JP2514069B2 - Ion electrode - Google Patents

Ion electrode

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JP2514069B2
JP2514069B2 JP63090249A JP9024988A JP2514069B2 JP 2514069 B2 JP2514069 B2 JP 2514069B2 JP 63090249 A JP63090249 A JP 63090249A JP 9024988 A JP9024988 A JP 9024988A JP 2514069 B2 JP2514069 B2 JP 2514069B2
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汀 安藤
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【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体膜型イオン電極も
提案されている(特表昭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 solid film type ion electrode using a ceramic solid electrolyte as an ion sensitive material has also been proposed (Table 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とされていたた
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.3,1986)。しかし,この種のイオン電極はイオン
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 membrane type ion electrode, there are an ion exchange liquid membrane type electrode and a neutral carrier-containing liquid membrane type electrode, but the liquid membrane 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 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. Furthermore,
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, 1986). However, this type of ion electrode does not have a fully established technique for immobilizing an ion-sensitive substance (solution), and its durability is not sufficient. 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.

イオン選択性セラミックス体と、該イオン選択性セラ
ミックス体の一の面に配設された、イオノフォアを保持
する多孔質イオノフォア溶液表面層と、前記イオン選択
性セラミックス体の、前記多孔質イオノフォア溶液表面
層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、 前記イオン選択性セラミックス体と、前記多孔質イオ
ノフォア溶液表面層と、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。
Ion-selective ceramic body, porous ionophore solution surface layer holding ionophore, which is disposed on one surface of the ion-selective ceramic body, and the porous ionophore solution surface layer of the ion-selective ceramic body An electrode disposed on the surface opposite to the surface, and the ion-selective ceramic body and the porous ionophore solution surface layer have ion conductivity with respect to the same ion. An ion electrode characterized by the above.

[好適な実施態様及び作用] 本発明によるイオン電極のイオン感応体部分は、イオ
ン選択性セラミック体及び多孔質イオノフォア溶液表面
層を有する。イオン選択性セラミックス自体によってイ
オン選択作用を発揮させるためである。又,イオン感応
体全体として熱安定性等の耐久性に優れたものとなる。
特に,このイオン選択性セラミック体の存在によって高
分子支持膜によるイオノフォアの保持力も向上する。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−アリミナな
いしは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Na
1+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/2Ti8-x/2O16及びKxAlxTi8-xO
16(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 0.0
2)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上げら
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。
Preferred Embodiments and Actions The ion-sensitive part of the ion electrode according to the present invention comprises an ion-selective ceramic body and a porous ionophore solution surface layer. This is because the ion-selective ceramics themselves exert an ion-selective action. In addition, the ion sensitive body as a whole has excellent durability such as thermal stability.
In particular, the presence of this ion-selective ceramic body also improves the ionophore retention by the polymer support membrane. Examples of ion-selective ceramics include alkali ion conductors such as lithium ion selectors, sodium ion selectors, potassium ion selectors, and oxygen ion selectors. There are β-alimina or β ″ -alumina (MO ・ 5-11Al 2 O 3 : M is 1A group element such as Na, K, Li, etc.) as an alkali ion selector, especially Na-β-alumina.
It has a high selectivity (k 0.1) for Na + . As the Na + selective compound, Na 5 MSi 4 O 12 (M is a group 1A element) or the following formula Na
1 + x Zr 2 Si x P 3-x O 12 (0 ≦ x ≦ 3)
NASICON (k 0.06) and so on. Examples of K + ion selectors include the following formulas K x Mg x / 2 Ti 8-x / 2 O 16 and K x Al x Ti 8-x O
A compound having a hollandite structure represented by 16 (1.6 ≦ x ≦ 2), such as K-β-Fe 2 O 3 or K-β ″ -Fe 2 O 3 .
K 2 O-Fe 2 O 3 (potassium / ferrite) compounds (k 0.0
2) etc. Examples of the oxygen ion selective substance include zirconia solid solution, that is, stabilized (partially stabilized or completely stabilized) zirconia, thoria or ceria solid solution. The relative density of the ion-selective ceramics is 95% or more, preferably 99% or more, and the average crystal grain size is 10 μm or less, preferably 5 μm or less. This is to maintain the dense high-strength characteristics even when the film is thinned or downsized.

