JP7337436B2 - reference electrode - Google Patents
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Description
本発明は、参照電極に関し、特に、pHセンサ等のセンサに用いる参照電極に関する。 The present invention relates to reference electrodes, and more particularly to reference electrodes used in sensors such as pH sensors.
基準電極と作用電極との間の電位差からpH値、溶液中のイオン濃度や酸化還元電位を測定する電位差測定装置が知られている。電位差測定装置において、基準電極(以下、参照電極とも称する)は一定の電位を示し、作用電極と共に測定対象の液体等に接触させて、電位の基準とするために用いられる。 Potentiometers are known that measure pH values, ion concentrations in solutions, and oxidation-reduction potentials from the potential difference between a reference electrode and a working electrode. In a potentiometric measuring device, a reference electrode (hereinafter also referred to as a reference electrode) exhibits a constant potential, and is used as a potential reference by bringing it into contact with the liquid to be measured together with the working electrode.
参照電極は、電解質である内部液及び内部液に浸漬された電極が容器内に収容されて構成される。当該容器には、測定対象に接触する部分に設けられた開口部と、当該開口部に充填された水分透過性の物質とからなる液絡部が設けられる。内容液は、液絡部を介して、測定対象との電気的接続を保つ。 The reference electrode is configured by housing an internal liquid as an electrolyte and an electrode immersed in the internal liquid in a container. The container is provided with an opening provided in a portion that comes into contact with the object to be measured, and a liquid junction made up of a moisture-permeable substance filled in the opening. The content liquid maintains electrical connection with the measurement target through the liquid junction.
液絡部は、通常、測定対象が液絡部内に入り込まず、かつ、測定対象に内部液が過剰に混入して測定結果に影響しない程度に、内容液が少量ずつ流出するように設計される。 The liquid junction is usually designed so that the content liquid flows out little by little to the extent that the measurement target does not enter the liquid junction and the internal liquid does not excessively mix into the measurement target and affect the measurement result. .
例えば、特許文献1には、液絡部および通気孔を形成した容器と、この容器内に充填されたゲル状の内部液と、この内部液に浸漬されるように設けた内部電極と、内部液と通気孔の間に位置して圧力に応じて変形し、かつ水蒸気を透過しない材料よりなる圧力調整層とからなる比較電極が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a container in which a liquid junction and a vent hole are formed, a gel-like internal liquid filled in the container, an internal electrode provided so as to be immersed in the internal liquid, and an internal A reference electrode is disclosed which consists of a pressure control layer which is positioned between the liquid and the vent hole, deforms in response to pressure, and is made of a material which is impermeable to water vapor.
例えば、上記のような参照電極を用いたpHセンサによって、例えば農作物の生育環境を長期間にわたってモニタリングするような場合、気温の変化によって、高温の環境にさらされる場合がある。また、上記のような参照電極を用いたpHセンサは、輸送や保管の際に、高温の環境に置かれたり、負圧の環境に置かれたりする場合がある。 For example, when a pH sensor using a reference electrode as described above is used to monitor the growing environment of agricultural crops over a long period of time, it may be exposed to a high-temperature environment due to temperature changes. Further, the pH sensor using the reference electrode as described above may be placed in a high temperature environment or a negative pressure environment during transportation or storage.
このように、高温又は負圧の環境に置かれると、参照電極容器内の内部液とともに存在する気体(空気)の体積変化によって内部液が押し出され、液絡部から内部液が過剰に流出し、内部液が枯渇して測定ができなくなることが課題となっていた。また、上記のように温度や圧力の影響で内容液の流出が加速されると、長時間継続してpHをモニタリングするようなシステムで、安定してpHセンサを使用することが困難であることが課題となっていた。 In this way, when placed in an environment of high temperature or negative pressure, the internal liquid is pushed out by the change in volume of the gas (air) that exists together with the internal liquid in the reference electrode container, and the internal liquid flows out excessively from the liquid junction. However, there was a problem that the internal liquid was depleted and the measurement became impossible. In addition, when the outflow of the content liquid is accelerated by the influence of temperature and pressure as described above, it is difficult to stably use the pH sensor in a system that continuously monitors pH for a long time. was an issue.
