルキャリアであるイオノフォア(イオ
ン輸送担体)を利用した場合,固定化技術の困難性は顕
著となり,しかもイオノフォア自体が容易に熱劣化する
ため,限定された条件でしか使用できず,従ってイオノ
フォアの高いイオン選択性を充分に活かせない状況にあ
った。
As the liquid film type ion electrode, there are an ion exchange liquid film type electrode and a liquid film type electrode containing a neutral carrier, but the liquid film is inconvenient to handle and the ion permeability is affected by stirring or the like. It has the drawback of being easy. Therefore, as an improvement of the liquid membrane type, a polymer-supported membrane type ion electrode in which a solution as an ion sensitizer is supported on a porous polymer membrane is generally used. However, this type of ion electrode has a problem in that it is difficult to downsize the electrode because it is necessary to interpose the internal electrolytic solution between the polymer support film (ion sensitive body) and the internal electrode. In consideration of this point, a coated ion electrode in which a polymer supporting film is coated on the surface of the internal electrode is also known (“Surface” vol.24, No.3, 198).
6). However, this type of ion electrode does not have sufficient durability because the technology for immobilizing the ion-sensitive substance (solution) on the polymer membrane has not been fully established. In particular, when an ionophore (ion transport carrier), which is a neutral carrier, is used as the ion-sensitive substance, the immobilization technology becomes extremely difficult, and the ionophore itself is easily thermally deteriorated, so it can be used only under limited conditions. It was not possible to do so, and the high ion selectivity of ionophore could not be fully utilized.

本発明は,かかる課題を解決すること,即ち高いイオ
ン選択性を有し,しかも耐久性に優れ,もって正確な検
出特性を長期間安定に維持できるイオン電極を開発する
ことを目的とする。
An object of the present invention is to solve such a problem, that is, to develop an ion electrode having high ion selectivity, excellent durability, and capable of maintaining accurate detection characteristics stably for a long period of time.

[課題の解決手段] 本発明者はこうした見地に鑑み鋭意研究を重ねた結
果,本発明を完成するに至ったものであり,本発明は上
述の課題を下記手段によって解決する。
[Means for Solving the Problems] The inventors of the present invention have completed the present invention as a result of earnest studies in view of such viewpoints, and the present invention solves the above-mentioned problems by the following means.

第1のイオン選択性セラミックス体と、第2のイオン
選択性セラミックス体と、前記第1のイオン選択性セラ
ミックス体と前記第2のイオンセラミックス体との間に
介在させたイオノフォア溶液と、前記第2のイオン選択
性セラミックス体の、イオノフォア溶液側の面に対向す
る面に配設された電極と、を有するイオン電極であっ
て、 前記第1のイオン選択性セラミックス体と、前記第2
のイオン選択性セラミックス体と、前記イオノフォア溶
液と、が同一のイオンについて、イオン伝導性を有する
ことを特徴とするイオン電極。
A first ion-selective ceramics body, a second ion-selective ceramics body, an ionophore solution interposed between the first ion-selective ceramics body and the second ionic ceramics body, and An ion electrode having an electrode disposed on a surface of the ion-selective ceramic body 2 facing the surface on the ionophore solution side, the first ion-selective ceramic body and the second ion-selective ceramic body
An ion electrode, wherein the ion-selective ceramics body and the ionophore solution have ion conductivity with respect to the same ion.

また、第1のイオン選択性セラミックス体が器状であ
り、前記イオノフォア溶液が前記器状第1のイオン選択
性セラミックス体内に収容され、第2のイオン選択性セ
ラミックス体が前記器状第1のイオン選択性セラミック
ス体に絶縁性物質を介して接着され、前記イオノフォア
溶液を密閉することが好ましい。
Further, the first ion-selective ceramic body has a vessel shape, the ionophore solution is contained in the vessel-shaped first ion-selective ceramic body, and the second ion-selective ceramic body has the vessel-shaped first ion-selective ceramic body. It is preferable that the ionophore solution is sealed by being bonded to the ion-selective ceramic body through an insulating material.

