JPH01262459A - Ion electrode - Google Patents

Ion electrode

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JPH01262459A
JPH01262459A JP63090249A JP9024988A JPH01262459A JP H01262459 A JPH01262459 A JP H01262459A JP 63090249 A JP63090249 A JP 63090249A JP 9024988 A JP9024988 A JP 9024988A JP H01262459 A JPH01262459 A JP H01262459A
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ionophore
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征夫 軽部
Eiichi Tamiya
栄一 民谷
Masako Ishikawa
石川 雅子
Takashi Kato
隆史 加藤
Hideyasu Aoki
青木 秀保
Junichi Tokumoto
徳本 淳一
Migiwa Ando
安藤 汀
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Abstract

PURPOSE:To provide the ion electrode which has high ion selectivity and excellent durability and can maintain an exact detection characteristic stably over a long period of time by forming an ion sensitive body so as to have a base body consisting of ion selective ceramics and a porous surface layer and holding ionophores on the surface layer. CONSTITUTION:The ion sensitive body is required to have the base body 1 consisting of the ion selective ceramics. The reason thereof lies in that the ion selecting effect is exhibited by the ion selective ceramics itself. The ion sensitive body has the excellent durability such as thermal stability over the entire part thereof. The power to hold the ionophores by a high-polymer supporting film is improved as well by the presence of this base body 1. The ion sensitive body is also required to have the surface layer 2 which is made porous in order to stably holding the ionophores on the layer 2. The surface layer 2 may be constituted of a high-polymer material or ceramics (different from the ceramics of the base body material) and the use of the ion selective ceramics which is the base body material to form the porous surface layer is equally good.

Description

【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 [Field of Industrial Application] The present invention relates to an ion electrode used for detecting ion concentrations, particularly alkali metal ion concentrations, in various solutions.

[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 issues] An ion electrode or an ion-selective electrode refers to an electrode that detects a potential difference according to the anion and cation activity (thermodynamically corrected concentration) in a solution, and is selective for specific ion species. Based on the state of existence of the ion receptor (membrane) that is sensitive to ions, it is broadly 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1MJ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 solid membrane type ion electrodes include glass electrodes and poorly soluble salt electrodes, but both have insufficient ion selectivity and low 1MJ accuracy. In recent years, a solid membrane type ion electrode using a ceramic solid electrolyte as an ion receptor has been proposed (Japanese Patent Application Publication No. 59-502154), but the ion selectivity cannot be said to be 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を液膜型7!f極が挙げられ
るが、液膜はその取扱が不便であり。
In addition, liquid film type ion electrodes include ion exchange liquid film type electrodes and liquid film type 7! containing neutral carriers. An example is the f-pole, but the liquid film is inconvenient to handle.

又撹拌等によってイオン透過性が影響を受は易いという
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J vol、 24. No、 3゜193
G)。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。
Another disadvantage is that the ion permeability is easily affected by stirring or the like. Therefore, as an improvement over the liquid film type, a polymer-supported membrane type ion electrode is generally used in which a porous polymer membrane supports a solution as an ion receptor. However, this type of ion electrode requires an internal electrolyte to be interposed between the polymer support membrane (ion receptor) and the internal electrode, and therefore has the problem that it is difficult to miniaturize the electrode. Furthermore, in consideration of this point, a coated ion electrode is also known in which the surface of the internal electrode is coated with a polymer support membrane ("Surface J Vol. 24. No. 3゜193
G). However, this type of ion electrode does not have sufficient durability because the technology for immobilizing the ion-sensitive substance (solution) has not been completely established. Particularly when using neutral carriers such as io, nophores (ion transport carriers) as ion-sensitive substances.

固定化技術の困難性は顕著となり、しがちイオノフオア
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、従ってイオノフオ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。
The difficulty of the immobilization technique has become significant, and the ionophore itself tends to be easily degraded by heat, so it can only be used under limited conditions, and therefore the high ion selectivity of the ionophore cannot 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。
The present invention aims to solve these problems, that is, it has high ion selectivity and excellent durability.