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、圧力や温度が大きく変動する環境下でも長時間内部液を保持することが可能であり、環境の変化に関わらず長時間継続して使用可能である参照電極を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and is capable of retaining the internal liquid for a long time even in an environment where the pressure and temperature fluctuate greatly, and can continue for a long time regardless of changes in the environment. The object is to provide a usable reference electrode.
本発明の参照電極は、内部空間を画定しかつ前記内部空間と外部とを連通させる第1の開口部及び前記内部空間と外部とを連通させる第2の開口部を有する容器と、前記内部空間に挿入された内部電極と、前記第1の開口部に多孔質部材が充填されて形成された液絡部と、前記第2の開口部を覆うように設けられ、通気性を有する通気性部材と、を有することを特徴とする。 The reference electrode of the present invention comprises a container defining an internal space and having a first opening that communicates the internal space with the outside and a second opening that communicates the internal space with the outside; a liquid junction formed by filling the first opening with a porous member; and an air-permeable member provided to cover the second opening and having air permeability. and.
以下に本発明の実施例について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面においては、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付している。 Examples of the present invention will be described in detail below. In the following description and accompanying drawings, substantially the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals.
図1は、本実施例の参照電極10の構成を示す斜視図である。容器11は、側部12、底部13及び蓋部14が一体的に形成されて内部空間を画定するガラスまたはプラスチック製の容器である。
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of the
側部12は、対向する開口を有する円筒状の形状を有し、底部13は、側部12の一方の開口を塞ぐように設けられ、蓋部14が側部の他方の開口を塞ぐように設けられている。
The
底部13は、側部12の円筒形状の中心軸に沿って容器の外方に向けて伸張している漏斗形状を有している。具体的には、底部13は、側部12の端部から側部12の円筒形状の中心軸に沿って伸張しかつ先端に向かって窄まるように傾斜している壁面を形成するテーパ部13Aを有する。
The
言い換えれば、テーパ部13Aは円錐台形状を有している。また、底部13は、当該テーパ部13Aの先端から伸張する環状の導出部13Bを有する。容器11においては、導出部13B及び導出部13Bの先端の第1の開口部13Cを介して容器11の内部空間と外部とが連通している。
In other words, the
蓋部14は、側部12の底部13が形成されている1の開口と対向する他の開口を塞ぐように設けられている円板状の部分である。蓋部14は、蓋部14を形成する円板の板面を貫通する第2の開口14Aを有している。第2の開口部14Aは、容器11の内部空間と外部とを連通させる。このように、側部12の対向する開口のうち底部13側に第1の開口部13Cが形成され、蓋部14側に第2の開口部14Aが形成されている。第2の開口14Aは、第1の開口部13Cに対向して設けられていてもよい。
The
多孔質部材15は、多孔質ガラス(例えば、バイコールガラス(コーニング社製))、多孔質セラミックス、又は多孔質樹脂等の多孔質の材質からなる部材である。多孔質部材15は、導出部13Bの内側に充填されて第1の開口部13Cを塞ぐように配されている。また、多孔質部材15は、導出部13Bよりも長い寸法で設けられ、容器11の内部空間に突出している。
The
多孔質部材16は、多孔質ガラス(例えば、バイコールガラス(コーニング社製))、多孔質セラミックス、又は多孔質樹脂等の多孔質の材料からなる部材である。多孔質部材16は、第1の開口部13Cを塞ぐ位置に配されている。
The
