JPH0213262B2 - - Google Patents
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- JPH0213262B2 JPH0213262B2 JP55117990A JP11799080A JPH0213262B2 JP H0213262 B2 JPH0213262 B2 JP H0213262B2 JP 55117990 A JP55117990 A JP 55117990A JP 11799080 A JP11799080 A JP 11799080A JP H0213262 B2 JPH0213262 B2 JP H0213262B2
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- membrane
- electrode
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- ions
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/333—Ion-selective electrodes or membranes
- G01N27/3335—Ion-selective electrodes or membranes the membrane containing at least one organic component
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電示分析法において用いるイオン選択
性固体膜電極に関する。
性固体膜電極に関する。
本発明の発明者は先に、電気透析に用いられて
いるイオン交換樹脂膜がイオン選択性電極膜とし
て作用することを見出し、特願昭55−81844号、
特願昭55−81845号においてイオン交換樹脂膜を
イオン選択性電極膜として用いることを提案し
た。イオン交換樹脂膜はその膜を貫通して電流を
流すことにより目的のイオンを選択的に透過させ
るのがその用法の基本的な型であつて、電解溶液
の濃縮、電解槽における隔膜等に用いられてい
る。従つてイオン交換膜については電流を流した
状態でのイオンの透過性が研究の対象となつてお
り、異種電解質溶液或は同種電解質の濃度の異な
る溶液の境界にイオン交換膜を置き電流を流さな
い状態における平衡状態については研究されてい
ない。本発明の発明者はこの場合について実験
し、膜の両側に電位差が発生しており、かつその
電位差はその膜が選択的に感応するイオンの両側
の溶液における活量差の対数に比例し、ネルンス
トの式が成立していることを見出した。しかもこ
の場合平衡状態への到達はきわめて短時間
(1msec以下と推定される)で成立し、従つてイ
オン選択性電極として用いた場合、試料溶液の変
化に対する応答性が速い。またイオン交換膜は通
電状態で使用するものであるから電気抵抗が低く
なる方向の努力が重ねられており、膜の電気抵抗
が低いから電位差測定に当つてガラス電極(きわ
めて高抵抗)の場合のような特別高入力インピー
ダンスの測定装置を必要とせず、電極電位の測定
が容易である。更にイオン交換樹脂膜を用いたイ
オン電極は液体膜電極、固体膜電極と云う分類に
従えば固体膜電極であるが、他の固体膜電極例え
ば塩化銀電極等と異なり溶液中の蛋白質等による
性能の劣化が殆どないと云う特徴と有し、従つて
生体液中の電解質濃度の測定等に対し甚だ適した
ものである。
いるイオン交換樹脂膜がイオン選択性電極膜とし
て作用することを見出し、特願昭55−81844号、
特願昭55−81845号においてイオン交換樹脂膜を
イオン選択性電極膜として用いることを提案し
た。イオン交換樹脂膜はその膜を貫通して電流を
流すことにより目的のイオンを選択的に透過させ
るのがその用法の基本的な型であつて、電解溶液
の濃縮、電解槽における隔膜等に用いられてい
る。従つてイオン交換膜については電流を流した
状態でのイオンの透過性が研究の対象となつてお
り、異種電解質溶液或は同種電解質の濃度の異な
る溶液の境界にイオン交換膜を置き電流を流さな
い状態における平衡状態については研究されてい
ない。本発明の発明者はこの場合について実験
し、膜の両側に電位差が発生しており、かつその
電位差はその膜が選択的に感応するイオンの両側
の溶液における活量差の対数に比例し、ネルンス
トの式が成立していることを見出した。しかもこ
の場合平衡状態への到達はきわめて短時間
(1msec以下と推定される)で成立し、従つてイ
オン選択性電極として用いた場合、試料溶液の変
化に対する応答性が速い。またイオン交換膜は通
電状態で使用するものであるから電気抵抗が低く
なる方向の努力が重ねられており、膜の電気抵抗
が低いから電位差測定に当つてガラス電極(きわ
めて高抵抗)の場合のような特別高入力インピー
ダンスの測定装置を必要とせず、電極電位の測定
が容易である。更にイオン交換樹脂膜を用いたイ
オン電極は液体膜電極、固体膜電極と云う分類に
従えば固体膜電極であるが、他の固体膜電極例え