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。
The purpose of this research is to develop an ion electrode that can stably maintain accurate detection characteristics 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1!研究を重ねた結果
2本発明を完成するに至ったものであり。
[Means for Solving the Problem] In view of this point of view, the present inventor has developed a solution to the problem. As a result of repeated research, the two inventions were completed.

本発明は上、述の課題を下記手段によって解決する。The present invention solves the above problems by the following means.

イオン感応体がイオン選択性セラミックスからなる基体
と多孔質表面層とをfL、表面層においてイオノフオア
を保持してなる。イオン電極。
The ion receptor consists of a base made of ion-selective ceramics and a porous surface layer, in which ionophores are retained. ion electrode.

[好適な実施態様及び作用] イオン感応体はイオン選択性セラミックスからなる基体
を有しなければならない。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2 この基体の存在によって高分子支
持膜によるイオノフオ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。
[Preferred embodiment and operation] The ion receptor must have a substrate made of ion-selective ceramics. This is because the ion-selective ceramic itself exhibits an ion-selective effect. Moreover, the ion receptor as a whole has excellent durability such as thermal stability. In particular, the presence of this substrate also improves the retention of ionophores by the polymer support membrane. As an ion-selective ceramic.

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。
Examples of the alkali ion conductor include a lithium ion selector, a sodium ion selector, a potassium ion selector, an oxygen ion selector, and the like.

アルカリイオン選択体としてはβ−アルミナないしはβ
′−アルミナCM   −11Affl  O:MO,
523 はNa、に、LiなどのIA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+選択体としては史にNa
5M514012(〜1はIA族元素)又は次式Na 
  Zr  Si  P   O(0≦1+X    
 2     X   3−X    12X≦3)で
表わされるいわゆるNAS I C0N(k  0.0
6)などが挙げられる。K+イオン選選択色しては例え
ば次式KMgTi !   X/2  8−X/201Ei及びK  A、
j  Ti   O(L、S≦X≦2)で表X   X
   8−1 16 わされるホランダイト構造を有゛する化合物、に−β−
F e 203又はに−β’  F e 203のよう
なに2O−Fe203 (カリウム・フェライト)系化
合物(k  O,02)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。
As an alkali ion selector, β-alumina or β
'-Alumina CM-11Affl O:MO,
523 indicates group IA elements such as Na, Li, etc.), and especially Na-β-alumina has high selectivity (k
0.1). As a Na+ selective substance, Na has been in history.
5M514012 (~1 is a group IA element) or the following formula Na
Zr Si P O (0≦1+X
The so-called NAS I C0N (k 0.0
6) etc. The K+ ion selection color is, for example, the following formula: KMgTi! X/2 8-X/201Ei and K A,
Table X with j Ti O (L, S≦X≦2)
8-1 16 Compound having hollandite structure, -β-
Examples include 2O-Fe203 (potassium ferrite) based compounds (kO,02) such as Fe203 or -β'Fe203. The oxygen ion selector is a zirconia solid solution, that is, stabilized (partially stabilized or completely stabilized) zirconia.

ドリア又はセリア固溶体などが挙げられる。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5廂
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。
Examples include doria or ceria solid solution. The relative density of the ion-selective ceramic is 95% or more, preferably 99%
% or more, and the average crystal grain size is preferably 10 μm or less, preferably 5 μm or less. This is to maintain precise high strength characteristics even when the film is made thinner or smaller.