熱収縮フィルム17は、樹脂製のチューブであり、導出部13B及び多孔質部材16を外側から覆うように設けられている。熱収縮フィルム17は、多孔質部材16を、多孔質部材15に接しかつ第1の開口部13Cを塞ぐ位置に固定する。換言すれば、多孔質部材16は、熱収縮フィルム17によって容器11に取り付けられている。
The heat-
液絡部18は、導出部13B、多孔質部材15、多孔質部材16、及び熱収縮フィルム17によって構成されている。液絡部18において、多孔質部材15及び多孔質部材16は、容器11に内部液が収容されている場合に、当該内部液を浸透させつつ保持する。換言すれば、容器11は、液絡部18において内部液が保持されることで内部液を収容可能に構成されている。
The
通気性部材19は、第2の開口部14Aの形状に対応する形状を有し、第2の開口部14Aを覆い、塞ぐように設けられている。通気性部材19は、例えば、第2の開口部14Aに嵌まり込む形状に形成されている。通気性部材19は、例えば、疎水性の多孔質樹脂により構成されている。通気性部材19は例えば疎水性フッ素樹脂多孔質フィルム等の材料が使用できる。当該疎水性フッ素樹脂多孔質フィルムは、例えば、PTFE(polytetrafluoroethylene)製であってもよい。なお、通気性部材19を構成する材料は、疎水性の多孔質樹脂に限られない。通気性部材19は、通気性を有し、液体を透過させず、湿気も透過させ難い性質を有していればよい。本明細書において、通気性部材19に関して、液体を透過させず湿気を透過させ難い性質を、非透湿性と称する。
The air-
内部電極21は、蓋部14を介して容器11の内部空間に挿入された電極である。内部電極21の一端は、容器11に内部液が収容されている際に当該内部液に浸漬されるように設けられている。また、内部電極21の他端は、作用電極の内部電極(図示せず)に接続されている。内部電極21は、例えば、Ag/AgCl電極である。
The
内部液23は、容器11の内部空間に収容されている。内部液23は、液絡部18の多孔質部材15及び多孔質部材16に浸透しつつ保持されている。内容液23は、電解質溶液であり、例えばKCl水溶液又はNaCl水溶液である。内容液23は、液絡部18を介して、外部に接続されている。また、上記したように、内部液23には、内部電極21が浸漬されている。
The
例えば、参照電極10を用いたpHメーターによって液体のpHを測定する際に、液絡部18の先端が、測定対象の液体に浸漬される。内部液23は、液絡部18を介して測定対象の液体と電気的に導通される。同時に、例えば作用電極側に設けられたガラス電極(図示せず)も、当該測定対象の液体に浸漬される。この状態において、当該作用電極と参照電極10との間に電位差が生じる。当該電位差が検出されて測定対象の液体のpH値が得られる。
For example, when measuring the pH of a liquid with a pH meter using the
図2は、本実施例の参照電極10の構成を模式的に示す断面図である。図2を参照しつつ、参照電極10に内部液23が収容されている際に起こる現象について説明する。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the
気層空間25は、参照電極10が直立している状態、すなわち垂直方向において液絡部を下側とし、蓋部14を上側とした姿勢において、内容液23の液面23Aと、蓋部14との間の容器11の内壁に囲まれた空間である。気層空間25は、気体で満たされている。また、参照電極10が当該直立している状態において、気層空間25は、通気性部材19に面している。
In the state where the
タンク空間26は、参照電極10が直立している状態において液体を保持する空間である。換言すれば、内容液23は、容器11の内部空間のうちタンク空間26に収容されている。
The
容器11内の圧力が外部の圧力よりも上昇すると、気層空間25の気体の一部が通気性部材19を介して外部に排出される。また、容器11内の圧力が外部の圧力よりも低くなると、通気性部材19を介して外気が気層空間25に流入する。
When the pressure inside the
例えば、参照電極10の周囲の温度が上昇した場合、気層空間25の気体の体積が増大し、容器11内の圧力が上昇して外部の圧力よりも高くなる。この場合、通気性部材19は通気性を有しているため、容器11内の圧力の外部の圧力との差は、気層空間25の気体の一部が通気性部材19を介して外部に排出されることで緩和されて圧力調整がなされる。そして、外部の圧力と内部の圧力同等となり、容器11内の圧力の上昇によって液絡部18から内容液23が流出することを防止することができる。
For example, when the temperature around the
例えば、参照電極10の周囲の温度が低下した場合、気層空間25の気体の体積が減少し、容器11内の圧力が低下して外部の圧力よりも低くなる。当該圧力低下は、通気性部材19を介して外気が気層空間25に流入することで調整される。従って、液絡部18から外気又は測定液等の外部の液体が流入することを防止することができる。
For example, when the temperature around the
また、例えば、参照電極10の外部の気圧と内部の気圧との間に差が生じた場合、気層空間25の気体の一部が通気性部材19を介して流入又は流出することで外部との圧力差が緩和される。このように圧力調整されることで参照電極10の外部との圧力差が生じたことによる液絡部18から内容液23が流出することを防止することができる。