本発明によるイオン電極のイオン感応体部分は、イオ
ン選択性セラミック体及び多孔質イオノフォア溶液表面
層を有する。多孔質イオノフォア溶液表面層とは、イオ
ノフォアを含むイオノフォア溶液が、高分子物質又は多
孔質物質により保持された層のことをいう。イオノフォ
ア成分による高いイオン選択性を有効に利用するためで
ある。特に,同一イオンに対する選択性を示すイオン選
択性セラミックスと組合せることによってイオノフォア
又はセラミックスを単独使用する場合に比して相補的に
イオン選択性向上に寄与することができる。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,ロドプシン,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。イオ
ノフォアはイオノフォア溶液として保持処理に供され
る。溶媒を使用することにより,イオノフォアが多孔質
表面層へ分散及び含浸し易くなる。又,高分子物質を使
用する場合にあっても,その高分子物質への分散及び含
浸が容易となる。この溶媒としては,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−オクチルフェニル)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〜100mg/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/ml〜300mg/mlの範囲にするとよ
い。
The ion sensitive portion of the ion electrode according to the present invention comprises an ion selective ceramic body and a porous ionophore solution surface layer. The porous ionophore solution surface layer means a layer in which an ionophore solution containing an ionophore is held by a polymer substance or a porous substance. This is because the high ion selectivity due to the ionophore component is effectively used. In particular, by combining with an ion-selective ceramic showing selectivity for the same ion, it is possible to complementarily improve the ion selectivity as compared with the case where the ionophore or the ceramic is used alone. 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. Ionophores include natural substances, especially physiologically active substances such as valinomycin,
Monesin, rhodopsin, a mixture of nonactin and monactin, and a synthetic substance such as crown ether may be an acyclic ionophore such as nonylphenoxypolyethanol. Crown ethers are a group of macrocyclic polyethers, including dicyclohexyls, polycyclic cryptands, spherands, uranofils, and pyrophosphates, where O atoms are S, N, P It also includes a modified polyether such as a macrocyclic polysulfide obtained by substituting the same with.
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,
Further, in the case of selectively permeating a common ionic species, two or more ionophore components may be blended and used. The ionophore is subjected to a holding treatment as an ionophore solution. By using the solvent, the ionophore can be easily dispersed and impregnated into the porous surface layer. Further, even when a polymer substance is used, it is easy to disperse and impregnate the polymer substance. This solvent may be an aliphatic hydrocarbon, an aromatic hydrocarbon, an alicyclic hydrocarbon, or a heterocyclic hydrocarbon, as long as it is an organic solvent capable of dissolving the ionophore component, and may be one kind or a mixture of two or more kinds as desired. To use as. 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 solvent as cyclohexane, heterocyclic hydrocarbon as tetrahydrofuran, etc. . Specifically, as the ionophore solution, when the selected ion is sodium ion (Na + ), bis-12-crown-4 (selection coefficient k 1 × 10 -2 ) is used as the ionophore component, and o-dichlorobenzene is used as the solvent. Good to use. 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 ~ It may be in the range of 100 mg / ml, or in the range of 10 mg / ml to 300 mg / ml in the case of a valinomycin / o-dichlorobenzene solution as the K + selective ion sensitizer.