イオン感応体は、基体の表面においてイオノフオアを保
持していなければならない。イオノフオア成分による高
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オア又はセラミック
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。イオノフオアとは内側が極
性、外側が非極性を有し、イオン性物質を取込んでa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。イオノフオアとしては、天然物質特に
生理活性物質例えばパリノマイシン、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、非環状のイオノフオ
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、
スフ二うンド類、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0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
性ポリ二一チルをも包含するものとする。イオノフオア
成分はイオン種に応じて選択するとよいが、二種量」二
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
オア成分を配合して使用してもよい。イオノフオアはイ
オノフオア溶液として保持処理に倶される。溶媒を使用
することにより、イオノフオ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、イオノフオア成分を溶解できる育
機溶媒である限り、脂肪族炭化水素。
The ion receptor must hold ionophores on the surface of the substrate. This is to effectively utilize the high ion selectivity of the ionophore component. In particular, by combining it with an ion-selective ceramic that exhibits selectivity for the same ion, it can contribute to improving the ion selectivity in a complementary manner compared to the case where the ionophore or ceramic is used alone. Ionophore refers to a group of compounds that have a polar inside and a non-polar outside, and are capable of taking up ionic substances and transporting them through a solvent, and are also called ion transport carriers. Ionophores include natural substances, particularly physiologically active substances such as palinomycin, monesin, rhodopsin, mixtures of nonactin and monactin, and synthetic substances such as crown ethers, and may also be acyclic ionophores such as nonylphenoxy polyethanol. Crown ether refers to a group of macrocyclic polyethers, including dicyclohexyl, multicyclic cryptands,
There are various types such as sphiniounds, uranophylls, and pyrophosphatephylls, and here 0 atoms are S
, N, P, etc. are also included in the present invention. The ionophore component should be selected according to the ion species, but if you want to selectively permeate two ion species at the same time, or if you want to selectively permeate a common ion species, mix two or more ionophore components. You may also use it as The ionophore is included in the retention process as an ionophore solution. The use of a solvent facilitates the dispersion and impregnation of the ionophore into the porous surface layer. Furthermore, even when a polymeric material is used, it becomes easy to disperse and impregnate the polymeric material. This solvent may be an aliphatic hydrocarbon as long as it is a breeding solvent that can dissolve the ionophore component.

芳香族臭化水f:1 脂環式炭化水素、複素環式炭化I
k素を問わず、一種又は所望により二挿以上の混合物と
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2 ジクロロエタ
ン、クロロホルムのような7%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−2−二トロフェニルエーテ
ル、p−ニトロシメン、ジー(Ω−オクチルフェニル)
ジホスホネート、ニトロベンゼン、0−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。イオノフオア溶液として具体的には1選択イオ
ンがナトリウムイオン(Na”)である場合1 イオノ
フオア成分としてビス−12−クラウン−4(選択係数
klX 10’) 、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、イオノフオア成分としてパリノマイシン
(k  2XIO−’) 、溶媒として〇−ジクロルベ
ンゼンを使用するとよい。イオノフオア溶液の濃度はイ
オノフオア成分、溶媒の種類に応じて適宜選択できるが
5例えば前記Na“選択イオン感応体としてのビス−1
2−クラウン−410−ジクロルベンゼン溶液である場
合2 mg / ml〜100mg/mlの範囲、又前
記に+選択イオン感応体としてのパリノマイシン10−
ジクロルベンゼン溶液である場合10mg/ ml 〜
3005g / mlの範囲にするとよい。
Aromatic bromide water f: 1 Alicyclic hydrocarbon, heterocyclic carbon I
Regardless of the element, it can be used alone or as a mixture of two or more if desired. Examples of aliphatic hydrocarbon solvents include alkanes, alcohols such as decanol, 7% halides such as dichloroethane and chloroform, and examples of aromatic hydrocarbon solvents include benzene and its derivatives such as n-octyl. -2-nitrophenyl ether, p-nitrocymene, di(Ω-octylphenyl)
Examples of the diphosphonate, nitrobenzene, 0-dichlorobenzene, alicyclic hydrocarbon solvent include cyclohexane, and examples of the heterocyclic hydrocarbon include tetrahydrofuran. Specifically, when one selected ion is sodium ion (Na'') as an ionophore solution, it is preferable to use bis-12-crown-4 (selectivity coefficient klX 10') as the ionophore component and O-dichlorobenzene as the solvent. .The selected ion is potassium ion (K+
), it is preferable to use palinomycin (k2XIO-') as the ionophore component and 0-dichlorobenzene as the solvent. The concentration of the ionophore solution can be appropriately selected depending on the ionophore component and the type of solvent.
In the case of 2-crown-410-dichlorobenzene solution, the range is from 2 mg/ml to 100 mg/ml;
10mg/ml ~ in case of dichlorobenzene solution
A range of 3005g/ml is recommended.