Further, for example, when there is a difference between the atmospheric pressure outside the
通気性部材19は、液体を透過させず、湿気も透過させ難いので、内容液の減少を抑制することができる。
The air-
参照電極10は、上記のような構成を有していることで、内部液23を容器11内に長時間保持することができる。
Since the
さらに、温度や気圧の変化によって気層空間25の気体の出入りによる圧力調整繰り返しても、参照電極10の構成部材は変形せず、当該構成部材に可動部もないことから、参照電極10は耐久性が高いといえる。
Furthermore, even if the pressure is repeatedly adjusted by entering and exiting the
以上、説明したように、実施例1の参照電極10によれば、参照電極10の周囲の温度又は気圧等の影響で容器11内の圧力と外部との圧力に差が生じた場合、通気性部材19を介して気層空間25の気体を外部との間で出入りさせることができる。これによって、周囲との圧力差が解消され、圧力差による液絡部18を介しての内部液23の流出、外気又は外部の液体の流入を防止することができる。従って、例えば、長時間にわたる連続測定が内部液の枯渇によって中断されることを防止することができる。また、例えば、外気又は外部の液体の流入による測定精度の低下等の不具合を防止することができる。
As described above, according to the
従って、圧力や温度が大きく変動する環境下でも長時間内部液を保持することが可能であり、環境の変化に関わらず長時間継続して使用可能である参照電極を提供することができる。 Therefore, it is possible to retain the internal liquid for a long time even in an environment where the pressure and temperature fluctuate greatly, and it is possible to provide a reference electrode that can be used continuously for a long time regardless of changes in the environment.
図3は、本実施例の参照電極30の構成を示す斜視図である。図3において、実施例1の参照電極10と実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付している。
FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the
参照電極30は、仕切り板31を有している点において参照電極10と異なり、その余の点においては参照電極10と同様に構成されている。
The
仕切り板31は、容器11の側部12の断面に対応する円形の形状を有する板状の部材である。仕切り板31は、容器11の内部空間を通気性部材19が設けられている側の空間である気層空間25と、液絡部18が設けられている側の空間であり、液体を保持する空間であるタンク空間26と、の2つの空間に仕切るように設けられている。
The
細孔32は、仕切り板31の1の主面から他の主面まで貫通して設けられた少なくとも1つの細孔である。図3は、仕切り板31に5つの細孔32が設けられている例を示している。
The
細孔32は、気層空間25とタンク空間26との間で気体を通過させかつ液体を通過させないサイズで形成されている。例えば、細孔32は、参照電極30において使用される内容液の通過を表面張力によって防ぐことができるサイズで形成される。細孔32は、例えば、φ1mm以下、長さ3mm以上のサイズで設けられてもよい。また、細孔32のサイズは、使用する内容液の粘度等の性質に応じて最適化されてもよい。
The
図4は、参照電極30の内部構成を模式的に示す断面図である。図4を参照しつつ、参照電極30に内部液23が充填されている際に起こる現象について説明する。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the internal configuration of the
図4に示すように、容器11の内部空間が仕切り板31によって気層空間25とタンク空間26との2つの空間に仕切られている。参照電極30が直立している状態、すなわち垂直方向において液絡部18を下側とし、蓋部14を上側とした姿勢において、気層空間25は、気体で満たされている。また、気層空間25は、通気性部材19に面している。タンク空間26には、内部液23が収容されている。また、仕切り板31は、内容液23の液面23Aに平行に設けられている。
As shown in FIG. 4 , the internal space of the
参照電極10の場合と同様に、参照電極30が高温又は低圧の環境に置かれた場合等、容器11の内部と外部との間に圧力差が生じると、気層空間25の気体が通気性部材19を介して出入りする。これによって、気層空間25の内圧が調整される。
As in the case of the
加えて、気層空間25及びタンク空間26に存在する気体が細孔32を介して出入りすることで、タンク空間26の内圧が調整される。
In addition, the internal pressure of the