[好適な実施態様及び作用] イオノフォア溶液はイオノフォア成分及び溶媒からな
る溶液であり,その溶液状態のままでイオン感応体の構
成要素としなければならない。高分子支持膜への保持の
手間を省き,従来技術の難点とされた固定化の困難性を
解消するためである。又,溶液状態で使用することによ
り,高分子支持体の存在による選択性への悪影響が防止
され,イオノフォア自体の高い選択性を充分に活かすた
めである。イオノフォアとは内側が極性,外側が非極性
を有し,イオン性物質を取込んで有機溶媒中を輸送でき
る一群の化合物をいい,イオン輸送担体とも呼ばれる。
イオノフォアとしては,天然物質特に生理活性物質例え
ばバリノマイシン,モネシン,ノナクチンとモナクチン
の混合物,又合成物質としてクラウンエーテルが挙げら
れ,非環状のイオノフォア例えばノニルフェノキシポリ
エタノール等であってもよい。クラウンエーテルとは一
群の大環状ポリエーテルをいい,ジシクロヘキシル類,
複環のクリプタンド類,スフェランド類,ウラノフィル
類,ピロホスフェートフィル類など種々のものが挙げら
れ,ここではO原子をS,N,P等で置換してなる大環状ポ
リスルフィド等の変性ポリエーテルをも包含するものと
する。イオノフォア成分はイオン種に応じて選択すると
よいが,二種以上のイオン種を同時に選択透過したい場
合,又共通のイオン種を選択透過する場合等にあっては
二以上のイオノフォア成分を配合して使用してもよい。
溶媒としては,イオノフォア成分を溶解できる有機溶媒
である限り,脂肪族炭化水素,芳香族炭化水素,脂環式
炭化水素,複素環式炭化水素を問わず,一種又は所望に
より二種以上の混合物として使用する。脂肪族炭化水素
系溶媒としてはアルカン類,デカノールのようなアルコ
ール類,ジクロロエタン,クロロホルムのようなハロゲ
ン化物類などが挙げられ,芳香族炭化水素系溶媒として
はベンゼン及びその誘導体例えばn−オクチル−2−ニ
トロフェニルエーテル,p−ニトロシメン,ジ−(n−オ
ウチルフェニル)ジホスホネート,ニトロベンゼン,o−
ジクロロベンゼン,脂環式炭化水素系溶媒としてはシク
ロヒキサン,複素環式炭化水素としてはテトラヒドロフ
ランなどが挙げられる。イオノフォア溶液として具体的
には,選択イオンがナトリウムイオン(Na+)である場
合,イオノフォア成分としてビス−12−クラウン−4
(選択係数k 1×10-2),溶媒としてo−ジクロルベン
ゼンを使用するとよい。選択イオンがカリウムイオン
(K+)である場合,イオノフォア成分としてバリノマイ
シン(k 2×10-4),溶媒としてo−ジクロルベンゼン
を使用するとよい。イオノフォア溶液の濃度はイオノフ
ォア成分,溶媒の種類に応じて適宜選択できるが,例え
ば前記Na+選択イオン感応体としてのビス−12−クラウ
ン−4/o−ジクロルベンゼン溶液である場合2mg/ml〜100
mg/mlの範囲,又前記K+選択イオン感応体としてのバリ
ノマイシン/o−ジクロルベンゼン溶液である場合10mg/m
l〜300mg/mlの範囲にするとよい。
[Preferred Embodiment and Action] The ionophore solution is a solution composed of an ionophore component and a solvent, and must be used as a component of the ion sensitizer in the solution state. This is because the time and effort for holding the polymer on the polymer support membrane are saved and the difficulty of immobilization, which is the difficulty of the conventional technology, is eliminated. Further, by using it in a solution state, the adverse effect on the selectivity due to the presence of the polymer support is prevented, and the high selectivity of the ionophore itself can be fully utilized. Ionophores are a group of compounds that are polar on the inside and non-polar on the outside and that can take in an ionic substance and transport it in an organic solvent. It is also called an ion transport carrier.
Examples of the ionophore include natural substances, particularly physiologically active substances such as valinomycin, monesin, a mixture of nonactin and monactin, and a synthetic substance such as crown ether, and may be an acyclic ionophore such as nonylphenoxypolyethanol. Crown ethers are a group of macrocyclic polyethers, including dicyclohexyls,
There are various compounds such as polycyclic cryptands, spherands, uranofils, and pyrophosphates. Here, modified polyethers such as macrocyclic polysulfides in which O atoms are replaced by S, N, P, etc. are also included. It shall be included. The ionophore component should be selected according to the ionic species, but if you want to selectively permeate two or more ionic species at the same time, or if you want to selectively permeate a common ionic species, mix two or more ionophore components. May be used.
As the solvent, as long as it is an organic solvent capable of dissolving the ionophore component, regardless of whether it is an aliphatic hydrocarbon, an aromatic hydrocarbon, an alicyclic hydrocarbon, or a heterocyclic hydrocarbon, one kind or a mixture of two or more kinds as desired. use. Aliphatic hydrocarbon solvents include alkanes, alcohols such as decanol, dichloroethane, halides such as chloroform, and the like, and aromatic hydrocarbon solvents include benzene and its derivatives such as n-octyl-2. -Nitrophenyl ether, p-nitrocymene, di- (n-octylphenyl) diphosphonate, nitrobenzene, o-
Dichlorobenzene, cycloaliphatic hydrocarbon-based solvents include cyclohexane, and heterocyclic hydrocarbons include tetrahydrofuran. Specifically, as the ionophore solution, when the selected ion is sodium ion (Na + ), bis-12-crown-4 is used as the ionophore component.
(Selection coefficient k 1 × 10 -2 ) and o-dichlorobenzene should be used as the solvent. When the selected ion is potassium ion (K + ), it is recommended to use valinomycin (k 2 × 10 -4 ) as the ionophore component and o-dichlorobenzene as the solvent. The concentration of the ionophore solution can be appropriately selected depending on the type of ionophore component and solvent, but for example, in the case of the bis-12-crown-4 / o-dichlorobenzene solution as the Na + selective ion sensitizer, 2 mg / ml ~ 100
In the range of mg / ml, and in the case of the valinomycin / o-dichlorobenzene solution as the K + selective ion sensitizer, 10 mg / m
It should be in the range of l to 300 mg / ml.

