JP2748523B2

JP2748523B2 - 水素イオン電極

Info

Publication number: JP2748523B2
Application number: JP1084562A
Authority: JP
Inventors: 聡中嶋; 耕一滝澤; 真人荒井; 英樹遠藤
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1989-04-03
Filing date: 1989-04-03
Publication date: 1998-05-06
Anticipated expiration: 2013-05-06
Also published as: JPH02263150A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野この発明は、水素イオン感応材料として窒化チタンを
用いた水素イオン電極に関する。

（ロ）従来の技術従来、被測定溶液中の水素イオン濃度を電気的に測定
するためには、水素イオン選択性を持つ組成のガラス感
応膜を利用したものが知られている。

（ハ）発明が解決しようとする課題上記従来の水素イオン電極は、測定性能に関しては満
足のいくものであったが、ガラス製の薄膜を用い、また
内部液を使用することから破損しやすく、形状が大きく
なって、測定に多量の試料溶液を必要とする問題点があ
った。

そこで、ガラス感応膜にかわる水素イオン感応材料を
探す努力がはらわれ、白金（Pt）、イリジウム（Ir）、
ルテニウム（Ru）、オスミウム（Os）、タンタル（T
o）、チタン（Ti）、アルミニウム（Al）、シリコン（S
i）、鉄（Fe）等の酸化物やシリコン（Si）の窒化物等
に水素イオン感応性があることがわかってきた。このよ
うな材質を用いて水素イオン電極を構成すればその小形
化を図ることができるが、感度が不足したり、長期的に
変動し、また、光感応性を有していたりして、ガラス感
応膜の場合に比べて測定性能自体は劣っている。

この発明は上記に鑑みなされたもので、測定性能に優
れかつ小形化可能な水素イオン電極の提供を目的として
いる。

（ニ）課題を解決するための手段及び作用上記課題を解決するため、この発明の水素イオン電極
は、電極支持基材上に、試料溶液中の水素イオンに感応
する材料として、窒化チタン膜を形成している。

窒化チタン（TiN）は固体であり、これを電極支持基
材上に成膜しているから、機械的強度に優れ、水素イオ
ン電極が破損に対して強くなり、小形化も図ることがで
きる。また、化学的に安定であり、窒化チタンが試料溶
液に溶出することがなく、長期的な変動が少ない。さら
に、応答速度、再現性、水素イオン選択性も、ガラス感
応膜と比べて劣るものではない。

（ホ）実施例この発明の一実施例を図面に基づいて以下に説明す
る。

第１図（ａ）及び第１図（ｂ）は、それぞれ実施例水
素イオン電極１、１′の断面図を示している。第１図
（ａ）の水素イオン電極１は、絶縁基板（電極支持基
材）２上に、窒化チタン膜３、…、３を並べて形成した
ものである。絶縁基板２としては、セラミック板、合成
樹脂フィルム、ガラス板等が利用できる。窒化チタン膜
３は、スパッタリング、反応性スパッタリング、イオン
プレーティング等の薄膜形成技術により容易に形成する
ことができ、その際ハードマスク等を用いることにより
パターン付けすることができる。

絶縁基板２としてセラミックス板を使用する場合に
は、第１図（ａ）に示すようにスクライブライン2aを予
め設けておけば、窒化チタン膜形成後に容易に分割する
ことができる。また、絶縁基板２として合成樹脂フィル
ムを用いた場合には、はさみ等で容易に分割できる。

一方、第１図（ｂ）に示す水素イオン１′は、導体又
は半導体よりなる支持基材２′の前面に窒化チタン膜
３′を形成したものである。窒化チタン膜３′の形成方
法は、先の水素イオン電極１と同様である。

第２図は、上記水素イオン電極１の使用例を示してい
る。水素イオン電極１は、基準電極４と共に試料溶液５
中に浸漬される。水素イオン電極１と標準電極４はそれ
ぞれリード線6a、6bにより、電位差測定部７に接続され
ている。リード線6aと水素イオン電極１とは接触接続し
ている。

第４図は、以下のの３種類の標準溶液に、
の順番で実施例水素イオン電極１を浸漬した
時の基準電極に対する電位差の時間変化を示している。

pH9.22 0.01M ホウ酸塩標準液 pH6.88 0.025M 中性リン酸塩標準液 pH4.00 0.05M フタル酸塩標準液この第４図より、実施例水素イオン電極１の応答性が
早く、また再現性にも優れていることがわかる。

第３図は、各標準液のpHに対して、水素イオン
電極１の基準電極に対する電位差（mV）をプロットした
ものである。一般的には水素イオン濃度〔H⁺〕はpHで表
現するので、第３図もpHでプロットしており〔H⁺〕とpH
との関係は、以下の式で表される。

pH＝−log₁₀〔H⁺〕 pHと電位差との関係は理論的には25℃で59.1mV/pHと
なるが、第１図では約58mV/pHとなっており理論値に非
常に近い感度を示している。

なお、上記実施例では水素イオン電極は平板状の形状
を示しているが、基材を選択することにより自由な形状
にできる。例えば針状の基材を用いて水素イオン電極を
小形化し、微小部分の測定を可能とする構成としたり、
従来のガラス感応膜を用いた水素イオン電極のガラス感
応膜の部分を窒化チタン膜に代えるなど適宜設計変更可
能である。

（ヘ）発明の効果以上説明したように、この発明の水素イオン電極は、
電極支持基材上に、試料溶液中の水素イオンに感応する
材料として、窒化チタン膜を形成してなるものであり、
機械的強度に優れ破損しにくく、化学的にも安定してお
り耐久性に優れ、長期的変動も少なくできる利点を有
し、小形化も容易である。また、応答速度、感度、再現
性及び選択性も他の水素イオン電極より劣ることはな
く、インピーダンスも低いので、測定回路も簡略化でき
る。さらに、窒化チタンは導体であり、測定回路との接
続が容易であると共に、その厚さによって性能は影響を
受けない。加えて、窒化チタン膜は、スパッタリングや
イオンプレーティング法を適用して形成できるので、大
量生産が容易となる利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、この発明の一実施例に係る水素イオン
電極の断面図、第１図（ｂ）は、同水素イオン電極の変
形例を示す断面図、第２図は、同水素イオン電極の使用
例を説明する図、第３図は、同水素イオン電極のpH/電
位差特性を示す図、第４図は、同水素イオン電極を３種
類の標準溶液に順に浸漬した時の電位差の変化を説明す
る図である。 2:絶縁基材、２′：基材、３・３′：窒化チタン膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者荒井真人京都府京都市右京区花園中御門町３番地株式会社立石ライフサイエンス研究所内 (72)発明者遠藤英樹京都府京都市右京区花園中御門町３番地株式会社立石ライフサイエンス研究所内 (56)参考文献特開平３−162660（ＪＰ，Ａ) 特開平３−140858（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電極支持基材上に、試料溶液中の水素イオ
ンに感応する材料として、窒化チタン膜を形成してなる
水素イオン電極。