イオン感応体はイオン選択性セラミックスと共に多孔
質イオノフォア溶液表面層を有する。イオノフォアを該
表面層において安定に保持するためである。多孔質表面
層は高分子物質又はセラミックス(基体材料とは異なる
もの)をもって構成してもよいし,又基体材料であるイ
オン選択性セラミックスを多孔質として利用してもよ
い。高分子物質としてはポリ塩化ビニル(PVC)などを
用いるとよい。セラミックスを多孔質表面層材料として
用いる場合,多孔質セラミックスにイオノフォアを直接
保持してもよいし,又高分子物質を介在させてイオノフ
ォアを保持してもよい。イオン選択性セラミックス以外
のセラミックスとしては,耐食性及び耐熱性に優れた材
料を用いるとよい。特に,高分子物質との親和性を考慮
すると,酸化物系セラミックスが好ましく,例えばSi
O2,Al2O3,ZrO2が挙げられる。セラミックスは結晶質
又は非晶質(ガラス質)のいずれであってもよく,結晶
化ガラスでもよい。この多孔質セラミックスは開気孔状
態で存在させるとよい。イオノフォアを安定に含浸保持
させると共に,セラミックスの存在によって選択イオン
の透過が阻害されないようにするためである。基体材料
であるイオン選択性セラミックスによって多孔質表面層
を構成する場合,表面層を多孔質にするとよい。イオノ
フォアを少なくとも表面層において保持できればよいか
らである。尚,基体部分は多孔質特に開気孔にしない方
がよい。内部電極と被測定液とが直に接してしまい,イ
オン選択性が得られなくなるおそれがあるからである。
ここでは,「多孔質」とは,セラミック繊維又は高分子
繊維によって構成される状態をも包含するものとする。
セラミックス(イオン選択性のもの又はそれ以外のも
の)にイオノフォアを直接保持する場合にあっては,イ
オノフォアの保持を良好なものとするために,多孔質表
面層の気孔率及び気孔径を適宜調節するとよい。例え
ば,平均気孔径は1mm以下にするとよい。選択イオンの
透過方向に係る厚さは,イオン感応体について50μm〜
2mm,基体について50μm〜2mm,表面層について10μm〜
1mmにするとよい。耐久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。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がないからである。イオン
感応体の形状は,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 material has a porous ionophore solution surface layer together with ion selective ceramics. This is to keep the ionophore stable in the surface layer. The porous surface layer may be composed of a polymer substance or ceramics (different from the base material), or the ion-selective ceramics which is the base material may be used as a porous material. Polyvinyl chloride (PVC) or the like may be used as the polymer substance. When ceramics is used as the porous surface layer material, the ionophore may be directly held in the porous ceramics, or the ionophore may be held by interposing a polymer substance. As the ceramics other than the ion-selective ceramics, materials having excellent corrosion resistance and heat resistance may be used. In particular, oxide-based ceramics are preferable in consideration of affinity with polymer materials, such as Si
O 2 , Al 2 O 3 , and ZrO 2 are listed. Ceramics may be either crystalline or amorphous (glassy), and may be crystallized glass. This porous ceramic is preferably present in an open pore state. This is because the ionophore is stably impregnated and held, and the permeation of selected ions is not hindered by the presence of ceramics. When the porous surface layer is composed of the ion-selective ceramics which is the base material, the surface layer is preferably made porous. This is because it is sufficient that the ionophore can be retained at least in the surface layer. In addition, it is better not to make the base portion porous, especially open pores. This is because the internal electrodes may come into direct contact with the liquid to be measured, and the ion selectivity may not be obtained.
Here, “porous” also includes a state of being composed of ceramic fibers or polymer fibers.
When the ionophore is directly retained on ceramics (one that is ion-selective or other), the porosity and pore diameter of the porous surface layer should be adjusted as appropriate to ensure good retention of the ionophore. Good to do. For example, the average pore size should be less than 1 mm. The thickness of selected ion permeation direction is 50μm for ion-sensitive material.
2mm, 50μm to 2mm for substrate, 10μm to surface layer
1mm is recommended. This is to maintain high selectivity without lowering durability. If it is less than the lower limit, sufficient selectivity cannot be exhibited, while if it exceeds the upper limit, the selectivity,
Therefore, the measurement accuracy is not so affected. The ion sensitive 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多
孔質表面層(イオノフォアが保持される部分)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。イオン選択
性セラミックスからなる基体(表面層とは反対側)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 porous surface layer (the portion where the ionophore is held) at the tip of the support so as to be in 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. The internal electrodes may be directly bonded to the substrate (on the side opposite to the surface layer) made of ion-selective ceramics. This is to maintain high measurement accuracy and downsize 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基体は,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
焼成する。表面層の形成は各材料の粉末,溶液又はペー
ストを刷毛塗布,浸漬,噴霧等の後焼成するか,又溶射
する等種々の方法が挙げられる。イオノフォアの保持は
所定濃度に調整されるイオノフォア成分及び溶媒を高分
子物質に配合してなるものを多孔質表面層に塗布した
り,又溶液を多孔質表面層に含浸させるとよい。表面層
及びイオノフォアは,段階的に形成,保持する方法の
他,これらを配合してなるペースト等を用いて一括形成
してもよい。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参照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 base made of ion-selective ceramics is fired in a predetermined temperature range, for example, 1250 to 1650 ° C, after the ceramic raw material powder is molded. The surface layer may be formed by various methods such as powder coating, solution or paste of each material, followed by baking, dipping, spraying, etc., or thermal spraying. In order to retain the ionophore, it is preferable to coat the porous surface layer with a mixture of a polymer substance with an ionophore component and a solvent adjusted to a predetermined concentration, or to impregnate the porous surface layer with a solution. The surface layer and the ionophore may be formed and held in a stepwise manner, or may be collectively formed by using a paste or the like prepared by mixing these. 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) 基体の製造 予め用意したナシコン(Na3Zr2Si2PO12)粉末(純度9
9%,42メッシュ以下)を金型プレス成形し,1250℃で2
時間焼成して,ナシコンセラミックスからなるφ10×0.
5mmの円板を得る。
Example 1 (Na + Selective Ion Electrode) (a) Manufacture of Substrate Nasicon (Na 3 Zr 2 Si 2 PO 12 ) Powder (Purity 9
9%, 42 mesh or less) is press-molded in a mold and 2 at 1250 ℃
Φ10 × 0 made of NASICON ceramics after firing for an hour.
Get a 5mm disc.