ば塩化銀電極等と異なり溶液中の蛋白質等による
性能の劣化が殆どないと云う特徴と有し、従つて
生体液中の電解質濃度の測定等に対し甚だ適した
ものである。
イオン交換樹脂膜をアニオン電極膜としたとき
のイオン選択性はイオン交換膜としてのイオン透
過性と関係しており、一般にカチオン交換膜はカ
チオンに対して選択性を示しアニオン交換膜はア
ニオンに対して選択性を示す。イオン交換膜はイ
オンの電価数には関係なく同極性のイオンに対し
て透過性を持つものであり、従つて普通のイオン
交換膜を用いてイオン選択性電極を構成した場
合、カチオン選択性電極、アニオン選択性電極が
得られるが、夫々の極性のイオンについて電価数
による選択性は得ることができない。もちろんイ
オン交換膜としても極性だけでなく電荷数によつ
ても透過性が異なるイオン交換膜はイオン選別に
おいて望まれるものであるから、そのようなイオ
ン交換膜を得る工夫もなされており、一価アニオ
ン透過性イオン交換膜とか一価カチオン透過性イ
オン交換膜等が市販されており、夫々一価カチオ
ン選択性電極、一価アニオン選択性電極等が得ら
れる。しかし市販の一価アニオン或は一価カチオ
ン透過性イオン交換膜を用いた電極ではなお二価
イオンに対する感応性が残存して試料中に二価イ
オンが存在するとその妨害を受ける。従つて現状
においてはイオン交換膜を用いて任意のイオン選
択性を有する電極を云うことはできず、プロード
なイオン選択性を持つた電極しか得られない。
のイオン選択性はイオン交換膜としてのイオン透
過性と関係しており、一般にカチオン交換膜はカ
チオンに対して選択性を示しアニオン交換膜はア
ニオンに対して選択性を示す。イオン交換膜はイ
オンの電価数には関係なく同極性のイオンに対し
て透過性を持つものであり、従つて普通のイオン
交換膜を用いてイオン選択性電極を構成した場
合、カチオン選択性電極、アニオン選択性電極が
得られるが、夫々の極性のイオンについて電価数
による選択性は得ることができない。もちろんイ
オン交換膜としても極性だけでなく電荷数によつ
ても透過性が異なるイオン交換膜はイオン選別に
おいて望まれるものであるから、そのようなイオ
ン交換膜を得る工夫もなされており、一価アニオ
ン透過性イオン交換膜とか一価カチオン透過性イ
オン交換膜等が市販されており、夫々一価カチオ
ン選択性電極、一価アニオン選択性電極等が得ら
れる。しかし市販の一価アニオン或は一価カチオ
ン透過性イオン交換膜を用いた電極ではなお二価
イオンに対する感応性が残存して試料中に二価イ
オンが存在するとその妨害を受ける。従つて現状
においてはイオン交換膜を用いて任意のイオン選
択性を有する電極を云うことはできず、プロード
なイオン選択性を持つた電極しか得られない。
本発明は或る限定されたイオンに対してのみ感
応性を示す即ち比較的鋭い感応スペクトルを有す
るイオン選択性電極膜を得るためのイオン交換膜
に対する一つの改質手段を提供することを目的と
するものである。
応性を示す即ち比較的鋭い感応スペクトルを有す
るイオン選択性電極膜を得るためのイオン交換膜
に対する一つの改質手段を提供することを目的と
するものである。
本発明は均質膜構造の電気透析用アニオン交換
膜の表面をカチオン交換基を含む試薬で処理して
膜表面にアニオン交換基とカチオン交換基とを共
存させることにより一価アニオンにのみ選択的に
感応するアニオン選択性電極膜を得ることを内容
とするものである。
膜の表面をカチオン交換基を含む試薬で処理して
膜表面にアニオン交換基とカチオン交換基とを共
存させることにより一価アニオンにのみ選択的に
感応するアニオン選択性電極膜を得ることを内容
とするものである。
アニオン交換膜はアニオン交換基を含んでお
り、カチオン交換膜はカチオン交換基を含んでい
る。従つてアニオン交換膜にカチオン交換基を含
有させるとアニオンの透過性が阻害されると予想
される。この場合カチオン交換基のアニオン透過
性阻害作用は全てのアニオンに対し一様に作用す
るのでなく、カチオンの含有量に従い多価アニオ
ンから順に透過性が阻害されて行く。このことゝ
呼応してアニオン全般に透過性を示すアニオン交
換膜或は或る程度一価アニオンに対し選択的透過
性を高めたアニオン交換膜の表面にカチオン交換
基を結合させると一価アニオンに対して選択性を
獲得し一価アニオンに対する選択性がより鮮鋭と
なり、更に処理を進めると一価アニオンのうちで
も或る一群のアニオンに対してのみ選択性を示す
イオン選択性電極膜を得ることができる。以下実
施例によつて本発明を説明する。
り、カチオン交換膜はカチオン交換基を含んでい
る。従つてアニオン交換膜にカチオン交換基を含
有させるとアニオンの透過性が阻害されると予想
される。この場合カチオン交換基のアニオン透過
性阻害作用は全てのアニオンに対し一様に作用す
るのでなく、カチオンの含有量に従い多価アニオ
ンから順に透過性が阻害されて行く。このことゝ
呼応してアニオン全般に透過性を示すアニオン交
換膜或は或る程度一価アニオンに対し選択的透過
性を高めたアニオン交換膜の表面にカチオン交換
