JP7229520B2 - Oxygen electrode and measuring device - Google Patents

Oxygen electrode and measuring device Download PDF

Info

Publication number
JP7229520B2
JP7229520B2 JP2019034834A JP2019034834A JP7229520B2 JP 7229520 B2 JP7229520 B2 JP 7229520B2 JP 2019034834 A JP2019034834 A JP 2019034834A JP 2019034834 A JP2019034834 A JP 2019034834A JP 7229520 B2 JP7229520 B2 JP 7229520B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sheet member
anode
oxygen
cathode
oxygen electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019034834A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020139818A (en
Inventor
博章 鈴木
善浩 朴
達也 佐藤
安汝 薛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Tsukuba NUC
Original Assignee
University of Tsukuba NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Tsukuba NUC filed Critical University of Tsukuba NUC
Priority to JP2019034834A priority Critical patent/JP7229520B2/en
Publication of JP2020139818A publication Critical patent/JP2020139818A/en
Priority to JP2023017895A priority patent/JP7464315B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7229520B2 publication Critical patent/JP7229520B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

本発明は、酸素電極及び測定装置に関する。 The present invention relates to oxygen electrodes and measuring devices.

従来、液体中の溶存酸素濃度を測定するために用いられる酸素電極が知られている(例えば、特許文献1参照)。この酸素電極では、電解質に接触しているカソードとアノードとの間に電圧を印加すると、電解質を介して溶存酸素濃度に応じた電流が流れるため、溶存酸素濃度を測定することができる。 2. Description of the Related Art Conventionally, an oxygen electrode used for measuring dissolved oxygen concentration in a liquid is known (see, for example, Patent Document 1). In this oxygen electrode, when a voltage is applied between the cathode and anode that are in contact with the electrolyte, a current corresponding to the dissolved oxygen concentration flows through the electrolyte, so the dissolved oxygen concentration can be measured.

ところで、特許文献1の酸素電極は、製造時に電解質の水分を蒸発させるため、電解質に水分がない状態となり、溶存酸素濃度の測定を行うことができない状態となっている。そのため、この酸素電極を機能させるために、常温の水中に一晩以上浸漬する等の方法により、酸素透過膜を介して電解質に水分を供給して、電解質を活性化させている。 By the way, the oxygen electrode of Patent Document 1 evaporates the water in the electrolyte during manufacturing, so that the electrolyte is in a state where there is no water, and the dissolved oxygen concentration cannot be measured. Therefore, in order to make the oxygen electrode function, the electrolyte is activated by supplying moisture to the electrolyte through the oxygen-permeable membrane by, for example, immersing it in water at room temperature overnight.

特開平10-78407号公報JP-A-10-78407

しかしながら、特許文献1の酸素電極では、電解質を活性化させた後、電解質中の水分の少なくとも一部が蒸発することにより、印加した電圧に対する応答が安定しないという課題があった。 However, the oxygen electrode of Patent Literature 1 has a problem that the response to the applied voltage is unstable due to evaporation of at least part of the moisture in the electrolyte after the activation of the electrolyte.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、印加した電圧に対する応答が安定している酸素電極及び測定装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an oxygen electrode and a measuring device that have a stable response to an applied voltage.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る酸素電極は、基板上に形成されているカソードと、前記基板上に形成されているアノードと、前記カソード及び前記アノードの少なくとも一部の上に載置されており、塩化カリウム(KCl)からなる電解質、トリス塩酸(Tris-HCl)からなる緩衝成分、保湿剤、及びポリビニルピロリドンが含浸している紙からなるシート部材と、前記シート部材と略同じ厚さであり、前記シート部材の縁を囲むように配置されているスペーサと、前記シート部材及び前記スペーサを覆う酸素透過膜と、を備えることを特徴とする。 To solve the above problems and achieve the object, an oxygen electrode according to one aspect of the present invention comprises a cathode formed on a substrate, an anode formed on the substrate, the cathode and the A sheet of paper placed over at least a portion of the anode and impregnated with an electrolyte consisting of potassium chloride (KCl), a buffer component consisting of Tris-HCl, a humectant, and polyvinylpyrrolidone. a member, a spacer having substantially the same thickness as the sheet member and disposed so as to surround an edge of the sheet member, and an oxygen-permeable membrane covering the sheet member and the spacer. .

また、本発明の一態様に係る酸素電極は、前記保湿剤は、スクロース、グルコース、又はソルビトールのうち少なくともいずれか1つを含むことを特徴とする。 Further, the oxygen electrode according to one aspect of the present invention is characterized in that the humectant contains at least one of sucrose, glucose, and sorbitol.

また、本発明の一態様に係る測定装置は、酸素電極と、前記酸素透過膜上に載置されており、サンプルを注入可能なサンプル注入部と、を備えることを特徴とする。 Further, a measuring device according to an aspect of the present invention is characterized by comprising an oxygen electrode and a sample injection part placed on the oxygen permeable membrane and capable of injecting a sample.

また、本発明の一態様に係る測定装置は、前記カソードと前記アノードとの組が複数組形成されていることを特徴とする。 Moreover, the measuring device according to one aspect of the present invention is characterized in that a plurality of sets of the cathode and the anode are formed.

本発明によれば、印加した電圧に対する応答が安定している酸素電極及び測定装置を実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the oxygen electrode and measuring device which are stable in the response with respect to the applied voltage can be implement|achieved.