このように、参照電極30において、通気性部材19及び細孔32を介しての気体の出入りによって、容器11内の圧力が調整される。
Thus, in the
ここで、参照電極30が当該直立している姿勢から傾いた状態となっても、内容液23は、仕切り板31によって気層空間25から隔てられているので、通気性部材19に達しない。また、細孔32は液体を透過させないため、内部液23は、液絡部18が設けられている側の空間内に保持され、気層空間25には流れ込まない。
Here, even if the
従って、参照電極30において、参照電極30の姿勢に関わらず、通気性部材19が気層空間25に接している状態が維持される。例えば、参照電極30は、周囲の環境の温度が高温や低圧となるなど、どのような姿勢で置かれていても、通記性部材19を介した気層空間25への気体の出入りが可能であり、内圧調整が可能である。
Accordingly, in the
従って、圧力や温度が大きく変動する環境下でも、参照電極の姿勢に関わらず、長時間内部液を保持することが可能であり、長時間継続して使用可能である参照電極を提供することができる。 Therefore, it is possible to retain the internal liquid for a long time regardless of the orientation of the reference electrode even in an environment where the pressure and temperature fluctuate greatly, and to provide a reference electrode that can be used continuously for a long time. can.
図5は、本実施例の参照電極40の構成を示す斜視図である。図5において、実施例1の参照電極10と実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付している。
FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of the
参照電極40は、仕切り膜41を有している点において参照電極10と異なり、その余の点においては参照電極10と同様に構成されている。
The
仕切り膜41は、容器11の側部12の断面に対応する円形の形状を有する膜状の部材である。仕切り膜41は、通気性部材19が設けられている側の空間である気層空間25と、液絡部18が設けられている側の空間であり、液体を保持する空間であるタンク空間26と、の2つの空間に仕切るように設けられている。
The
仕切り膜41は、表面が疎水性を有し、かつ、多孔質の膜である。例えば、仕切り膜41は、多孔質の樹脂膜からなる。仕切り膜41は、液体を透過させないサイズの細孔を有する。例えば、仕切り膜41には、ポリエチレン製の多孔質膜を用いることができる。
The
図6は、参照電極40の内部構成を模式的に示す断面図である。図6を参照しつつ、参照電極40に内部液23が収容されている際に起こる現象について説明する。
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the internal configuration of the
図6に示すように、容器11の内部空間が仕切り膜41によって気層空間25とタンク空間26との2つの空間に仕切られている。参照電極40が直立している状態、すなわち垂直方向において液絡部18を下側とし、蓋部14を上側とした姿勢において、気層空間25は、気体で満たされている。また、気層空間25は、通気性部材19に面している。タンク空間26には、内部液23が収容されている。また、仕切り膜41は、内容液23の液面23Aに平行に設けられている。
As shown in FIG. 6, the internal space of the
参照電極10の場合と同様に、参照電極30が高温又は低圧の環境に置かれた場合等、容器11の内部と外部との間に圧力差が生じると、気層空間25の気体が通気性部材19を介して出入りする。これによって、気層空間25の内圧が調整される。
As in the case of the
加えて、仕切り膜41は、多孔質であるため、気層空間25及びタンク空間26に存在する気体を通過させる。容器11の内部と外部との間に圧力差が生じた場合、気層空間25とタンク空間26との間で仕切り膜41を介して気体が出入りすることで、タンク空間26の内圧が調整される。
In addition, since the
このように、参照電極40において、通気性部材19及び仕切り膜41を介しての気体の出入りによって、容器11内の圧力が調整される。
Thus, in the
参照電極40は、当該直立している姿勢から傾いた状態となっても、内容液23は、仕切り膜41によって気層空間25から隔てられているので、通気性部材19に達しない。また、仕切り膜41は液体を透過させないため、内部液23は、タンク空間26内に保持され、気層空間25には流れ込まない。従って、当該圧力差による液絡部18からの内部液23の漏出が防止される。
Even if the
従って、本実施例の参照電極40によれば、参照電極40が傾いた場合や、内容液23を補充したりする際にも、内容液23が気層空間25に入りこむことを確実に防止することができる。
Therefore, according to the