イオン感応体は基体と共に多孔質とされた表面層(又は
少くとも表面層部分)を有しなければならない。イオノ
フオアを該表面層において安定に保持するためである。
The ion receptor must have a porous surface layer (or at least a portion of the surface layer) together with the substrate. This is to stably hold the ionophore in the surface layer.

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(PV
C)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
オアを直接保持してもよ0し、又高分子物質を介在させ
てイオノフオアを保持してもよい。イオン選択性セラミ
・ツクス以外のセラミックスとしては、耐食性及び耐熱
性(こ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1例えばS iO、A I!  O、Z r O2力
(挙げられる。セラミ・ソクスは結晶質又1嘘非晶質(
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。イオノフオ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。
The porous surface layer may be composed of a polymeric substance or ceramics (different from the base material), or the ion-selective ceramic that is the base material may be used as a porous material. Polyvinyl chloride (PV) is used as a polymer material.
C) etc. may be used. When ceramics are used as the porous surface layer material, the ionophores may be directly held in the porous ceramic, or the ionophores may be held with a polymeric substance interposed therebetween. As ceramics other than ion-selective ceramics, it is preferable to use materials with excellent corrosion resistance and heat resistance.In particular, in consideration of affinity with polymeric substances, oxide-based ceramics are preferable (for example, SiO, A I!
It may be either glass (vitreous) or crystallized glass. It is preferable that this porous ceramic exists in an open pore state. This is to stably impregnate and retain the ionophore and to prevent the permeation of selected ions from being inhibited by the presence of the ceramic. When the porous surface layer is composed of ion-selective ceramics as the base material.

表面層を多孔質にするとよい。イオノフオアを少なくと
も表面層において保持できればよいからである。面、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。
It is preferable to make the surface layer porous. This is because it is sufficient if the ionophore can be retained at least in the surface layer. It is better not to make the surface and base part porous, especially open pores. This is because the internal electrode and the liquid to be measured may come into direct contact with each other, making it impossible to obtain ion selectivity. What does "porous" mean here?

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)にイオノフオアを直接保持
する場合にあっては、イオノフオ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IIa11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50μl〜2m+s、基体について
50μm〜2mta、表面層について10μm1〜1 
msにするとよい。
The term also includes a state in which the term is made of ceramic fibers or polymer fibers. When ionophores are directly retained in ceramics (ion-selective or otherwise), the porosity and pore diameter of the porous surface layer must be adjusted appropriately to ensure good ionophore retention. It's good to do that. For example, the average pore diameter is preferably set to IIa11 or less. The thickness in the direction of transmission of selected ions is 50 μl to 2 m+s for the ion receptor, 50 μm to 2 mta for the substrate, and 10 μm for the surface layer.
It is better to set it to ms.

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。
This is to maintain high selectivity without reducing durability. If it is below the lower limit, sufficient selectivity cannot be achieved, while if it is present above the upper limit, it will not exhibit sufficient selectivity.

従って測定精度にあまり影響がないからである。This is because it does not have much effect on measurement accuracy.

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1円柱状など、いかな
るものであってもよい。
The shape of the ion receptor may be any shape, such as a plate or a cylinder, as long as it can exhibit its highly selective sensing function.