図1は、本発明の実施の形態に係る酸素電極の構成を示す分解斜視図である。FIG. 1 is an exploded perspective view showing the configuration of an oxygen electrode according to an embodiment of the invention. 図2は、図1に示す酸素電極のA矢視図である。FIG. 2 is an A arrow view of the oxygen electrode shown in FIG. 図3は、図2のB-B線に対応する断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view corresponding to line BB of FIG. 図4は、水中に浸漬する時間を変化させた場合における電流の時間変化を表す図である。FIG. 4 is a diagram showing changes in current over time when the time for immersion in water is changed. 図5は、電極間に印加する電位を変化させた場合における電流の時間変化を表す図である。FIG. 5 is a diagram showing changes in current over time when the potential applied between the electrodes is changed. 図6は、保湿剤を含む場合と含まない場合とにおける電流の時間変化を表す図である。FIG. 6 is a diagram showing changes in current over time with and without a moisturizing agent. 図7は、変形例に係る酸素電極の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of an oxygen electrode according to a modification.

本発明を実施するための形態(実施の形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施の形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。 Modes (embodiments) for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the contents described in the following embodiments. In addition, the components described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. Furthermore, the components described below can be combined as appropriate.

また、図面の記載において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。 Moreover, in the description of the drawings, the same or corresponding elements are given the same reference numerals as appropriate. Also, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship of dimensions of each element, the ratio of each element, and the like may differ from reality. Even between the drawings, there are cases where portions with different dimensional relationships and ratios are included.

(実施の形態)
〔酸素電極の構成〕
図1は、本発明の実施の形態に係る酸素電極の構成を示す分解斜視図である。図2は、図1に示す酸素電極のA矢視図である。図3は、図2のB-B線に対応する断面図である。図1~3に示すように、本実施の形態に係る酸素電極1は、基板2と、カソード3と、配線4と、電極パッド5と、アノード6と、配線7と、電極パッド8と、絶縁層9と、シート部材10と、酸素透過膜11と、を備える。
(Embodiment)
[Structure of oxygen electrode]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing the configuration of an oxygen electrode according to an embodiment of the invention. FIG. 2 is an A arrow view of the oxygen electrode shown in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view corresponding to line BB of FIG. As shown in FIGS. 1 to 3, the oxygen electrode 1 according to this embodiment includes a substrate 2, a cathode 3, a wiring 4, an electrode pad 5, an anode 6, a wiring 7, an electrode pad 8, It has an insulating layer 9 , a sheet member 10 and an oxygen permeable film 11 .

基板2は、ガラスからなる平板状の基板である。 The substrate 2 is a flat substrate made of glass.

カソード3は、基板2上に形成されており、例えば円形をなすが、形状は特に限定されない。カソード3は、白金(Pt)からなるが、金(Au)、銀(Ag)であってもよい。 The cathode 3 is formed on the substrate 2 and has, for example, a circular shape, but the shape is not particularly limited. The cathode 3 is made of platinum (Pt), but may be gold (Au) or silver (Ag).

配線4は、カソード3と電極パッド5とを電気的に接続する。 The wiring 4 electrically connects the cathode 3 and the electrode pad 5 .

電極パッド5は、外部と電気的に接続される。電極パッド5は、例えばカソード3とアノード6との間に電圧を印加する際に用いられる。 The electrode pads 5 are electrically connected to the outside. The electrode pad 5 is used when applying a voltage between the cathode 3 and the anode 6, for example.

アノード6は、基板2上に形成されており、カソード3を中心とする同心円状に配置されているが、形状は特に限定されない。アノード6は、銀(Ag)からなるが、鉛(Pb)であってもよい。また、アノード6が銀である場合、電流を流すと電解質中の塩素イオンがアノード6と反応して塩化銀(AgCl)が形成される。 The anode 6 is formed on the substrate 2 and arranged concentrically around the cathode 3, but the shape is not particularly limited. The anode 6 is made of silver (Ag), but may be lead (Pb). Also, when the anode 6 is silver, when an electric current is applied, chloride ions in the electrolyte react with the anode 6 to form silver chloride (AgCl).

配線7は、アノード6と電極パッド8とを電気的に接続する。 The wiring 7 electrically connects the anode 6 and the electrode pad 8 .

電極パッド8は、外部と電気的に接続される。電極パッド8は、例えばカソード3とアノード6との間に電圧を印加する際に用いられる。 The electrode pads 8 are electrically connected to the outside. The electrode pad 8 is used when applying a voltage between the cathode 3 and the anode 6, for example.

絶縁層9は、カソード3、アノード6、電極パッド5,8の部分が露出し、配線4、7を含むそれ以外の部分を覆えばよいが、カソード3、アノード6の端部をわずかに覆ってもよい。また、アノード6の大部分をこの絶縁層9で被覆し、カソード3側の端部だけを一部露出させると、速やかに塩化銀を形成して電流値を安定化させ、しかも長寿命化を両立させることができる。絶縁層9は、例えばポリイミドからなるが、絶縁性を有する材料であればよい。 The insulating layer 9 exposes the cathode 3 , the anode 6 and the electrode pads 5 and 8 , and covers the other portions including the wirings 4 and 7 . may In addition, when most of the anode 6 is covered with the insulating layer 9 and only the end portion on the cathode 3 side is partially exposed, silver chloride is quickly formed to stabilize the current value and to extend the service life. can be made compatible. The insulating layer 9 is made of, for example, polyimide, but any material having insulating properties may be used.