従って、圧力や温度が大きく変動する環境下でも、設置状態や内容液の補充作業による内容液の損失が少なく、長時間内部液を保持することが可能であり、長時間継続して使用可能である参照電極を提供することができる。 Therefore, even in an environment where the pressure and temperature fluctuate greatly, there is little loss of the content liquid due to installation conditions or replenishment of the content liquid, it is possible to retain the internal liquid for a long time, and it can be used continuously for a long time. A reference electrode can be provided.
なお、上記の実施例において、容器11がガラス容器である例について説明したが、これに限られない、例えば、容器11は樹脂製でもよい。容器11を構成する材料は、耐薬品性など、内部溶液及び測定対象物の性質に応じて適宜選択可能である。
In the above embodiment, an example in which the
また、上記の実施例において、交換可能な多孔質部材16を用いた液絡部18の構成の例について説明したが、これに限られない。液絡部18は、多孔質部材16及び熱収縮フィルム17を有さずに構成されていてもよい。液絡部18は、内部液23が測定対象と導通するように形成されていればよい
なお、内部電極21は、Ag/AgCl電極である例について説明したが、これに限られない。例えば、一定の電位を示し、電位差測定の際に電位の基準となり得る電極であればよい。
Also, in the above embodiment, an example of the configuration of the
上述した実施例における構成は例示に過ぎず、用途等に応じて適宜変更可能である。 The configurations in the above-described embodiments are merely examples, and can be changed as appropriate according to the application.
10 参照電極
11 容器
12 側部
13 底部
13A テーパ部
13B 導出部
13C 第1の開口部
14 蓋部
14A 第2の開口部
15 多孔質部材
16 多孔質部材
17 熱収縮フィルム
18 液絡部
21 内部電極
23 内部液
25 気層
31 仕切り板
32 細孔
41 仕切り膜
10
Claims (5)
前記内部空間に挿入された内部電極と、
前記第1の開口部に多孔質部材が充填されて形成された液絡部と、
前記第2の開口部を覆うように設けられ、通気性を有する通気性部材と、
前記容器の内側に設けられ、前記内部空間を、前記液絡部を含む側の空間と前記通気性部材を含む側の空間とに仕切る仕切り板と、を有し、
前記仕切り板は、1の主面から他の主面まで貫通して設けられた少なくとも1つの細孔を有し、
前記細孔は、直径よりも長さが大きく前記仕切り板によって仕切られた2つの空間の間で気体を通過させかつ液体を通過させないサイズで形成されている
ことを特徴とする参照電極。 a container defining an internal space and having a first opening that communicates the internal space with the outside and a second opening that communicates the internal space with the outside;
an internal electrode inserted into the internal space;
a liquid junction formed by filling the first opening with a porous member;
a breathable member provided to cover the second opening and having breathability;
a partition plate provided inside the container for partitioning the internal space into a space containing the liquid junction and a space containing the air-permeable member;
The partition plate has at least one pore penetrating from one main surface to the other main surface,
The reference electrode, wherein the fine pores have a length larger than a diameter and are formed in a size that allows gas to pass through but does not allow liquid to pass between the two spaces partitioned by the partition plate.
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