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(イオノフオアが保持される部分)を彼M1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1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。
The ion receptor is preferably provided with a porous surface layer (a portion in which the ionophore is held) at the tip of the support, as usual, so as to be located on the front side so that it can come into contact with the M1 constant solution. The support can be made of one of various electrically insulating materials such as polymeric substances such as resins and ceramics. It is preferable to bond the internal electrode directly to the substrate (on the opposite side to the surface layer) made of ion-selective ceramics. This is to maintain high measurement accuracy and to downsize the entire ion electrode.

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
二辺上取付けてもよい。
However, if necessary, an internal solution consisting of an electrolyte solution of selected ions may be interposed. The ion receptor may be attached to the support on two sides.

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1250〜165
0℃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。イオノフオアの
保持は所定濃度に5!整されるイオノフオア成分及び溶
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。
The ion electrode of the present invention is manufactured, for example, as follows. The base body made of ion-selective ceramics is formed at a predetermined temperature range, e.g.
Bake at 0°C. The surface layer can be formed by applying powder, solution or paste of each material with a brush, dipping, spraying, etc., and then baking it.
Various methods such as thermal spraying may also be used. The retention of ionophore is 5 at the specified concentration! It is preferable to apply a mixture of the ionophore component to be prepared and a solvent to a polymeric material onto the porous surface layer, or to impregnate the porous surface layer with a solution.

表面層及びイオノフオアは1段階的に形成。The surface layer and ionophores are formed in one step.

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、メツキ、スパッタリング、蒸着
等により肢管して、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3J−に電気的に接続して、イオン活量測定装置を得
る。
In addition to the holding method, a paste made by blending these may be used to form them all at once. A conductive material is attached to one side of the obtained ion sensitive material by printing, plating, sputtering, vapor deposition, etc. to form a conductor part. The ion sensitive body is attached to a predetermined position on the support, and a lead is connected to the conductor portion. Further, the obtained ion electrode and a reference electrode are electrically connected to a potential difference of 3 J- 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。The ion electrode of the present invention can be used for medical and chemical purposes.

製薬1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。
Pharmaceutical 1: Suitable for process control in food engineering.

〔実施例] 以下1本発明の詳細な説明する。併せて比較例について
も述べる。
[Example] The present invention will be explained in detail below. Comparative examples 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(Na Z「2S12PO12)
粉末(純度99%、42メツシユ以下)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φIOX  O,5II+mの円板■を
得る。
Example 1 (Na + selective ion electrode) (a) Production of substrate Nasicon (Na Z "2S12PO12)" prepared in advance
The powder (purity 99%, 42 mesh or less) is press-molded with a die and fired at 1250° C. for 2 hours to obtain a disc (2) of φIOX O, 5II+m made of Nasicon ceramics.

(b)表面層の形成及びイオノフオアの保持ビス(12
−クラウン−4)  loOsg及びポリ塩化ビニル5
00 @gをテトラヒドロフラン30m1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 ionophore holding screw (12
-Crown-4) loOsg and polyvinyl chloride 5
A solution prepared by dissolving 0.00@g in 30 ml of tetrahydrofuran was spin-coated on the Nasicon ceramic disk (2) to obtain an ion receptor 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1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 Nasicon powder, which is the same as the substrate material, was applied to the surface of the disk (■) of Example 1, and heated at 1200°C for 2 hours. After firing, a disk (1) with one surface made porous is obtained.

(b)イオノフオアの保持 ビス(12−クラウン−4)  lOQIIlgをテト
ラヒドロフラン20m1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) Ionophore holding bis(12-crown-4) A solution prepared by dissolving lOQIIlg in 20 ml of tetrahydrofuran is vacuum impregnated into the disk (2) to obtain an ion receptor 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に一β−アル
ミナ(K  O・ 5.5A n、、 03)粉末(純
度99%、80メツシユ以下)を用い、かつ。
Example 3 (K+ selective ion electrode) In Example 1, mono-β-alumina (KO・5.5A n,03) powder (purity 99%, 80 mesh or less) was used instead of Nasicon powder, and .