第1のイオン選択性セラミックス体が器状であり、前
記イオノフォア溶液が前記器状第1のイオン選択性セラ
ミックス体内に収容され、第2のイオン選択性セラミッ
クス体が前記器状第1のイオン選択性セラミックス体に
絶縁性物質を介して接着され、前記イオノフォア溶液を
密閉することが好ましい。イオノフォア溶液が外界に直
接晒されるのを防止してイオノフォア溶液をイオン感応
体として利用すると共に,熱安定性等の耐久性に優れた
ものとするためである。イオン選択性セラミックスとし
ては,アルカリイオン導電体例えばリチウムイオン選択
体,ナトリウムイオン選択体,カリウムイオン選択体,
酸素イオン選択体等が挙げられる。アルカリイオン選択
体としてはβ−アルミナないしβ″−アルミナ(MO・5
〜11Al2O3:MはNa,K,Liなどの1A族元素を示す)があり,
特にNa−β−アルミナはNa+に対して高い選択性(k 0.
1)を有する。Na+選択体としては更にNa5MSi4O12(Mは
1A族元素)又は次式Na1+xZr2SixP3-xO12(0≦x≦3)
で表わされるいわゆるNASICON(k 0.06)などが挙げら
れる。K+イオン選択体としては例えば次式KxMgx/2Ti
8-x/2O16及びKxAlxTi8-xO16(1.6≦x≦2)で表わされ
るホランダイト構造を有する化合物,K−β−Fe2O3又は
K−β″−Fe2O3のようなK2O−Fe2O3(カリウム・フェ
ライト)系化合物(k 0.02)などが挙げられる。酸素イ
オン選択体としてはジルコニア固溶体即ち安定化(部分
安定化ないしは完全安定化)ジルコニア,トリア又はセ
リア固溶体などが挙げられる。イオン選択性セラミック
スの相対密度は95%以上好ましくは99%以上,又平均結
晶粒径は10μm以下好ましくは5μm以下にするとよ
い。薄膜化ないしは小型化した場合であっても緻密な高
強度特性を維持させるためである。
The first ion-selective ceramic body is container-shaped, the ionophore solution is contained in the container-shaped first ion-selective ceramic body, and the second ion-selective ceramic body is the container-shaped first ion-selective body. It is preferable that the ionophore solution is sealed by being adhered to the conductive ceramic body through an insulating material. This is because the ionophore solution is prevented from being directly exposed to the outside world and the ionophore solution is used as an ion sensitive body, and at the same time, it has excellent durability such as thermal stability. Examples of ion-selective ceramics include alkali ion conductors such as lithium ion selectors, sodium ion selectors, potassium ion selectors,
An oxygen ion selective body etc. are mentioned. As an alkali ion selector, β-alumina or β ″ -alumina (MO ・ 5
~ 11Al 2 O 3 : M is a group 1A element such as Na, K, Li)),
In particular, Na-β-alumina has a high selectivity for Na + (k 0.
Have 1). As a Na + selective substance, Na 5 MSi 4 O 12 (M is
1A group element) or the following formula Na 1 + x Zr 2 Si x P 3-x O 12 (0 ≦ x ≦ 3)
The so-called NASICON (k 0.06) and so on are listed. As a K + ion selector, for example, the following formula K x Mg x / 2 Ti
A compound having a hollandite structure represented by 8-x / 2 O 16 and K x Al x Ti 8-x O 16 (1.6 ≦ x ≦ 2), K-β-Fe 2 O 3 or K-β ″ -Fe 2 K 2 O-Fe 2 O 3 ( potassium ferrite) compounds such as O 3 (k 0.02), and the like. oxygen ions as the selected body zirconia solid solution i.e. stabilized (partially stabilized or fully stabilized) zirconia , Thorium or ceria solid solution, etc. The relative density of the ion-selective ceramics should be 95% or more, preferably 99% or more, and the average crystal grain size should be 10 μm or less, preferably 5 μm or less. Even in this case, it is for maintaining the dense high-strength characteristics.