基を結合させると一価アニオンに対して選択性を
獲得し一価アニオンに対する選択性がより鮮鋭と
なり、更に処理を進めると一価アニオンのうちで
も或る一群のアニオンに対してのみ選択性を示す
イオン選択性電極膜を得ることができる。以下実
施例によつて本発明を説明する。
カチオン交換基にはスルホン酸基、カルボン酸
基、ホスホン基のような酸性基があり、原理的に
は種々なスルホン酸、カルボン酸或は燐酸誘導体
を用いてアニオン交換樹脂膜を処理すれば目的が
達成できるが、種々実験の結果によるとスルホン
酸を用いるのが処理操作が簡単で良好な結果が得
られる。この場合スルホン酸水溶液にアニオン交
換膜を数日間浸漬しておくだけでよい。浸漬時間
が数日と云う長さであるから処理の最適点が見付
け易い。
基、ホスホン基のような酸性基があり、原理的に
は種々なスルホン酸、カルボン酸或は燐酸誘導体
を用いてアニオン交換樹脂膜を処理すれば目的が
達成できるが、種々実験の結果によるとスルホン
酸を用いるのが処理操作が簡単で良好な結果が得
られる。この場合スルホン酸水溶液にアニオン交
換膜を数日間浸漬しておくだけでよい。浸漬時間
が数日と云う長さであるから処理の最適点が見付
け易い。
第1図はイオン交換膜をイオン選択性電極膜と
して試料溶液のイオン濃度を測定する装置の構成
を示す。1,2は電極槽で槽1の底がイオン交換
膜よりなる電極膜3になつており、槽2は試料溶
液4との間に液絡5を有する。槽1,2内には電
極内部液として同じ既知濃度の電解質溶液(例え
ばKCl水溶液)6が入れてあり、この液に内部電
極7,8が挿入してあつて、内部電極7,8間の
電位差を測定するようになつている。内部電極7
の同8に対する電位は電極膜3の両側の電位差で
あり、これが試料溶液中の目的イオンの濃度と関
係している。
して試料溶液のイオン濃度を測定する装置の構成
を示す。1,2は電極槽で槽1の底がイオン交換
膜よりなる電極膜3になつており、槽2は試料溶
液4との間に液絡5を有する。槽1,2内には電
極内部液として同じ既知濃度の電解質溶液(例え
ばKCl水溶液)6が入れてあり、この液に内部電
極7,8が挿入してあつて、内部電極7,8間の
電位差を測定するようになつている。内部電極7
の同8に対する電位は電極膜3の両側の電位差で
あり、これが試料溶液中の目的イオンの濃度と関
係している。
第2図のカーブAは市販のアニオン交換膜をア
ルキルベンゼンスルホン酸(ABS)水溶液中に
1週間浸漬しておいたものを電極膜3とし、
0.1M燐酸緩衝液においてKClの濃度を変えたも
のを試料溶液として電極7,8間の電位差をmV
で示したものであり、KClの濃度(meq/)
100〜102の範囲で濃度の対数に対し良い直線性を
示している。カーブBは同じイオン交換膜の未処
理のものを電極膜3とした場合の結果である。試
料溶液は燐酸緩衝液でPO4 3+,HPO4 2+を含んで
おり、KCl濃度の低い所では燐酸類のイオンの妨
害(即ちこれらのイオンにも感応している)でカ
ーブが寝ており、Cl-の濃度測定ができなくなつ
ている。この結果によつて上述した処理により多
価アニオンに対する感応性が除去されていること
が判る。
ルキルベンゼンスルホン酸(ABS)水溶液中に
1週間浸漬しておいたものを電極膜3とし、
0.1M燐酸緩衝液においてKClの濃度を変えたも
のを試料溶液として電極7,8間の電位差をmV
で示したものであり、KClの濃度(meq/)
100〜102の範囲で濃度の対数に対し良い直線性を
示している。カーブBは同じイオン交換膜の未処
理のものを電極膜3とした場合の結果である。試
料溶液は燐酸緩衝液でPO4 3+,HPO4 2+を含んで
おり、KCl濃度の低い所では燐酸類のイオンの妨
害(即ちこれらのイオンにも感応している)でカ
ーブが寝ており、Cl-の濃度測定ができなくなつ
ている。この結果によつて上述した処理により多
価アニオンに対する感応性が除去されていること
が判る。
第3図のカーブは一価アニオン選択膜を用いた
場合で、電極としてのイオン選択性が処理によつ
て一価アニオンのうちでも或る一群に絞られて来
ることを示している。横軸はCl-イオン活量
(KCl水溶液を試料として用いている)を示し、
縦軸は第1図の電極7,8間の電位差である。電
極膜は市販の一価アニオン交換膜をABS溶液に
2週間浸漬したものである。カーブ0は試料溶液
として純KCl水溶液を用い他のイオンを含まない
場合である。カーブF-は試料のKCl水溶液に
10mmol/の濃度でフツ素イオンF-を含ませた
場合を示すCl-イオン濃度の低い所でF-の妨害作
用が現れている。以下同様にカーブHC―OO-は
蟻酸を10mmol/の濃度で加えた場合、カーブ
Br-は臭素イオン、カーブNO3 -は硝酸イオン、
カーブI-はヨー素イオン、カーブClO4は過塩素
酸イオンを夫々10mmol/の濃度で加えた試料
溶液を用いた場合の結果であり、この図からCl-
の測定に対して妨害作用の大きいグループと小さ
いグループのあることが判る。妨害作用の大きい
グループのイオンはBr-,NO3 -,I-,ClO4 -で、