シート部材10(電解質層)は、カソード3及びアノード6の上に配置されており、電解質及び保湿剤を含む。具体的には、シート部材10は、カソード3及びアノード6の少なくとも一部の上に載置されている紙である。シート部材10がカソード3及びアノード6の双方に接していることにより、カソード3とアノード6との間に電圧を印加すると溶存酸素濃度等の条件に応じて電流が流れる。なお、電解質層として、電解質及び保湿剤を含む液体を酸素透過膜11の下層に注入してもよい。また、電解質層として、電解質及び保湿剤を含むペーストをカソード3及びアノード6上に塗布してもよい。電解質層が保湿剤を含むことにより、電解質層からの水分の蒸発が抑制され、酸素電極1の応答が安定する。 A sheet member 10 (electrolyte layer) is placed on the cathode 3 and the anode 6 and contains an electrolyte and a humectant. Specifically, the sheet member 10 is paper placed on at least part of the cathode 3 and the anode 6 . Since the sheet member 10 is in contact with both the cathode 3 and the anode 6, when a voltage is applied between the cathode 3 and the anode 6, current flows according to the conditions such as dissolved oxygen concentration. As the electrolyte layer, a liquid containing an electrolyte and a moisturizing agent may be injected into the lower layer of the oxygen permeable membrane 11 . Also, as an electrolyte layer, a paste containing an electrolyte and a moisturizing agent may be applied on the cathode 3 and the anode 6 . Since the electrolyte layer contains a humectant, evaporation of water from the electrolyte layer is suppressed, and the response of the oxygen electrode 1 is stabilized.

シート部材10は、例えば直径7.0mmの円形をなし、厚さが20μmの紙である。シート部材10は、厚さが均一で電解質及び保湿剤を含む液体を含浸可能な材料であればよく、布や不織布を用いてもよい。シート部材10の厚さが均一であることにより、均質な電解質層が形成されるため、酸素電極1の応答が安定する。さらに、シート部材10を用いることにより、機械的な強度も向上するため、酸素電極1の応答が安定する。シート部材10の厚さは、材料に応じて適切な厚さを選択することができるが、例えば10μm~数100μmであり、十分な強度を有する厚さであればよい。シート部材10の形状は、カソード3及びアノード6の形状に応じて変更することができ、少なくとも一部がカソード3及びアノード6に接する形状であればよい。 The sheet member 10 is, for example, paper having a circular shape with a diameter of 7.0 mm and a thickness of 20 μm. The sheet member 10 may be made of a material that has a uniform thickness and can be impregnated with a liquid containing an electrolyte and a moisturizing agent, such as cloth or non-woven fabric. Since a homogeneous electrolyte layer is formed by the uniform thickness of the sheet member 10, the response of the oxygen electrode 1 is stabilized. Furthermore, the mechanical strength is improved by using the sheet member 10, so that the response of the oxygen electrode 1 is stabilized. The thickness of the sheet member 10 can be appropriately selected depending on the material, and is, for example, 10 μm to several hundred μm, and may be any thickness that provides sufficient strength. The shape of the sheet member 10 can be changed according to the shapes of the cathode 3 and the anode 6, and it is sufficient that at least a portion of the sheet member 10 is in contact with the cathode 3 and the anode 6. FIG.

シート部材10は、電解質としての2.0MのKClと、PHを調整する緩衝成分としての2.0MのTris-HClと、保湿剤としての5.0wt%のソルビトールと、基板2への接着剤としての4.0wt%のポリビニルピロリドンと、を含む溶液に紙を浸漬することにより、これらの成分を含浸している。紙であるシート部材10をこの溶液に浸漬することにより、シート部材10に電解質が均一に染み込むため酸素電極1の応答が安定する。保湿剤は、スクロースに限られず、例えばグルコース、又はソルビトール等であってもよい。電解質、緩衝成分、接着剤も一例であり、適宜材料、分量を変更することができる。 The sheet member 10 contains 2.0 M KCl as an electrolyte, 2.0 M Tris-HCl as a buffer component for adjusting pH, 5.0 wt % sorbitol as a moisturizing agent, and an adhesive to the substrate 2. These components are impregnated by soaking the paper in a solution containing 4.0 wt % polyvinylpyrrolidone as the By immersing the sheet member 10 of paper in this solution, the sheet member 10 is uniformly impregnated with the electrolyte, so that the response of the oxygen electrode 1 is stabilized. Moisturizers are not limited to sucrose, and may be, for example, glucose or sorbitol. Electrolytes, buffer components, and adhesives are also examples, and materials and amounts can be changed as appropriate.

酸素透過膜11は、シート部材10を覆うように形成されている。酸素透過膜11は、例えばシリコーンからなる。 The oxygen permeable film 11 is formed so as to cover the sheet member 10 . The oxygen permeable membrane 11 is made of silicone, for example.

〔酸素電極の製造方法〕
次に、酸素電極1の製造方法を説明する。
[Method for producing oxygen electrode]
Next, a method for manufacturing the oxygen electrode 1 will be described.

1.基板の洗浄
始めに、基板2であるガラス基板を洗浄する。具体的には、基板2を25wt%のアンモニア水と、30wt%の過酸化水素水と、純水とを、1:1:4の割合で混合し、沸騰させた水溶液中に5分間浸漬させる。その後、基板2を沸騰させた純水へ5分間浸漬させて濯ぐ。さらに、基板2を別の沸騰純水中に5分間浸漬させて濯ぎ、自然乾燥させる。
1. Cleaning of Substrate First, the glass substrate, which is the substrate 2, is cleaned. Specifically, the substrate 2 is immersed in a boiling aqueous solution of 25 wt % ammonia water, 30 wt % hydrogen peroxide water, and pure water at a ratio of 1:1:4 for 5 minutes. . Thereafter, the substrate 2 is immersed in boiling pure water for 5 minutes and rinsed. Further, the substrate 2 is immersed in another boiling pure water for 5 minutes, rinsed, and dried naturally.