本発明によるイオン電極のイオン感応体部分は、第1
のイオン選択性セラミックス体と、第2のイオン選択性
セラミックス体と、前記第1のイオン選択性セラミック
ス体と前記第2のイオンセラミックス体との間に介在さ
せたイオノフォア溶液と、からなる。そのため,被測定
液中の選択すべきイオンは被測定液側に位置するセラミ
ック部(以下「被液側セラミック部」という),イオノ
フォア溶液及び内部電極側に位置するセラミック部,以
下「電極側セラミック部」という)を透過し,イオン活
量に応じた電位差を生ずることになる。従って,少なく
ともイオノフォア溶液の存在により,選択イオン以外の
イオンの透過が阻止でき,高いイオン選択性が確保され
ることになる。イオン選択性セラミックス体を器状とし
た場合は、少なくとも選択すべきイオンの透過経路にお
いてイオン選択性セラミックスからなっていればよい。
被液側セラミック部及び電極側セラミック部のいずれ
も,選択イオンの透過方向に係る厚さは0.1mm〜0.5mmに
するとよい。高強度特性を低下することなく,高い選択
性を維持するためである。又,イオノフォア溶液の容積
は,1μl〜50μlにするとよい。下限未満では充分な選
択性を発揮できず,一方上限を越えて存在させても選択
性従って測定精度にあまり影響ないからである。イオノ
フォア溶液存在部位にはイオノフォア溶液と共にセラミ
ック繊維例えばアルミナ繊維,ガラス繊維を充填すると
よい。断熱性ないしは保温性を維持し,イオノフォア溶
液の劣化を極力抑制するためである。イオン感応体(イ
オノフォア溶液、第1のイオン選択性セラミックス体、
及び第2のイオン選択性セラミックス体)の形状は、そ
の高選択性を有する感応機能を発揮し得る限りにおい
て,板状,円柱状など,いかなるものであってもよい。
The ion sensitive part of the ion electrode according to the present invention comprises the first
Of ion-selective ceramics, a second ion-selective ceramics, and an ionophore solution interposed between the first ion-selective ceramics and the second ion-selective ceramics. Therefore, the ions to be selected in the liquid to be measured are the ceramic part located on the side of the liquid to be measured (hereinafter referred to as "the liquid side ceramic part"), the ionophore solution and the ceramic part located on the internal electrode side, and "the electrode side ceramics". Part)) to generate a potential difference according to the ion activity. Therefore, at least the presence of the ionophore solution can prevent the permeation of ions other than the selective ions, thus ensuring high ion selectivity. When the ion-selective ceramic body is in the shape of a vessel, it is sufficient that the ion-selective ceramic body is made of ion-selective ceramics at least in the permeation path of the ions to be selected.
Both the liquid-side ceramic part and the electrode-side ceramic part should have a thickness of 0.1 mm to 0.5 mm in the permeation direction of selected ions. This is to maintain high selectivity without deteriorating high strength properties. Also, the volume of the ionophore solution should be 1 μl to 50 μl. This is because if the amount is less than the lower limit, sufficient selectivity cannot be exhibited, while if the amount exceeds the upper limit, the selectivity and therefore the measurement accuracy are not significantly affected. Ceramic fibers such as alumina fibers or glass fibers may be filled with the ionophore solution in the ionophore solution existing portion. This is to maintain the heat insulation or heat retention and suppress the deterioration of the ionophore solution as much as possible. Ion-sensitive material (ionophore solution, first ion-selective ceramics body,
The second ion-selective ceramics body may have any shape such as a plate shape or a cylindrical shape as long as it can exhibit a sensitive function having high selectivity.