妨害作用が大きいと云うことは電極膜がこれらの
イオンに対してCl-と同程度の感応性を持つてい
ると云うことである。これに対してF-,HCOO-
(一般的にカルボン酸基イオン)は妨害作用が少
なく、これは電極膜がこれらの一価アニオンに対
しては感応性を有しないことを意味している。下
表は一価アニオン交換膜に上述処理を行つた場
合、イオン選択性電極膜として用いた場合の感応
性を示す。
場合で、電極としてのイオン選択性が処理によつ
て一価アニオンのうちでも或る一群に絞られて来
ることを示している。横軸はCl-イオン活量
(KCl水溶液を試料として用いている)を示し、
縦軸は第1図の電極7,8間の電位差である。電
極膜は市販の一価アニオン交換膜をABS溶液に
2週間浸漬したものである。カーブ0は試料溶液
として純KCl水溶液を用い他のイオンを含まない
場合である。カーブF-は試料のKCl水溶液に
10mmol/の濃度でフツ素イオンF-を含ませた
場合を示すCl-イオン濃度の低い所でF-の妨害作
用が現れている。以下同様にカーブHC―OO-は
蟻酸を10mmol/の濃度で加えた場合、カーブ
Br-は臭素イオン、カーブNO3 -は硝酸イオン、
カーブI-はヨー素イオン、カーブClO4は過塩素
酸イオンを夫々10mmol/の濃度で加えた試料
溶液を用いた場合の結果であり、この図からCl-
の測定に対して妨害作用の大きいグループと小さ
いグループのあることが判る。妨害作用の大きい
グループのイオンはBr-,NO3 -,I-,ClO4 -で、
妨害作用が大きいと云うことは電極膜がこれらの
イオンに対してCl-と同程度の感応性を持つてい
ると云うことである。これに対してF-,HCOO-
(一般的にカルボン酸基イオン)は妨害作用が少
なく、これは電極膜がこれらの一価アニオンに対
しては感応性を有しないことを意味している。下
表は一価アニオン交換膜に上述処理を行つた場
合、イオン選択性電極膜として用いた場合の感応
性を示す。
感応性を有するイオン Cl-,Br-,I-,
NO3 -,ClO3 -,ClO4 感応しないイオン HCO3 -,CH3COO-,
SO4 2-,HPO4 2-,PO4 3- 上記両者の中間のイオン HCOO-,F-,
C2O4 2-,S2-,H2PO4 - 本発明はアニオン交換樹脂膜の表面にカチオン
交換基を結合させ、カチオン交換基がアニオン交
換膜におけるアニオン交換基の機能を抑制する効
果を利用してアニオン交換膜のイオン選択性電極
膜としてのイオン選択性のスペクトルを全アニオ
ンから一価アニオンへ、更に一価アニオンの中で
も或る一群の一価アニオンへと狭めることにより
イオン選択特性を操作するもので、任意の一種類
のイオンにのみ感応する電極を得ると云つたもの
ではないが、任意の試料において一つのイオン選
択性スペクトルに属する複数値のイオンが同時に
含まれていると云う場合は滅多にないので、実質
的にはかなり自由に測定しようとする対象イオン
に適したイオン選択性電極を構成することが可能
となる。
NO3 -,ClO3 -,ClO4 感応しないイオン HCO3 -,CH3COO-,
SO4 2-,HPO4 2-,PO4 3- 上記両者の中間のイオン HCOO-,F-,
C2O4 2-,S2-,H2PO4 - 本発明はアニオン交換樹脂膜の表面にカチオン
交換基を結合させ、カチオン交換基がアニオン交
換膜におけるアニオン交換基の機能を抑制する効
果を利用してアニオン交換膜のイオン選択性電極
膜としてのイオン選択性のスペクトルを全アニオ
ンから一価アニオンへ、更に一価アニオンの中で
も或る一群の一価アニオンへと狭めることにより
イオン選択特性を操作するもので、任意の一種類
のイオンにのみ感応する電極を得ると云つたもの
ではないが、任意の試料において一つのイオン選
択性スペクトルに属する複数値のイオンが同時に
含まれていると云う場合は滅多にないので、実質
的にはかなり自由に測定しようとする対象イオン
に適したイオン選択性電極を構成することが可能
となる。
第1図はイオン選択性固体膜電極を用いたイオ
ン濃度測定装置の概要を示す側面図、第2図は本
発明の一実施例のイオン選択性電極膜の性能を示
すグラフ、第3図は本発明の他の実施例における
イオン選択性電極膜の性能を示すグラフである。 1,2…電極槽、3…イオン選択性固体膜、4
…試料溶液、5…液絡、6…電極内部液、7,8
…内部電極。
ン濃度測定装置の概要を示す側面図、第2図は本
発明の一実施例のイオン選択性電極膜の性能を示
すグラフ、第3図は本発明の他の実施例における
イオン選択性電極膜の性能を示すグラフである。 1,2…電極槽、3…イオン選択性固体膜、4
…試料溶液、5…液絡、6…電極内部液、7,8
…内部電極。
Claims (1)
- 1 アニオン交換樹脂膜或は一価アニオン交換樹
脂膜の表面をカチオン交換基を含む試薬で処理す
ることにより上記膜表面にカチオン交換基を結合
させ、このようにして得られた固体膜を試料溶液
と電極内部液との境界に張設したイオン選択性固