(b) 表面層の形成及びイオノフォアの保持 ビス(12−クラウン−4)100mg及びポリ塩化ビニル5
00mgをテトラヒドロフラン30mlに溶解してなる溶液を前
記ナシコンセラミックス円板にスピン塗布して,イオ
ン感応体1を得る。
(B) Formation of surface layer and retention of ionophore 100 mg of bis (12-crown-4) and polyvinyl chloride 5
A solution prepared by dissolving 00 mg in 30 ml of tetrahydrofuran is spin-coated on the NASICON ceramic disk to obtain the ion sensitizer 1.

実施例2(Na+選択イオン電極) (a) 基体の製造及び表面層の形成 実施例1の円板の表面に,その基体材料と同じナシ
コン粉末からなるペーストを塗布し,1200℃で2時間焼
成し,表面が多孔質とされた円板を得る。
Example 2 (Na + Selective Ion Electrode) (a) Production of Substrate and Formation of Surface Layer A paste made of the same Nasicon powder as the substrate material was applied to the surface of the disk of Example 1 and the temperature was 1200 ° C. for 2 hours. Baking is performed to obtain a disk having a porous surface.

(b) イオノフォアの保持 ビス(12−クラウン−4)100mgをテトラヒドロフラ
ン20mlに溶解してなる溶液を前記円板に真空含浸さ
せ,イオン感応体2を得る。
(B) Retention of ionophore A solution prepared by dissolving 100 mg of bis (12-crown-4) in 20 ml of tetrahydrofuran is vacuum impregnated into the above disc to obtain an ion sensitizer 2.

実施例3(K+選択イオン電極) 実施例1において,ナシコン粉末に代えてK−β−ア
ルミナ(K2O・5.5Al2O3)粉末(純度99%,60メッシュ以
下)を用い,かつ,ビス(12−クラウン−4)に代えて
バリノマイシンを用い,イオン感応体3を得る。
Example 3 (K + selective ion electrode) In Example 1, K-β-alumina (K 2 O · 5.5Al 2 O 3 ) powder (purity 99%, 60 mesh or less) was used in place of the Nasicon powder, and , Bis (12-crown-4) is replaced with valinomycin to obtain the ion sensitive body 3.

実施例4(K+選択イオン電極) 実施例2において,ナシコン粉末に代えて前記実施例
3と同じK−β−アルミナ粉末を用い,かつ,ビス(12
−クラウン−4)に代えてバリノマイシンを用い,イオ
ン感応体4を得る。
Example 4 (K + Selective Ion Electrode) In Example 2, the same K-β-alumina powder as in Example 3 was used in place of the Nasicon powder, and bis (12
-Using valinomycin instead of crown-4), an ion sensitive body 4 is obtained.

こうして得られたイオン感応体1〜4は夫々下記表の
ような組成となっている。
The ion sensitive bodies 1 to 4 thus obtained each have the composition shown in the following table.

又,得られたイオン感応体の構造を模式的に第1〜3
図に示す。各図において,1は基体,2は表面層,3はイオン
感応体を示す。
In addition, the structure of the obtained ion sensitizer is schematically shown in 1 to 3
Shown in the figure. In each figure, 1 is a substrate, 2 is a surface layer, and 3 is an ion sensitizer.

