JP3464477B2 - ガラス電極およびpH電極 - Google Patents

ガラス電極およびpH電極

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JP3464477B2 JP2003010319A JP2003010319A JP3464477B2 JP 3464477 B2 JP3464477 B2 JP 3464477B2 JP 2003010319 A JP2003010319 A JP 2003010319A JP 2003010319 A JP2003010319 A JP 2003010319A JP 3464477 B2 JP3464477 B2 JP 3464477B2
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恵和 岩本
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    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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    • C03B23/20Uniting glass pieces by fusing without substantial reshaping
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    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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    • C03B23/04Re-forming tubes or rods
    • C03B23/09Reshaping the ends, e.g. as grooves, threads or mouths
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/04Glass compositions containing silica
    • C03C3/076Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はpH測定等に使用さ
れるガラス電極およびpH電極の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】浸漬型のpH電極としては、例えば図4
に示すような、ガラス電極eと比較電極iとをそれぞれ
ガラスチューブで別体に形成したものが公知である。
お、符号bは電極応答部、cは内部電極、dは内部液、
fは液絡部、gは比較電極内極、hは比較電極内部液で
ある。
【0003】
【0004】
【発明が解決しようとする課題】 このような浸漬型のガ
ラス電極においては 、電極応答部bは薄肉(100〜2
00ミクロン)であり、機械的応力により破損しやすい
ため、プロテクターが必要とされ、その取り扱いには細
心の注意が必要とされ、取扱い操作性に難点があった。
また、化学的アタック等に対して耐久力がないという難
点もあった。
【0005】ところで、電極応答部bを厚肉にすると、
インピーダンスが高くなるため、上述のようにできるだ
け薄肉にしなければならなかった。しかし、特にその電
極下端部は、測定や移動の際に、最も障害物に当たりや
すく、そのためビーカの底などに当てて破損することが
あった。
【0006】本発明はこのような実情に鑑みてなされ、
設計の自由度が高く機械的な強度に優れたガラス電極
よびpH電極を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するための手段を以下のように構成している。すなわ
ち、請求項1に記載の発明ではガラス電極において、
部電極と内部液と電極応答部とを有するガラス電極であ
って、前記電極応答部の側面部よりも底部を厚肉にして
あることを特徴としている。
【0008】
【0009】請求項2に記載の発明では、pH電極にお
いて、内部電極と内部液と電極応答部と比較電極と比較
電極内部液と液絡部とを有するpH電極であって、前記
電極応答部の側面部よりも底部を厚肉にしてあることを
特徴としている。
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】他物と当たりやすい底部の肉厚を大とする
ことにより強度が向上し、破損しにくくなる。
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【発明の実施の形態】以下に本発明のガラス電極の実施