2.カソードの形成
続いて、カソード3として白金電極を形成する。まず、洗浄した基板2上にポジ型フォトレジストを500rpmで5秒間、2000rpmで10秒間のスピンコートにより形成する。その後、80℃のドライオーブン中で30分間ベークする。そして、15分以上暗所にて自然冷却させる。
2. Formation of Cathode Subsequently, a platinum electrode is formed as the cathode 3 . First, a positive photoresist is formed on the washed substrate 2 by spin coating at 500 rpm for 5 seconds and 2000 rpm for 10 seconds. After that, it is baked in a dry oven at 80° C. for 30 minutes. Then, it is allowed to cool naturally in a dark place for 15 minutes or more.

マスクを用いて、マスクアライナーのG線(波長436nm)にて露光を40秒間行う。その後、30℃のトルエンに40秒間浸し、80℃のドライオーブン中で15分間ベークし、15分以上暗所にて自然冷却させる。その後、現像液を用いて60秒間現像(撹拌あり)を行い、蒸留水で濯ぎ、窒素ガスで乾燥させる。 Using a mask, exposure is performed for 40 seconds with G line (wavelength 436 nm) of a mask aligner. After that, it is immersed in toluene at 30° C. for 40 seconds, baked in a dry oven at 80° C. for 15 minutes, and allowed to cool naturally in a dark place for 15 minutes or longer. After that, it is developed with a developer for 60 seconds (with stirring), rinsed with distilled water, and dried with nitrogen gas.

スパッタ装置により、出力200W、アルゴン雰囲気約0.55Paにおいてドライエッチングを5分間行った後、出力100W、アルゴン雰囲気約0.35Paにおいて白金層の密着層となるクロムを5分間(約30nm)スパッタする。続いて、出力100W、アルゴン雰囲気約0.35Paにおいて白金を15分間で2回、計30分(約300nm)スパッタする。 After performing dry etching for 5 minutes at an output of 200 W and an argon atmosphere of about 0.55 Pa using a sputtering apparatus, chromium, which will be an adhesion layer of the platinum layer, is sputtered for 5 minutes (about 30 nm) at an output of 100 W and an argon atmosphere of about 0.35 Pa. . Subsequently, platinum is sputtered twice for 15 minutes at an output of 100 W and an argon atmosphere of about 0.35 Pa for a total of 30 minutes (about 300 nm).

その後、白金がスパッタされた基板2をアセトンに1時間浸ける。さらに、綿棒を用いて白金層以外の不要な部分を剥離させる。そして、蒸留水で濯ぎ、窒素ガスで乾燥させることによりカソード3が形成される。 After that, the substrate 2 on which platinum has been sputtered is immersed in acetone for one hour. Furthermore, unnecessary portions other than the platinum layer are peeled off using a cotton swab. The cathode 3 is then formed by rinsing with distilled water and drying with nitrogen gas.

3.アノードの形成
続いて、アノード6として銀電極を形成する。まず、洗浄した基板2上にポジ型フォトレジストを500rpmで5秒間、2000rpmで10秒間のスピンコートにより形成する。その後、80℃のドライオーブン中で30分間ベークする。そして、15分以上暗所にて自然冷却させる。
3. Formation of Anode Subsequently, a silver electrode is formed as the anode 6 . First, a positive photoresist is formed on the washed substrate 2 by spin coating at 500 rpm for 5 seconds and 2000 rpm for 10 seconds. After that, it is baked in a dry oven at 80° C. for 30 minutes. Then, it is allowed to cool naturally in a dark place for 15 minutes or more.

マスクを用いて、マスクアライナーのG線(波長436nm)にて露光を40秒間行う。その後、30℃のトルエンに40秒間浸し、80℃のドライオーブン中で15分間ベークし、15分以上暗所にて自然冷却させる。その後、現像液を用いて60秒間現像(撹拌あり)を行い、蒸留水で濯ぎ、窒素ガスで乾燥させる。 Using a mask, exposure is performed for 40 seconds with G line (wavelength 436 nm) of a mask aligner. After that, it is immersed in toluene at 30° C. for 40 seconds, baked in a dry oven at 80° C. for 15 minutes, and allowed to cool naturally in a dark place for 15 minutes or more. After that, it is developed with a developer for 60 seconds (with stirring), rinsed with distilled water, and dried with nitrogen gas.

スパッタ装置により、出力200W、アルゴン雰囲気約0.55Paにおいてドライエッチングを5分間行った後、出力100W、アルゴン雰囲気約0.35Paにおいて銀を15分間で2回、計30分(約550nm)スパッタする。 After performing dry etching for 5 minutes with a sputtering apparatus at an output of 200 W and an argon atmosphere of about 0.55 Pa, silver is sputtered twice for 15 minutes at an output of 100 W and an argon atmosphere of about 0.35 Pa for a total of 30 minutes (about 550 nm). .