体膜電極。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP55117990A JPS5740642A (en) | 1980-08-26 | 1980-08-26 | Ion selective type solid film electrode |
DE8181104552T DE3172697D1 (en) | 1980-06-16 | 1981-06-12 | Electrode for measurement of ion activity |
EP81104552A EP0042157B1 (en) | 1980-06-16 | 1981-06-12 | Electrode for measurement of ion activity |
US06/675,517 US4597848A (en) | 1980-06-16 | 1984-11-28 | Electrode for measurement of ion activity |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP55117990A JPS5740642A (en) | 1980-08-26 | 1980-08-26 | Ion selective type solid film electrode |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5740642A JPS5740642A (en) | 1982-03-06 |
JPH0213262B2 true JPH0213262B2 (ja) | 1990-04-03 |
Family
ID=14725290
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP55117990A Granted JPS5740642A (en) | 1980-06-16 | 1980-08-26 | Ion selective type solid film electrode |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5740642A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010139269A (ja) * | 2008-12-09 | 2010-06-24 | Sharp Corp | 化学物質センシング素子、ガス分析装置ならびに化学物質センシング素子を用いたエタノールの濃度を検出する方法 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0307583B1 (de) * | 1987-09-04 | 1992-04-01 | Willi Möller AG | Ionenselektiver Teil von Vorrichtungen zur Bestimmung der Ionenkonzentrationen und Verfahren zur Herstellung von hydrophile Gruppen aufweisenden Polymermaterialien |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS4983493A (ja) * | 1972-11-16 | 1974-08-10 | ||
JPS577559A (en) * | 1980-06-16 | 1982-01-14 | Shimadzu Corp | Measuring apparatus for chlorine ion in living body fluid |
-
1980
- 1980-08-26 JP JP55117990A patent/JPS5740642A/ja active Granted
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS4983493A (ja) * | 1972-11-16 | 1974-08-10 | ||
JPS577559A (en) * | 1980-06-16 | 1982-01-14 | Shimadzu Corp | Measuring apparatus for chlorine ion in living body fluid |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010139269A (ja) * | 2008-12-09 | 2010-06-24 | Sharp Corp | 化学物質センシング素子、ガス分析装置ならびに化学物質センシング素子を用いたエタノールの濃度を検出する方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5740642A (en) | 1982-03-06 |
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