形態を詳細に説明する。図1はpH測定用チューブ形ガ
ラス電極(以下チューブ形電極という。)1を製作する
ためのガラス管Gを示し、Dは外径、Lは長さ、tは厚
さを示し、それぞれD=0.1〜50φmm,L=〜M
ax1〜2m,t=0.3〜5mmの範囲の寸法の設定
が可能である。
【0020】これは、金型成形されたガラス管または溶
融ガラスを球状にブローさせたものをリドロー機もしく
は手作業で引き伸ばすことによって得ることができる
が、以下のような成形法によっても得ることができる。
すなわち、試薬混合(SUS製メッシュを通し、調合
量に応じて粒度を調整)、攪拌(SUS製ビーカー内
試薬投入後、調整量に応じてSUS製攪拌棒にて混
合)、白金ルツボに投入(ルツボの容量700ml〜
1.8ml)、1,400°Cで3時間溶融(炉内温
度を1400°Cにしてから原料をルツボに投入、原料
投入後、1時間程度で、脱泡可能)、成型用金型(鉄
製)に溶融ガラスをキャストし、アニール処理(除冷)
する、真空引きにより、金型からガラスチューブを取
り出せば、成形が完了する。
【0021】このような成形法では、原料試薬溶融時に
ボウ硝状の結晶が浮遊分離し、短時間での溶解が不可能
であった。また、浮遊物溶解に5時間以上要し、成型ガ
ラス管にも一部失透傾向(透明の喪失)が見られた。上
述のボウ硝状結晶は硫酸塩と判明、硫酸セシウムから硝
酸セシウムへの変更により、約3時間で試薬の完全溶融
が可能となり、金型へのキャスティングが可能となっ
た。これにより、成形ガラス管の失透傾向は見られなく
なった。
【0022】一方、リドロー機によるリドロー加工で
は、専用ガラス引き装置(垂直方向引き)を用いて、作
業温度(650〜700°C)で引張り加工をおこな
い、アニール処理は不要である。なお、ガラス管の径、
厚みは作業温度、引張り力にて調整する。しかるに、リ
ドロー時におけるガラス表面の失透傾向が高く、最も失
透傾向の低いとされる耐アルカリ用応答ガラス組成にお
いても失透のないガラス管引きは不可能であった。
【0023】このような表面失透の原因は、ガラス表面
におけるアルカリ金属酸化物(Li2 O)の結晶化によ
るものと推定される。その失透傾向は、結晶核の成長速
度と結晶核の数に起因すると考えられ、拡散速度の大き
いイオンが多量に含有すれば、ガラス粘度が低くなり失
透しやすい傾向となる。また、応答ガラスはアルカリ金
属(Li,Cs)を多量に含むため、ガラス粘度は著し
く低く、その低下度の重量%での比較ではLi2 O<N
2 O<K2 Oの順となっている。このようなガラス粘
度の低下はガラスの網目構造を押し広げその構造強度を
低下させる原因ともなる。
【0024】このような失透対策として、基本的成分
以外に性能に影響を与えない微量成分を加え、液相温度
を引き下げる。これには、例えばTiO2 が有効であ
る。作業温度における粘度を引き上げる。そのために
は、ZrO2 ,CaO添加による粘度の増大化(なお、
電気抵抗を低下させる効果もある)とLi2 O量の減少
化(pH電極としての適正範囲は25〜32Mol%)
等がある。フッ酸処理によるガラス表面のエッチング
をおこなう。そのためには、高濃度なHFにて処理をす
る。0.3mm厚程度であれば表面光沢研磨が可能(な
お、ケイフッ酸でも可能)。ただし、電極特性劣化(ガ
ラス膜の変質や不斉電位差の発生等)のおそれがある。
【0025】失透がなく性能特性の良い応答ガラス管を
得るために、微量添加物がガラスへどのような影響を与
えるかについて調査した結果、以下のような事実が判明
した。
【0026】電気特性(膜抵抗)について アルカリ土類金属では、イオン半径が大きい程抵抗値は
高い。すなわち、BaO>Sr>CaO>MgO>Ba
Oの順となっている。また、多量のアルカリイオン添加
により、膜抵抗は低下するが、化学的耐久性も低下す
る。pHガラス組成では、Li2 O,Ta2 3 ,Zr
2 が膜抵抗の低下に大きく寄与するが、Ta2 3
ZrO2 はpH感度を劣化させるので、通常は微量を添
加する(3Mol%以下)。
【0027】アルカリ誤差について アルカリ土類金属では、イオン半径が大きい程アルカリ
誤差は小さい。すなわち、BaO<Sr<CaO<Mg
O<BaOの順となっている。アルカリ誤差を小さくす
るためには、Cs2 Oの添加が有効である。但し、加工
性が低下するので2〜4Mol%が適当である。
【0028】化学的耐久性について 耐水性を向上させるためには、La2 3 , TiO2
非常に有効である。但し、La2 3 は4Mol/L以
上では比抵抗が高くなる。なお、Ta2 3 >ZrO2