イオン感応体は通常の如く支持体の先端部において被
液側セラミック部を被測定液と接触し得るように先方側
に位置させて備えるとよい。支持体は樹脂等の高分子物
質,セラミックなど,種々の電気絶縁材料を使用するこ
とができる。電極側セラミック部に内部電極を直接結合
するとよい。測定精度を高く維持すると共に、イオン電
極全体を小型化するためである。但し,必要に応じて選
択イオンの電解質溶液からなる内部溶液を介在させても
よい。イオン感応体は,支持体に二以上取付けてもよ
い。
It is preferable that the ion sensitive body is provided with the liquid-side ceramic portion at the tip side of the support so as to come into contact with the liquid to be measured as usual. The support may be made of various electrically insulating materials such as polymer materials such as resin and ceramics. It is preferable to directly connect the internal electrodes to the electrode-side ceramic portion. This is for maintaining high measurement accuracy and downsizing the entire ion electrode. However, if necessary, an internal solution composed of an electrolytic solution of selected ions may be interposed. Two or more ion sensitive bodies may be attached to the support.

本発明のイオン電極は例えば次のように製造される。
イオン選択性セラミックスからなる容器は,セラミック
ス原料粉末を成形後,所定温度域例えば1250〜1650℃で
焼成して本体部及び蓋部にする。原料粉末の粒径は1μ
m以下にするとよい。本体内部に,所定濃度に調整され
るイオノフォア成分及び溶媒を場合によりセラミック繊
維と共に充填し,蓋部を被せ,適宜スペーサを存在させ
て,本体部と蓋部とを接着等によって結合し,イオノフ
ォア溶液を封入する。得られたイオン感応体の一面側に
導電材料を印刷,メッキ,スパッタリング,蒸着等によ
り被着して,導体部とする。イオン感応体を支持体の所
定位置に取付けると共に,導体部にリードを接続する。
更に,得られたイオン電極を比較電極と共に電位差計に
電気的に接続して,イオン活量測定装置を得る。
The ion electrode of the present invention is manufactured, for example, as follows.
The container made of ion-selective ceramics is formed into a main body part and a lid part by molding the ceramic raw material powder and firing it in a predetermined temperature range, for example, 1250 to 1650 ° C. Raw powder particle size is 1μ
It is better to set it to m or less. The inside of the main body is filled with an ionophore component and a solvent adjusted to a predetermined concentration together with ceramic fibers as the case may be, the cover is covered, an appropriate spacer is present, and the main body and the cover are bonded together by adhesion or the like. Is enclosed. A conductive material is applied to one surface side of the obtained ion sensitive body by printing, plating, sputtering, vapor deposition or the like to form a conductor portion. Attach the ion sensitizer at a predetermined position on the support and connect the lead to the conductor.
Further, the obtained ion electrode is electrically connected to a potentiometer together with a reference electrode to obtain an ion activity measuring device.

本発明のイオン電極は医療用として,又化学,製薬,
食品工学におけるプロセス制御用として好適なものであ
る。
The ion electrode of the present invention is used for medical purposes, chemical, pharmaceutical,
It is suitable for process control in food engineering.

[実施例] 以下,本発明の実施例を説明する。併せて比較例につ
いても述べる。
Examples Examples of the present invention will be described below. A comparative example will also be described.

実施例1(Na+選択イオン電極) (a)イオン選択性セラミックス容器の製造 純度99.9%のSiO291g,純度99.9%のZrO2186g,純度99.
7%のリン酸三ナトリウム286g及び第三ブチルアルコー
ル350mlを,ボールミルで24時間粉砕混合し,得られた
スラリー状物を冷凍乾燥して42メッシュ以下の粉末を得
る。粉末を1200℃で12時間仮焼して,NASICONを得る。
Example 1 (Na + Selective Ion Electrode) (a) Production of Ion Selective Ceramic Container 91 g of SiO 2 having a purity of 99.9%, 186 g of ZrO 2 having a purity of 99.9%, a purity of 99.
286 g of 7% trisodium phosphate and 350 ml of tert-butyl alcohol are ground and mixed in a ball mill for 24 hours, and the resulting slurry is freeze-dried to obtain a powder of 42 mesh or less. The powder is calcined at 1200 ℃ for 12 hours to obtain NASICON.