その後、白金、銀がスパッタされた基板2をアセトンに1時間浸ける、さらに、綿棒を用いて銀以外の不要な部分を剥離させる。そして、蒸留水で濯ぎ、窒素ガスで乾燥させることによりアノード6が形成される。 Thereafter, the substrate 2 on which platinum and silver have been sputtered is immersed in acetone for 1 hour, and a cotton swab is used to remove unnecessary portions other than the silver. The anode 6 is then formed by rinsing with distilled water and drying with nitrogen gas.

4.絶縁層の形成
続いて、絶縁層9としてポリイミド層を形成する。まず、基板2上にポリイミドプレポリマーを500rpmで10秒間、2000rpmで5秒間のスピンコートにより形成する。その後、80℃のドライオーブン中で30分間ベークする。
4. Formation of Insulating Layer Subsequently, a polyimide layer is formed as the insulating layer 9 . First, a polyimide prepolymer is formed on the substrate 2 by spin coating at 500 rpm for 10 seconds and 2000 rpm for 5 seconds. After that, it is baked in a dry oven at 80° C. for 30 minutes.

ポリイミド層を形成した基板2上にポジ型フォトレジストを500rpmで5秒間、2000rpmで10秒間のスピンコートにより形成する。その後、80℃のドライオーブン中で30分間ベークする。 A positive photoresist is formed on the substrate 2 on which the polyimide layer is formed by spin coating at 500 rpm for 5 seconds and 2000 rpm for 10 seconds. After that, it is baked in a dry oven at 80° C. for 30 minutes.

ベーク後、暗所で10分間程度冷却した後、マスクを用いて、マスクアライナーのG線にて露光を40秒間行う。 After baking, the substrate is cooled in a dark place for about 10 minutes, and then exposed to the G line of a mask aligner for 40 seconds using a mask.

露光後の基板2を現像液に120秒間浸漬(撹拌あり、3回転/秒程度、現像液の温度を25℃程度に調整)し、その直後に超音波洗浄機にて10秒間洗浄を行う。その後、蒸留水で表面を濯ぎ、顕微鏡で穴の大きさ等を確認する。 After the exposure, the substrate 2 is immersed in the developer for 120 seconds (with stirring, about 3 rotations/second, and the temperature of the developer is adjusted to about 25° C.), and immediately after that, it is cleaned with an ultrasonic cleaner for 10 seconds. After that, the surface is rinsed with distilled water, and the size of the hole, etc. are confirmed with a microscope.

エタノールに基板2を浸漬し、5分間撹拌してレジスト層を取り除く。その後、エタノールで濯ぎ、窒素ガスで乾燥させたる。そして、ホットプレート上にて150℃で15分間、250℃で15分間、280℃で30分間加熱することで、ポリイミドを変性させ、絶縁層9が形成される。なお、加熱中は光を遮断する。 The substrate 2 is immersed in ethanol and stirred for 5 minutes to remove the resist layer. It is then rinsed with ethanol and dried with nitrogen gas. Then, by heating on a hot plate at 150° C. for 15 minutes, 250° C. for 15 minutes, and 280° C. for 30 minutes, the polyimide is denatured and the insulating layer 9 is formed. Light is blocked during heating.

5.シート部材の形成
続いて、シート部材10を形成する。まず、2.0MのKCl、2.0MのTris-HCl、5.0wt%のソルビトール、4.0wt%のポリビニルピロリドンを含む溶液を作製する。そして、この溶液を、直径7.0mmの円形に切断された厚さ20μmの紙に染み込ませる。さらに、この紙をカソード3及びアノード6の上に載置し、自然乾燥させることによりシート部材10が形成される。
5. Formation of Sheet Member Subsequently, the sheet member 10 is formed. First, a solution containing 2.0 M KCl, 2.0 M Tris-HCl, 5.0 wt % sorbitol, and 4.0 wt % polyvinylpyrrolidone is prepared. The solution is then impregnated into a 20 μm thick paper cut into a circle with a diameter of 7.0 mm. Further, the sheet member 10 is formed by placing this paper on the cathode 3 and the anode 6 and drying it naturally.

6.酸素透過膜の形成
続いて、酸素透過膜11を形成する。具体的には、1500rpmで10秒間、シリコーンをスピンコートすることにより、酸素透過膜11を形成する。
6. Formation of Oxygen Permeable Film Subsequently, the oxygen permeable film 11 is formed. Specifically, the oxygen permeable film 11 is formed by spin-coating silicone at 1500 rpm for 10 seconds.

〔酸素電極の電解質の活性化〕
次に、酸素電極1の電解質を活性化させるために水中に浸漬する時間について説明する。酸素透過膜11は、気体しか通さないため、酸素電極1を水中に浸漬すると、水蒸気が酸素透過膜11を通り、シート部材10に水分が供給され、電解質が活性化する。酸素電極1を、水中に29時間、24時間、5時間浸漬した後、カソード3とアノード6との間に-0.8Vの電圧を印加し、電流の時間変化を測定した。
[Activation of Electrolyte of Oxygen Electrode]
Next, the time for immersion in water for activating the electrolyte of the oxygen electrode 1 will be described. Since the oxygen permeable membrane 11 allows only gas to pass therethrough, when the oxygen electrode 1 is immersed in water, water vapor passes through the oxygen permeable membrane 11 and water is supplied to the sheet member 10 to activate the electrolyte. After the oxygen electrode 1 was immersed in water for 29 hours, 24 hours, and 5 hours, a voltage of −0.8 V was applied between the cathode 3 and the anode 6, and changes in current over time were measured.