ビス(12−クラウン−4)に代えてパリノマイシンを
用い、イオン感応体3を得る。
Ion receptor 3 is obtained by using palinomycin in place of bis(12-crown-4).

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
と同じに一β−アルミナ粉末を用い、かつ、ビス(12
−クラウン−4)に代えてパ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 above Example 3 was used instead of Nasicon powder.
In the same way as above, mono-β-alumina powder was used, and bis(12
- Crown-4) is replaced with palinomycin to obtain ion receptor 4.

こうして得られたイオン感応体1〜4は夫々下足表のよ
うな組成となっている。
The ion receptors 1 to 4 thus obtained each have a composition as shown in the table below.

表 ※1 :  rPVCJはポリ塩化ビニルを示す。table *1: rPVCJ indicates polyvinyl chloride.

※2:()内は保持処理にて使用される溶媒であり。*2: The numbers in parentheses are the solvents used in the retention process.

rTHFJはテトラヒドロフランを示す。rTHFJ indicates tetrahydrofuran.

叉、得られたイオン感応体の構造を模式的1こ第四に、
第4図に示すように、実施伊11〜4で18られた各イ
オン感応体1〜4の基体表面(イオノ7t7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。
The structure of the obtained ion receptor is schematically shown below.
As shown in FIG. 4, a silver paste (internal electrode 4) is applied to the substrate surface (the side that does not hold the ion receptors 7t7) of each of the ion receptors 1 to 4 prepared in Examples 11 to 4. After connecting to the lead 5, it is attached to the tip of a Teflon support 6 to form an 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f
:L測定装置(第5図)とし、この装置を用いてNaC
CKC1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pH1Oに調整した純水に浸漬し
、NaCJ、KCj7溶液を滴下しなから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)。
[Test Example] The ion electrode 7 according to Example 1.3 was connected to an electrometer (mV) 9 together with a reference electrode 8 to generate ion activation f.
:L measurement device (Fig. 5), and using this device, NaC
Potential changes for the CKC1 solution were investigated. That is, the ion electrode and the reference electrode are immersed in pure water adjusted to pH 1O, and the NaCJ, KCj7 solution is added dropwise.
The change in potential with respect to ion concentration was investigated. Also, as a comparative example, one consisting only of the Nasicon disk ■ (Na + ion electrode).

K−β−アルミナ円板■からなるもの(K+イオン電極
)を用いて2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Na+イオン電極に
ついての結果であり、第7図はに+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
ツクスターラ、11は撹拌子、モしてAは被測定液を示
す。
Potential changes were investigated in the same manner as in 2 using a K-β-alumina disk (K+ ion electrode). The result is the 6th
, 7, FIG. 6 shows the results for the Na+ ion electrode, and FIG. 7 shows the results for the Na+ ion electrode. In FIG. 5, 10 is a magnetic stirrer, 11 is a stirrer, and A is a liquid 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、に+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(する。又1本実施例1,3
に係るイオン電極を高温80゛C下において1(100
hr放置したが異常は生ぜず。
As is clear from FIGS. 6 and 7, the ion selectivity of the Na + ion electrode and the Na + ion electrode according to the example was significantly improved compared to the corresponding comparative example.
The ion electrode related to 1 (100
I left it for hours, but no abnormality occurred.

当初の測定精度を維持した。The original measurement accuracy was maintained.

又、同一のイオノフオア成分を用いて、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℃、5k
g/c−が限界であるのに対し。
In addition, when compared with the aforementioned coated ion electrode, which uses the same ionophore component and simply coats the internal electrode surface with a polymer support membrane, the coated ion electrode can be used at 60°C and 5k.
Whereas g/c- is the limit.

本発明に係るイオン電極は70℃、  7kg/cシで
も使用可能であった。
The ion electrode according to the present invention could be used at 70° C. and at a pressure of 7 kg/c.