次に,NASICON粉末300g,純度99.6%のポリビニルブチ
ラール6g及び第三ブチルアルコール150mlを,ボールミ
ルで再度15時間粉砕し,得られたスラリーを冷凍乾燥し
て42メッシュ以下の粉末を得,これを素地とする。
Next, 300 g of NASICON powder, 6 g of polyvinyl butyral with a purity of 99.6% and 150 ml of tert-butyl alcohol were ground again for 15 hours in a ball mill, and the resulting slurry was freeze-dried to obtain a powder of 42 mesh or less. And

次に,素地を金型プレス成形によって第1図A,Bに示
す本体部及び蓋部を成形し,これを1250℃で2時間焼成
し,NASICONセラミックスからなる容器を得る。
Next, the base body is molded by die press molding into the main body and the lid shown in FIGS. 1A and 1B, which are fired at 1250 ° C. for 2 hours to obtain a container made of NASICON ceramics.

(b)イオノフォア溶液の封入 ビス−12−クラウン−4 500mgをo−ジクロルベン
ゼン10mlに溶解してなる溶液を前記NASICONセラミック
スの本体部に満たし,更にアルミナ繊維5mgを充填し,
蓋部を被せ,シリコン系接着剤にて本体部と蓋部とを接
着して,イオノフォア溶液を容器内に封入する(第2
図)。透過経路方向(第2図上下方向)についての厚み
はセラミック部(蓋部及び本体部夫々)0.5mm,溶液存在
部0.3mmである。又,本体部の外形5mm,内径3mm,蓋部の
径(本体部の対応嵌合部の径)4mmである。
(B) Encapsulation of ionophore solution A solution of 500 mg of bis-12-crown-4 dissolved in 10 ml of o-dichlorobenzene was filled into the main body of the NASICON ceramics, and further 5 mg of alumina fiber was filled,
The lid is covered, and the main body and the lid are adhered to each other with a silicone adhesive to enclose the ionophore solution in the container (second
Figure). The thickness in the transmission path direction (vertical direction in FIG. 2) is 0.5 mm for the ceramic part (each of the lid part and the main body part) and 0.3 mm for the solution existing part. The outer diameter of the main body is 5 mm, the inner diameter is 3 mm, and the diameter of the lid (the diameter of the corresponding fitting portion of the main body) is 4 mm.

こうして,イオン選択性セラミックスがNASICON,イオ
ノフォアがビス−12−クラウン−4であるNa+イオン感
応体が得られる。
In this way, a Na + ion sensitizer having a NASICON ion-selective ceramic and a bis-12-crown-4 ionophore is obtained.

実施例2(K+選択イオン電極) (a)イオン選択性セラミックス容器の製造 予じめ用意したNa−β−アルミナセラミックス容器
(形状寸法は実施例1におけるものと同じ)を1000℃の
水酸化カリウム溶融塩に30時間浸漬し,NaとKとをイオ
ン交換してK−β−アルミナセラミックス容器を得る。
Example 2 (K + Selective Ion Electrode) (a) Production of Ion Selective Ceramics Container A previously prepared Na-β-alumina ceramics container (the shape and dimensions are the same as those in Example 1) was heated at 1000 ° C. It is immersed in potassium molten salt for 30 hours, and Na and K are ion-exchanged to obtain a K-β-alumina ceramics container.

(b)イオノフォア溶液の封入 バリノマイシン200mgをo−ジクロルベンゼン10mlに
溶解してなる溶液をK−β−アルミナセラミックス容器
内に前記実施例1と同様にして封入する。
(B) Encapsulation of ionophore solution A solution prepared by dissolving 200 mg of valinomycin in 10 ml of o-dichlorobenzene is encapsulated in a K-β-alumina ceramics container in the same manner as in Example 1 above.

こうして,イオン選択性セラミックスがK−β−アル
ミナ,イオノフォアがバリノマイシンであるK+イオン感
応体が得られる。
Thus, a K + ion sensitizer having an ion-selective ceramic of K-β-alumina and an ionophore of valinomycin is obtained.