>La2 3 >TiO3 >ZnO>MgO>PbO>C
aO>BaOの順に耐水性の向上に効果がある。但し、
Ta2 3 ,ZnO3 は電極としての性能が劣化する。
耐酸性を向上させるためには、Ta2 3 >ZrO2
Al2 3 >ZnO>CaO>TiO3 >PbO>Mg
O>BaOの順に効果がある。また、耐アルカリ性を向
上させるには、La2 3 ,ZrO2 は非常に有効であ
り、弱アルカリでは、Al2 3 ,TiO3 ,ZnOが
有効、BaO,PbO,MgOは弱アルカリでも効果な
し。
【0029】以上の知見から、失透傾向の低い耐アルカ
リガラスの組成をベースとして、Li2 Oを減少させ、
抵抗値の増加分を電極性能を劣化させない範囲でZrO
2 等を添加して補うようにして、例えば以下の組成で、
好ましい性能特性を有するpH応答ガラス管(チューブ
形電極)を得ることができた。すなわち、重量%で、S
iO2 49.48%,LiO2 10.55%,Cs2
7.37%,BaO4.0%,Ta2 5 11.55
%,ZrO2 0〜1.27%,La2 3 17.04%
であった。
【0030】図2は上述した組成のガラスで形成した厚
肉チューブ電極1の一例を示し、この場合、従来のブロ
ー加工による応答膜の代りに内管2と外管3とよりなる
二重ガラス管4の端部同士を焼き丸め、電極応答部分5
を形成している。なお、符号6は内部電極、7は内部
液、8は比較電極、9は比較電極内部液、10は液絡
、Bは底部である。
【0031】この場合、電極応答部分5の接液面積が大
となるため、厚肉に形成してもインピーダンスを低く抑
えることができ、堅牢化と共に小型化も可能となる。従
って、割れにくくなり、特にプロテクターは必要とせ
ず、取扱い操作性が従来より著しく向上し、例えば攪拌
棒としても使用することができる。特に、電極応答部5
の側面部よりも他物と当たりやすく最も強度の必要とさ
れる底部を厚肉にすることによって割れにくくすること
ができる(図3参照)。その場合でもその側面応答部の
面積が広いのでインピーダンスが高くなることはない。
なお、ガラスの組成は前実施形態のものに特定されるの
ではなく、その他の組成であってもよいことはいうまで
もない。
【0032】
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1に記載の
発明では、内部電極と内部液と電極応答部とを有するガ
ラス電極において、前記電極応答部の側面部よりも底部
を厚肉にしてあることにより、他物と当たりやすい底部
の強度が向上し、破損しにくくなる。
【0034】請求項2に記載の発明では、内部電極と内
部液と電極応答部と比較電極と比較電極内部液と液絡部
とを有するpH電極において、前記電極応答部の側面部
よりも底部を厚肉にしてあるので、他物と当たりやすい
底部の強度が向上し、破損しにくくなる。
【0035】
【0036】
【0037】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のチューブ状のガラス電極の素材を示す
斜視図である。
【図2】同ガラス電極を示す要部断面図である。
【図3】同電極応答部の要部拡大図である。
【図4】従来の浸漬型pH電極の一例を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1…ガラス電極、2…内管、3…外管、4…二重ガラス
管、5…電極応答部、6…内部電極、7…内部液、8…
比較電極、9…比較電極内部液、10…液絡部、B…底
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/26 - 27/49 C03B 23/09 C03C 3/097 G01N 27/403

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部電極と内部液と電極応答部とを有す
    るガラス電極であって、前記電極応答部の側面部よりも
    底部を厚肉にしてあることを特徴とするガラス電極。
  2. 【請求項2】 内部電極と内部液と電極応答部と比較電
    極と比較電極内部液と液絡部とを有するpH電極であっ
    て、前記電極応答部の側面部よりも底部を厚肉にしてあ
    ることを特徴とするpH電極。
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WO2021241031A1 (ja) * 2020-05-29 2021-12-02 株式会社堀場アドバンスドテクノ 測定装置及びガラス応答膜の交換時期判断方法

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