尚、実施例2.4に係るイオン電極につ(1ても、前記
実施例1,3におけると略同様の結果力(jすられた。
It should be noted that the ion electrodes according to Examples 2 and 4 had substantially the same resultant force (j) as in Examples 1 and 3.

[効果] 以」二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オ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オ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オア成分との複合化
によって、保持力が向上し、イオノフオア成分を使用し
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1M1定
電位の再現性に優れる。
[Effect] As described in Section 2, according to the present invention, the ionic activity of the liquid to be measured is detected by passing through at least the ionophore component and the ion-selective ceramics. By combining these, the transmission of ions not to be measured (interfering ions) is complementarily prevented, resulting in high ion selectivity as a whole.
Therefore, highly accurate measurement of ion activity becomes possible. In addition, by combining the ion-selective ceramics and the ionophore component, the retention force is improved, and the ion receptor as a whole has excellent durability such as thermal stability despite the use of the ionophore component. That is, there is little change over time and the reproducibility of the 1M1 constant potential is excellent.

特に、イオノフオ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。
In particular, it can be used at higher temperatures and pressures than conventional ion electrodes using ionophore components, and can therefore contribute to expanding the range of use. Furthermore.

一定期間使用後、使用済のイオノフオア成分(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。
After a certain period of use, the used ionophore components (and polymeric substances) are washed away and freshly retained, making it easy to use repeatedly.

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、
イオノフオアの保持処理も部品である。
Highly accurate measurement of ion activity can be maintained for a long period of time. Furthermore, due to the presence of ion-selective ceramics,
Ionophore retention treatment is also a component.

従って1本発明はイオノフオ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, the present invention effectively utilizes ionophore components and ion-selective ceramics to measure the activity of specific ions in a liquid to be measured with high accuracy over a long period of time.
It is extremely useful in the field of ion electrodes and furthermore in the field of sensors.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明のイオン感応体の一例を示す断面図。 第2,3図は、第1図の部分拡大図であって。 第2図は基体材料とは異なる材料をもって多孔質表面層
を形成してなるもの、第3図は基体材料と同一材料をも
って多孔質表面層を形成してなるもの。 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、NaC1゜KC1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I(+イオン7+Lh c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λ4 1・・・イオノフオア  7・・・イオン電極出願人 
 日本特殊陶業株式会社 代理人   弁理士  加 藤 朝 道(外1名) 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図
FIG. 1 is a sectional view showing an example of the ion receptor of the present invention. 2 and 3 are partially enlarged views of FIG. 1. FIG. 2 shows a porous surface layer formed from a material different from the base material, and FIG. 3 shows a porous surface layer formed from the same material as the base material. FIG. 4 is a sectional view showing an example of the ion electrode of the present invention. FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of an ion activity measuring device using the ion electrode of the present invention. Figure 6.7 is a graph showing potential changes based on the amount of NaC1°KC1 solution added in tests using the ion electrodes of Examples 1 and 3 and corresponding comparative examples;
Related to ion electrode (Example 1, corresponding comparative example), No. 7
The figure is I (+ ion 7 + Lh c Example 3. Comparative example)
related to. are shown respectively. 1...Substrate 2...Surface layer λ4 1...Ionophore 7...Ion electrode applicant
NGK Spark Plug Co., Ltd. Agent Patent Attorney Asami Kato (1 other person) Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] イオン感応体がイオン選択性セラミックスからなる基体
と多孔質表面層とを有し、表面層においてイオノフォア
を保持してなる、イオン電極。
An ion electrode in which an ion receptor has a base made of ion-selective ceramics and a porous surface layer, and the surface layer holds an ionophore.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5308468A (en) * 1990-05-14 1994-05-03 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Ion sensor
JPH07504840A (en) * 1991-11-06 1995-06-01 ザ クリーン ウォーター カンパニー リミテッド Improved separator
CN112415072A (en) * 2019-08-21 2021-02-26 恩德莱斯和豪瑟尔分析仪表两合公司 Method for manufacturing a sensor element and ion-selective electrode

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