図4は、水中に浸漬する時間を変化させた場合における電流の時間変化を表す図である。図4の縦軸は電流、横軸は時間を表す。そして、線L1は浸漬時間が29時間、線L2は浸漬時間が24時間、線L3は浸漬時間が5時間の場合の測定結果である。図4に示すように、水中に浸漬する時間が長いほど、印加した電圧に対して発生する電力が大きい。また、時間ゼロの時点で、酸素電極1を水中から取り出し、脱酸素剤であれる亜硫酸ナトリウム(NaSO)を作用させた。そして、時間がゼロから経過し、脱酸素剤により溶存酸素濃度が低下するとともに、電流が減少していることから、酸素電極1には、溶存酸素濃度に応じた電流が流れることが示された。 FIG. 4 is a diagram showing changes in current over time when the time for immersion in water is changed. The vertical axis in FIG. 4 represents current, and the horizontal axis represents time. The line L1 is the measurement result when the immersion time is 29 hours, the line L2 is the measurement result when the immersion time is 24 hours, and the line L3 is the measurement result when the immersion time is 5 hours. As shown in FIG. 4, the longer the immersion time in water, the greater the power generated with respect to the applied voltage. At time zero, the oxygen electrode 1 was taken out of the water, and sodium sulfite (Na 2 SO 3 ), which is an oxygen scavenger, was applied. Then, as the time passed from zero, the dissolved oxygen concentration decreased due to the oxygen scavenger, and the current also decreased. .

以上から酸素電極1を水中に浸潤する時間が長いほど、印加した電圧に対する応答がよくなることが示された。ただし、酸素電極1を水中に長時間浸漬し続けると、シート部材10が破損する場合があるため、水中に浸漬する時間は24時間程度が適切である。酸素電極1を水中に24時間程度浸漬すると、シート部材10が含浸する電解質が十分活性化し、酸素電極1が機能する状態となる。 From the above, it was shown that the longer the oxygen electrode 1 is immersed in water, the better the response to the applied voltage. However, if the oxygen electrode 1 is kept immersed in water for a long time, the sheet member 10 may be damaged. When the oxygen electrode 1 is immersed in water for about 24 hours, the electrolyte with which the sheet member 10 is impregnated is sufficiently activated, and the oxygen electrode 1 is ready to function.

〔酸素電極に印加する電圧〕
次に、酸素電極1のカソード3とアノード6との間に印加する電圧について説明する。カソード3とアノード6との間に-0.7V、-0.8V、-0.9Vの電圧を印加し、電流の時間変化を測定した。
[Voltage applied to oxygen electrode]
Next, the voltage applied between the cathode 3 and the anode 6 of the oxygen electrode 1 will be explained. Voltages of −0.7 V, −0.8 V, and −0.9 V were applied between the cathode 3 and the anode 6, and changes in current over time were measured.

図5は、電極間に印加する電位を変化させた場合における電流の時間変化を表す図である。図5の縦軸は電流、横軸は時間を表す。そして、線L11は印加した電圧が-0.7V、線L12は印加した電圧が-0.8V、線L13は印加した電圧が-0.9Vの場合の測定結果である。図5に示すように、線L13では、脱酸素剤を作用させてから十分時間が経過しても電流がゼロに近づかない。これは、プロトンの還元にともなう残余電力の影響である。一方、線L11及び線L12では、残余電力の影響が無視できる程度に小さい。 FIG. 5 is a diagram showing changes in current over time when the potential applied between the electrodes is changed. The vertical axis in FIG. 5 represents current, and the horizontal axis represents time. Line L11 is the measurement result when the applied voltage is -0.7V, line L12 is the applied voltage of -0.8V, and line L13 is the applied voltage of -0.9V. As shown in FIG. 5, in line L13, the current does not approach zero even after a sufficient amount of time has passed since the oxygen scavenger was applied. This is the effect of the residual power associated with the reduction of protons. On the other hand, in the lines L11 and L12, the influence of the residual power is so small that it can be ignored.

以上からカソード3とアノード6との間に印加する電圧は、-0.8Vが最適である。 From the above, the optimum voltage applied between the cathode 3 and the anode 6 is -0.8V.

〔酸素電極の印加電圧に対する応答〕
次に、酸素電極1の印加電圧に対する応答について説明する。シート部材10が保湿剤を含む場合と、シート部材10が保湿剤を含まない場合とにおいて、カソード3とアノード6との間に-0.8Vの電圧を印加し、電流の時間変化を測定した。
[Response to Voltage Applied to Oxygen Electrode]
Next, the response of the oxygen electrode 1 to the applied voltage will be described. A voltage of −0.8 V was applied between the cathode 3 and the anode 6 in the case where the sheet member 10 contained a moisturizing agent and in the case where the sheet member 10 did not contain a moisturizing agent, and changes in the current over time were measured. .

図6は、保湿剤を含む場合と含まない場合とにおける電流の時間変化を表す図である。図6の縦軸は電流、横軸は時間を表す。そして、線L21はシート部材10が保湿剤としてソルビトールを含む場合、線L22はシート部材10が保湿剤を含まない場合の測定結果である。図6に示すように、線L21では、印加した電圧に対して、長時間にわたって安定した応答が得られた。一方、線L22では、時間経過とともに電解質中の水分が蒸発することにより、電解質が不活性化し、印加した電圧に対する応答が安定しない。 FIG. 6 is a diagram showing changes in current over time with and without a moisturizing agent. The vertical axis in FIG. 6 represents current, and the horizontal axis represents time. The line L21 is the measurement result when the sheet member 10 contains sorbitol as a moisturizing agent, and the line L22 is the measurement result when the sheet member 10 does not contain the moisturizing agent. As shown in FIG. 6, line L21 provided a stable response over a long period of time to the applied voltage. On the other hand, in line L22, the moisture in the electrolyte evaporates over time, rendering the electrolyte inactive, and the response to the applied voltage is unstable.