更に,実施例1,2で得られたNa+イオン感応体,K+イオ
ン感応体の各一面側に銀ペースト(内部電極)を塗布し
て銅リードに接続すると共に,この両感応体を第2図に
示すように樹脂製支持体の先端に取付けてイオン電極と
する。
Further, a silver paste (internal electrode) was applied to one surface side of each of the Na + ion sensitive material and the K + ion sensitive material obtained in Examples 1 and 2 and connected to a copper lead. As shown in FIG. 2, it is attached to the tip of a resin support to form an ion electrode.

[試験例] 前記実施例1,2に係るイオン電極を比較電極と共に電
位差計に接続してイオン活量測定装置(第3図)とし,
この装置を用いてNaCl,KCl溶液についての電位変化を調
べた。即ち,イオン電極及び比較電極をpH10に調整した
純水に浸漬し,NaCl,KCl溶液を滴下しながらNa+,K+イオ
ン濃度に対する電位変化を調べた。又,イオン電極とし
てNASICONのみからなるもの(Na+イオン電極),K−β−
アルミナのみからなるもの(K+イオン電極)を用いて,
同様に電位変化を調べた。その結果を第4,5図に示すも
のであり,第4図はNa+イオン電極についての結果であ
り,第5図はK+イオン電極についての結果である。尚,
第1〜3図において,1はイオン電極,2はイオン感応体,3
はイオン選択セラミック容器,3aは本体部,3bは蓋部,4は
イオノフォア溶液,5はスペーサ,7は電位差計,8は撹拌
子,そしてAは被測定液を示す。
[Test Example] The ion electrode according to Examples 1 and 2 was connected to a potentiometer together with a reference electrode to form an ion activity measuring device (Fig. 3),
This equipment was used to investigate the potential changes for NaCl and KCl solutions. That is, the ion electrode and the reference electrode were immersed in pure water adjusted to pH 10, and the potential changes with respect to Na + and K + ion concentrations were examined while dropping NaCl and KCl solutions. In addition, the ion electrode consisting only of NASICON (Na + ion electrode), K-β-
Using only alumina (K + ion electrode),
Similarly, the change in potential was examined. The results are shown in FIGS. 4 and 5, FIG. 4 shows the results for the Na + ion electrode, and FIG. 5 shows the results for the K + ion electrode. still,
In Figures 1-3, 1 is the ion electrode, 2 is the ion sensitizer, and 3
Is an ion selective ceramic container, 3a is a main body, 3b is a lid, 4 is an ionophore solution, 5 is a spacer, 7 is a potentiometer, 8 is a stirrer, and A is a solution to be measured.

第4,5図から明らかな通り実施例に係るNa+イオン電
極,K+イオン電極は,夫々対応比較例に比してイオン選
択性が著しく向上している。又,本実施例1,2に係るイ
オン電極を高温80℃下において1000hr放置したが異常は
生ぜず,当初の測定精度を維持した。
As is apparent from FIGS. 4 and 5, the Na + ion electrode and the K + ion electrode according to the example have significantly improved ion selectivity as compared with the corresponding comparative example. Further, the ion electrodes according to Examples 1 and 2 were left at a high temperature of 80 ° C. for 1000 hours, but no abnormality occurred and the initial measurement accuracy was maintained.

[効果] 以上の如く本発明によれば,イオノフォア溶液を高分
子膜に支持させることなく溶液状態のままで存在させ得
るので,使用条件を広範囲に設定でき,しかもイオノフ
ォア成分の高以上選択性に有効に活用できる。又,高分
子膜への支持のための面倒な処理が一切不要とる。被測
定液のイオン活量は少なくともイオノフォア溶液を透過
して検出されるので,測定対象外のイオンの透過が確実
に防止され,全体として高いイオン選択性,従って高精
度のイオン活量の測定が可能となる。更に,セラミック
体を器状として、イオノフォア溶液を密閉する場合、外
界に直接晒されなくなり,イオノフォア成分を使用して
いるにも拘らず耐久性に優れている。特に,必要に応じ
てイオン電極の後方から適宜冷却手段を併用すれば,耐
久性向上,更にはより一層使用条件の拡大にも寄与し得
る。
[Effects] As described above, according to the present invention, since the ionophore solution can be allowed to exist in the solution state without being supported by the polymer membrane, a wide range of use conditions can be set, and high ionophore component selectivity can be achieved. It can be used effectively. In addition, no troublesome processing is required to support the polymer membrane. Since the ion activity of the solution to be measured is detected by permeating at least the ionophore solution, the permeation of non-measurement target ions is reliably prevented, and overall high ion selectivity and, therefore, highly accurate measurement of ion activity are possible. It will be possible. Furthermore, when the ionophore solution is hermetically sealed with the ceramic body as a container, it is not directly exposed to the external environment and has excellent durability despite the use of the ionophore component. In particular, if necessary, a cooling means may be used in combination from the rear side of the ion electrode, which contributes to improvement of durability and further expansion of use conditions.