更に,第4図に示すように,実施例1〜4で得られた
各イオン感応体1〜4の基体表面(イオノフォアを保持
していない側)に銀ペースト(内部電極4)を塗布して
銅リード5に接続した後,テフロン支持体6の先端に取
付けてイオン電極7とする。
Further, as shown in FIG. 4, silver paste (internal electrode 4) was applied to the substrate surface (on the side not holding the ionophore) of each of the ion sensitive bodies 1 to 4 obtained in Examples 1 to 4. After connecting to the copper lead 5, it is attached to the tip of the Teflon support 6 to form the ion electrode 7.

[試験例] 前記実施例1,3に係るイオン電極7を参照電極8と共
にエレクトロメータ(mV)9に接続してイオン活量測定
装置(第5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,イオン電極及び参照
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,比較例として,ナシコン円板のみからなるも
の(Na+イオン電極),K−β−アルミナ円板からなる
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6,7図に示すものであり,第6図はN
a+イオン電極についての結果であり,第7図はK+イオ
ン電極についての結果である。尚,第5図において,10
はマグネチックスターラ,11は撹拌子,そしてAは被測
定液を示す。
[Test Example] The ion electrode 7 according to Examples 1 and 3 was connected to an electrometer (mV) 9 together with a reference electrode 8 to form an ion activity measuring device (Fig. 5). Using this device, NaCl, KCl The potential change for the solution was examined. 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, as comparative examples, a potential change was similarly examined using the one consisting only of NASICON disk (Na + ion electrode) and the one consisting of K-β-alumina disk (K + ion electrode). The results are shown in Figs. 6 and 7, and Fig. 6 shows N
The results are for the a + ion electrode, and FIG. 7 is the results for the K + ion electrode. In addition, in FIG.
Is a magnetic stirrer, 11 is a stirrer, and A is a solution to be measured.

第6,7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1,3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 clear from FIGS. 6 and 7, 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 3 were left at a high temperature of 80 ° C. for 1000 hours, but no abnormality occurred and the initial measurement accuracy was maintained.

又,同一のイオノフォア成分を用いて,単に高分子支
持膜を内部電極表面に被覆してなる前述した被覆型イオ
ン電極と比較した場合,被覆型イオン電極は60℃,5kg/c
m2が限界であるのに対し,本発明に係るイオン電極は70
℃,7kg/cm2でも使用可能であった。
Also, when compared with the above-mentioned coated ion electrode in which the inner electrode surface was simply coated with a polymer supporting film using the same ionophore component, the coated ion electrode was 60 ° C, 5 kg / c.
While m 2 is the limit, the ion electrode of the present invention 70
It could be used at ℃ and 7kg / cm 2 .

尚,実施例2,4に係るイオン電極についても,前記実
施例1,3におけると略同様の結果が得られた。
The ion electrodes according to Examples 2 and 4 also obtained substantially the same results as in Examples 1 and 3.

[効果] 以上の如く本発明によれば,被測定液のイオン活動は
少なくともイオノフォア成分及びイオン選択性セラミッ
クスを透過して検出されるので,特に同じイオンに対す
る選択性を有するイオノフォアとセラミックスとを組合
せることにより,測定対象外のイオン(妨害イオン)の
透過を相補的に防止し,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。又,イ
オン選択性セラミックスとイオノフォア成分との複合化
によって,保持力が向上し,イオノフォア成分を使用し
ているにも拘らずイオン感応体全体として熱安定性等の
耐久性に優れている。即ち,経時変化が少なく,測定電
位の再現性に優れる。特に,イオノフォア成分を使用し
た従来のイオン電極に比してより高温・高圧下でも使用
可能となり,従って使用範囲の拡大に寄与し得る。更
に,一定期間使用後,使用済のイオノフォア成分(及び
高分子物質)を洗浄除去して再度新たに保持せしめるこ
とにより,繰返し使用が容易となり,高精度のイオン活
量の測定を長期間持続させることができる。尚,イオン
選択性セラミックスの存在によって,イオノフォアの保
持処理も簡易である。
[Effect] As described above, according to the present invention, since the ion activity of the liquid to be measured is detected by permeating at least the ionophore component and the ion-selective ceramics, the ionophore and the ceramics having the same ion selectivity are combined. As a result, the non-measurement target ions (interfering ions) are prevented from permeating in a complementary manner, and overall high ion selectivity,
Therefore, it is possible to measure the ion activity with high accuracy. In addition, the composite of the ion-selective ceramic and the ionophore component improves the holding power, and despite the use of the ionophore component, the ion-sensitizer as a whole has excellent durability such as thermal stability. That is, there is little change over time, and the reproducibility of the measured potential is excellent. In particular, compared to conventional ion electrodes that use ionophore components, they can be used at higher temperatures and pressures, thus contributing to the expansion of the range of use. Furthermore, after a certain period of use, the used ionophore component (and polymer substance) is removed by washing and retained again, making it easy to use repeatedly and maintaining highly accurate measurement of ion activity for a long period of time. be able to. Note that the existence of ion-selective ceramics makes the ionophore retention process easy.