以上から実施の形態によれば、シート部材10が保湿剤を含浸することにより、印加した電圧に対する応答が長時間にわたって安定した酸素電極1を実現することができる。 As described above, according to the embodiment, by impregnating the sheet member 10 with a moisturizing agent, it is possible to realize the oxygen electrode 1 in which the response to the applied voltage is stable over a long period of time.

また、実施の形態によれば、シート部材10が電解質を含浸しているため、電解質層を均一に形成することができる。その結果、測定時に応答が安定しているだけでなく、安定して動作する酸素電極1を製造できる割合が上がり、製造時の組み立ても容易である。これに対して、カソード3及びアノード6上に液体やペースト状の電解質を配置する場合には、測定時に酸素透過膜11の下層の電解質が柔らかい状態であるため、電解質の厚さが不均一となりやすく、応答が安定しない。 Further, according to the embodiment, since the sheet member 10 is impregnated with the electrolyte, the electrolyte layer can be uniformly formed. As a result, the proportion of oxygen electrodes 1 that not only have a stable response during measurement but also stably operate can be manufactured, and assembly during manufacture is easy. On the other hand, when a liquid or paste electrolyte is placed on the cathode 3 and the anode 6, the thickness of the electrolyte becomes uneven because the electrolyte under the oxygen permeable membrane 11 is in a soft state at the time of measurement. and the response is unstable.

(変形例)
図7は、変形例に係る酸素電極の断面図である。図7に示すように、酸素電極1Aは、シート部材10と略同じ厚さであり、シート部材10の縁を囲むように配置されているスペーサ12Aを備える。スペーサ12Aは、例えばポリイミド等の樹脂からなるが、材料は特に限定されない。この場合、酸素透過膜11に段差ができないため、製造時に酸素透過膜11に切れ目等ができて動作が不安定になることを防止することができる。
(Modification)
FIG. 7 is a cross-sectional view of an oxygen electrode according to a modification. As shown in FIG. 7, the oxygen electrode 1A has a thickness substantially the same as that of the sheet member 10, and includes a spacer 12A arranged to surround the edge of the sheet member 10. As shown in FIG. The spacer 12A is made of resin such as polyimide, but the material is not particularly limited. In this case, since the oxygen-permeable film 11 does not have a stepped portion, it is possible to prevent the oxygen-permeable film 11 from being cut or the like during the manufacturing process, thereby preventing the operation from becoming unstable.

〔測定装置〕
酸素電極1を備える測定装置を作製してもよい。具体的には、酸素透過膜11上にサンプルを注入可能なチャンバーが形成されたサンプル注入部を載置することにより、サンプル内の溶存酸素濃度を測定できる測定装置を実現することができる。
〔measuring device〕
A measuring device comprising the oxygen electrode 1 may be produced. Specifically, a measuring device capable of measuring the concentration of dissolved oxygen in a sample can be realized by placing a sample injection part formed with a chamber into which a sample can be injected on the oxygen permeable film 11 .

また、上述したカソード3とアノード6との組が複数組形成されている測定装置を作製してもよい。複数組のカソード3とアノード6とを備えることにより、複数のサンプルに対して同時に測定を行うことができる。 Moreover, a measuring device in which a plurality of sets of the cathode 3 and the anode 6 described above are formed may be manufactured. By providing multiple sets of cathodes 3 and anodes 6, multiple samples can be measured simultaneously.

1、1A 酸素電極
2 基板
3 カソード
4、7 配線
5、8 電極パッド
6 アノード
9 絶縁層
10 シート部材
11 酸素透過膜
12A スペーサ
Reference Signs List 1, 1A Oxygen electrode 2 Substrate 3 Cathode 4, 7 Wiring 5, 8 Electrode pad 6 Anode 9 Insulating layer 10 Sheet member 11 Oxygen permeable film 12A Spacer

Claims (4)

基板上に形成されているカソードと、
前記基板上に形成されているアノードと、
前記カソード及び前記アノードの少なくとも一部の上に載置されており、塩化カリウム(KCl)からなる電解質、トリス塩酸(Tris-HCl)からなる緩衝成分、保湿剤、及びポリビニルピロリドンが含浸している紙からなるシート部材と、
前記シート部材と略同じ厚さであり、前記シート部材の縁を囲むように配置されているスペーサと、
前記シート部材及び前記スペーサを覆う酸素透過膜と、
を備えることを特徴とする酸素電極。
a cathode formed on a substrate;
an anode formed on the substrate;
resting on at least a portion of the cathode and the anode and impregnated with an electrolyte consisting of potassium chloride (KCl), a buffer component consisting of Tris-HCl, a humectant, and polyvinylpyrrolidone; a sheet member made of paper;
a spacer having substantially the same thickness as the sheet member and arranged to surround the edge of the sheet member;
an oxygen permeable film covering the sheet member and the spacer ;
An oxygen electrode, comprising:
前記保湿剤は、スクロース、グルコース、又はソルビトールのうち少なくともいずれか1つを含むことを特徴とする請求項1に記載の酸素電極。 2. The oxygen electrode according to claim 1 , wherein the humectant contains at least one of sucrose, glucose, or sorbitol. 請求項1又は2に記載の酸素電極と、
前記酸素透過膜上に載置されており、サンプルを注入可能なサンプル注入部と、
を備えることを特徴とする測定装置。
the oxygen electrode according to claim 1 or 2 ;
a sample injection part placed on the oxygen permeable membrane and capable of injecting a sample;
A measuring device comprising:
前記カソードと前記アノードとの組が複数組形成されていることを特徴とする請求項に記載の測定装置。 4. The measuring device according to claim 3 , wherein a plurality of sets of said cathode and said anode are formed.
JP2019034834A 2019-02-27 2019-02-27 Oxygen electrode and measuring device Active JP7229520B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019034834A JP7229520B2 (en) 2019-02-27 2019-02-27 Oxygen electrode and measuring device
JP2023017895A JP7464315B2 (en) 2019-02-27 2023-02-08 Oxygen electrode, measuring device, and method for manufacturing oxygen electrode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019034834A JP7229520B2 (en) 2019-02-27 2019-02-27 Oxygen electrode and measuring device