従って,本発明は高イオン選択性のイオノフォア成分
を有効に利用して,被測定液中の特定イオンの活量を長
期間安定に高精度をもって測定できるので,イオン電極
分野さらにはセンサ分野において極めて有用なものであ
る。
Accordingly, the present invention can effectively measure the activity of a specific ion in a liquid to be measured for a long period of time with high accuracy by effectively utilizing an ionophore component having high ion selectivity. It is useful.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例についてイオン選択性セラミ
ック容器を示す正面図及び平面図であって,第1図Aは
本体部に係るもの,第1図Bは蓋部に係るもの, 第2図は,上記実施例についてイオン感応体を示す正面
断面図, 第3図は上記実施例についてイオン電極を用いてなるイ
オン活量測定装置, 第4,5図は上記実施例及び比較例のイオン電極を用いた
試験において,NaCl,KCl溶液添加量に基づく電位変化を
示すグラフであって,第4図はNa+イオン電極に係るも
の,第5図はK+イオン電極に係るもの, を夫々示す。 1……イオン電極、2……イオン感応体 3……容器、4……イオノフォア溶液
FIG. 1 is a front view and a plan view showing an ion-selective ceramic container according to an embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A relates to a main body portion, FIG. 1B relates to a lid portion, FIG. 2 is a front sectional view showing an ion sensitive body in the above embodiment, FIG. 3 is an ion activity measuring device using an ion electrode in the above embodiment, and FIGS. [Fig. 4] Fig. 4 is a graph showing the potential change based on the amount of NaCl and KCl solution added in the test using an ion electrode. Fig. 4 relates to the Na + ion electrode and Fig. 5 relates to the K + ion electrode. Show each. 1 ... Ion electrode, 2 ... Ion sensor 3 ... Container, 4 ... Ionophore solution

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 秀保 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊陶業株式会社内 (72)発明者 徳本 淳一 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊陶業株式会社内 (72)発明者 安藤 汀 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊陶業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Hideho Aoki 14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya, Aichi Japan Special Ceramics Co., Ltd. (72) Inventor, Mr. Ando, No. 14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya City, Aichi Prefecture

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】第1のイオン選択性セラミックス体と、第
2のイオン選択性セラミックス体と、前記第1のイオン
選択性セラミックス体と前記第2のイオンセラミックス
体との間に介在させたイオノフォア溶液と、前記第2の
イオン選択性セラミックス体の、イオノフォア溶液側の
面に対向する面に配設された電極と、を有するイオン電
極であって、 前記第1のイオン選択性セラミックス体と、前記第2の
イオン選択性セラミックス体と、前記イオノフォア溶液
と、が同一のイオンについて、イオン伝導性を有するこ
とを特徴とするイオン電極。
1. A first ion-selective ceramic body, a second ion-selective ceramic body, and an ionophore interposed between the first ion-selective ceramic body and the second ionic ceramic body. An ion electrode having a solution and an electrode disposed on a surface of the second ion-selective ceramics body facing the surface on the ionophore solution side, the first ion-selective ceramics body comprising: An ion electrode, wherein the second ion-selective ceramics body and the ionophore solution have ion conductivity with respect to the same ion.
【請求項2】第1のイオン選択性セラミックス体が器状
であり、前記イオノフォア溶液が前記器状第1のイオン
選択性セラミックス体内に収容され、第2のイオン選択
性セラミックス体が前記器状第1のイオン選択性セラミ
ックス体に絶縁性物質を介して接着され、前記イオノフ
ォア溶液を密閉することを特徴とする請求項1に記載の
イオン電極。
2. A first ion-selective ceramic body is in the shape of a vessel, the ionophore solution is contained in the vessel-shaped first ion-selective ceramic body, and a second ion-selective ceramic body is in the shape of a vessel. The ion electrode according to claim 1, wherein the ion electrode is adhered to the first ion-selective ceramics body through an insulating material to seal the ionophore solution.
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