従って,本発明はイオノフォア成分及びイオン選択性
セラミックスを有効に利用して,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。
Therefore, according to the present invention, the ionophore component and the ion-selective ceramics can be effectively used to measure the activity of a specific ion in a liquid to be measured stably for a long period with high accuracy. It is useful.

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

第1図は、本発明の実施例1及び実施例3に係るイオン
電極のイオン感応体部分の断面図、 第2図は、本発明によるイオン電極の一例を示すイオン
感応体の断面図であって、イオン選択性セラミック体と
異なる材料の多孔質材を用いて多孔質のイオノフォア溶
液層を形成したもの、第3図は、本発明によるイオン電
極の一例を示すイオン感応体の断面図であって、イオン
選択性セラミック体と同一の材料の多孔質材を用いて多
孔質のイオノフォア溶液層を形成したもの、 第4図は本発明のイオン電極の一例を示す断面図, 第5図は本発明のイオン電極を用いてなるイオン活量測
定装置の例を示す概略図, 第6,7図は実施例1,3及び対応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6図はNa+イオン電極(実施
例1,対応比較例)に係るもの,第7図はK+イオン電極
(実施例3,対応比較例)に係るもの, を夫々示す。 1……基体、2……表面層 2a……イオノフォア、7……イオン電極
FIG. 1 is a sectional view of an ion sensitive portion of an ion electrode according to Examples 1 and 3 of the invention, and FIG. 2 is a sectional view of an ion sensitive body showing an example of the ion electrode according to the invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of an ion sensitive body showing an example of the ion electrode according to the present invention, in which a porous ionophore solution layer is formed using a porous material different from the ion selective ceramic body. A porous ionophore solution layer is formed by using a porous material of the same material as the ion-selective ceramic body. FIG. 4 is a sectional view showing an example of the ion electrode of the present invention, and FIG. Schematic diagram showing an example of an ion activity measuring device using the ion electrode of the invention, FIGS. 6 and 7 show the amounts of NaCl and KCl solution added in the tests using the ion electrodes of Examples 1 and 3 and corresponding comparative examples. 6 is a graph showing a potential change based on FIG. Shows a Na + ion electrode (Example 1, corresponding comparative example), and FIG. 7 shows a K + ion electrode (Example 3, corresponding comparative example). 1 ... Substrate, 2 ... Surface layer 2a ... Ionophore, 7 ... Ion electrode

───────────────────────────────────────────────────── 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 (56)参考文献 特開 昭57−161544(JP,A) 特開 昭61−170645(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of the front page (72) Inventor Hideho Aoki 14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya, Aichi Japan Special Ceramics Co., Ltd. (72) Inventor Junichi Tokumoto 14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Aichi No. 14 Specialized Ceramics Co., Ltd. (72) Inventor, Mr. Ando, No. 14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya, Aichi Prefecture, Japan (56) References JP-A-57-161544 (JP, A) Sho 61-170645 (JP, A)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】イオン選択性セラミックス体と、該イオン
選択性セラミックス体の一の面に配設された、イオノフ
ォアを保持する多孔質イオノフォア溶液表面層と、前記
イオン選択性セラミックス体の、前記多孔質イオノフォ
ア溶液表面層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、 前記イオン選択性セラミックス体と、前記多孔質イオノ
フォア溶液表面層と、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. An ion-selective ceramic body, a surface layer of a porous ionophore solution for holding an ionophore, which is disposed on one surface of the ion-selective ceramic body, and the porous body of the ion-selective ceramic body. An electrode arranged on the surface facing the surface of the ionophore solution surface layer side,
An ion electrode comprising: the ion-selective ceramics body and the porous ionophore solution surface layer having ion conductivity with respect to the same ion.
【請求項2】前記イオン選択性セラミックスが平板状で
あることを特徴とする請求項1に記載のイオン電極。
2. The ion electrode according to claim 1, wherein the ion-selective ceramic has a flat plate shape.
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