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023017895A Division JP7464315B2 (en) 2019-02-27 2023-02-08 Oxygen electrode, measuring device, and method for manufacturing oxygen electrode

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020139818A JP2020139818A (en) 2020-09-03
JP7229520B2 true JP7229520B2 (en) 2023-02-28

Family

ID=72264759

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019034834A Active JP7229520B2 (en) 2019-02-27 2019-02-27 Oxygen electrode and measuring device
JP2023017895A Active JP7464315B2 (en) 2019-02-27 2023-02-08 Oxygen electrode, measuring device, and method for manufacturing oxygen electrode

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023017895A Active JP7464315B2 (en) 2019-02-27 2023-02-08 Oxygen electrode, measuring device, and method for manufacturing oxygen electrode

Country Status (1)

Country Link
JP (2) JP7229520B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023067079A (en) * 2021-10-29 2023-05-16 国立大学法人 筑波大学 Measurement device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008101948A (en) 2006-10-17 2008-05-01 Dkk Toa Corp Galvanic cell type sensor
JP2013054042A (en) 2012-12-18 2013-03-21 Funai Electric Advanced Applied Technology Research Institute Inc Sensor
JP2017161457A (en) 2016-03-11 2017-09-14 新コスモス電機株式会社 Electrochemical sensor

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0097553A3 (en) * 1982-06-04 1984-08-01 The Bendix Corporation Hydrophilic membrane oxygen sensor
JPH0634596A (en) * 1992-07-20 1994-02-08 Fujitsu Ltd Oxygen electrode, biosensor and manufacture thereof
US5346604A (en) * 1992-10-21 1994-09-13 Diametrics Medical, Inc. Self-activating chemical sensor system
JPH06229973A (en) * 1993-01-29 1994-08-19 Kyoto Daiichi Kagaku:Kk Current detection type dry ion selective electrode
US5387329A (en) * 1993-04-09 1995-02-07 Ciba Corning Diagnostics Corp. Extended use planar sensors
JPH07167834A (en) * 1993-12-16 1995-07-04 Hitachi Ltd Solid oxygen sensor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008101948A (en) 2006-10-17 2008-05-01 Dkk Toa Corp Galvanic cell type sensor
JP2013054042A (en) 2012-12-18 2013-03-21 Funai Electric Advanced Applied Technology Research Institute Inc Sensor
JP2017161457A (en) 2016-03-11 2017-09-14 新コスモス電機株式会社 Electrochemical sensor

Also Published As

Publication number Publication date
JP7464315B2 (en) 2024-04-09
JP2020139818A (en) 2020-09-03
JP2023053065A (en) 2023-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6144871A (en) Current detecting sensor and method of fabricating the same
JP4312379B2 (en) Reference electrode
JP4283880B2 (en) Electrode measurement electrode plate, electrochemical measurement apparatus having the electrode plate, and method for quantifying a target substance using the electrode plate
US5389215A (en) Electrochemical detection method and apparatus therefor
WO2001001122A1 (en) Micro reference electrode
Morita et al. Solid-state voltammetry in a three-electrode electrochemical cell-on-a-chip with a microlithographically defined microelectrode
JP2023053065A (en) Oxygen electrode, measurement device, and method for manufacturing oxygen electrode
JPH06504624A (en) Miniaturized sensor element for measuring substance concentration in fluid, its manufacturing method, and ion-selective electrode
JP2006508349A5 (en)
CN101842698B (en) Analytical tool
US10620146B2 (en) Electrode chip
JP2000266715A (en) Electrochemical sensor
JP3003615B2 (en) Silver / silver chloride reference electrode and method for producing the same
JP2007298325A (en) Electrode chip and manufacturing method therefor
JP5792181B2 (en) Controlled electrochemical activation of carbon-based electrodes
JPH03246460A (en) Electrochemical detector
JPH0850112A (en) Glucose biosensor
JP2501856B2 (en) Electrochemical sensor
US5573649A (en) Miniaturized oxygen electrode and process of producing same
JP3505978B2 (en) Biosensor
JP2650552B2 (en) Electrolytic composition for screen printing, small-sized oxygen electrode using the same, and method for producing the same
JP3764550B2 (en) Small oxygen electrode and manufacturing method thereof
JP2002181779A (en) Residual chlorine sensor and its manufacturing method
JP3455938B2 (en) Biosensor
KR100477451B1 (en) MEMS pH sensor having Ag/AgCl electrode structure and fabrication method for them thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210929

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220812

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220906

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221014

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230110

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230208

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7229520

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150