JPH0222900B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は電気化学的試験・分析用電極に関し、
詳しくはイオン注入による導電性ダイヤモンドか
ら成る電気化学的試験・分析用の電極を提供する
ことを目的とする。 電気化学的試験・分析用の指示電極としては、
目的とする溶存物質に対しては電気化学反応性を
有し、溶媒や支持電解質に対してはより安定な電
極材料であることが要求される。このことから、
化学的に安定な貴金属、例えば白金、金、水銀、
および非金属で導電体である炭素材（グラフアイ
ト、パイロリテイツク・グラフアイト、グラシー
カーボン等）がこれまで良く用いられている。 これらの電極を評価する上では、(1)溶媒に対す
る安定性、例えば、水溶液に対しては、電解によ
る水素発生および酸素発生（または、金属の溶
出）の生じない電位領域（安定電位領域と呼ぶ）
の広さ、(2)その電位領域における残余電流（ノイ
ズと見なされるベース電流）の低さが重要な目安
となる。こゝで(1)の安定電位領域の広さは、より
広範囲の酸化還元電位を有する物質の電極反応試
験、並びにそれらの電気化学分析を可能にするこ
とを意味し、(2)の残余電流の低さは、より高精
度、高感度な分析を可能とし、再現性に優れた測
定を可能とするものである。 本発明者等は、ダイヤモンドが絶縁材料ではあ
るが硬さ、緻密さ、平面性、耐蝕性などの表面性
状の安定性の非常に優れた物性を有することに着
目し、それらの物性を損なわずに導電性を付加す
ることにより電気化学的試験・分析用の電極とし
て利用できるのではないかと考え、鋭意開発研究
を試みた。その結果、イオン注入によりダイヤモ
ンドの表層に導電性を付加したダイヤモンド電極
が、前記した従来の固体電極に比べ優れた特性を
有することを見出した。 本発明は上記知見に基づくものであつて、イオ
ン注入により導電性を付加したダイヤモンドから
成る電気化学的試験・分析用電極である。 以下、実施例により本発明を詳しく説明する。 イオン注入装置（200KeV、イオン源：RF型
又はニールセン型）を用い、５×４×2^tmmのダイ
ヤモンド試料に、チタン（ ⁴⁸Ti⁺）、アルゴン（
⁴⁰Ar⁺）、チツ素（ ¹⁴N⁺）、（ ¹⁴N₂ ⁺）、アルミニ
ウム（ ²⁷Al⁺）、酸素（ ¹⁶O⁺）、亜鉛（ ⁶⁴Zn）、
ヒ素（ ⁷⁵As⁺）のイオンを注入した。各々の注
入に用いた物質及び実施条件を表１に示す。

【表】 表２はイオン注入したダイヤモンドの抵抗率と
注入時の電流値を示す。

【表】 図１は抵抗率とイオン注入量の依存性を示すグ
ラフである。 表２および図１からも明らかなように、イオン
種に関係なくいずれも抵抗率は注入量に依存し、
注入量がが１〜３×10¹⁶イオン／cm²以上でほゞ一
定（飽和値）となり、その時の抵抗率値は１〜５
×10^-3Ωcmであり、導電性を有している。 上記で得られた導電性ダイヤモンドのうち、ア
ルゴンイオン（Ar⁺）と亜鉛イオン（Zn⁺）を注
入したダイヤモンド電極（Dia−ArおよびDia−
Znと略記）を選択し、これらと従来のグラシー
カーボン電極（GCと略記）について、0.1M硫酸
ナトリウム水溶液中でベース電流を比較測定した
結果、図２を得た。 図２中、正の加電圧で見られる電流の増加(A)
は、水の電解に伴う酸素発生、負の加電圧での電
流増加(B)の水素発生に対応する。この結果、特に
Dia−Znは(B)の電流増加が著るしく少なく、ま
た、平坦部（±1Vの安定電位領域）でのベース
電流（残余電流）も小さく電気化学的試験・分析
用の指示電極として優れていることが解る。 次に、これらの電極を用い、代表的な電極反応
性溶存物質である〔Fe〓（CN）₆〕^4-におけるFe
（）Fe（）＋ｌの反応性について比較した結
果を図３に示す。同図は5mMK₄〔Fe（CN）₆〕を
含む0.1M硫酸ナトリウム水溶液を用いて測定し
たサイクリツク・ボルタモグラムである。Dia−
ZnとDia−Arはほゞ等しい反応性を示す。GCで
は波高値がやゝ高いが、酸化（＞０）および還
元（＜０）における電流ピーク間の電位差（△
Ｅ）は、ダイヤモンド電極に比べGCで大きく、
ダイヤモンド電極において反応の可逆性（反応速
度）が高いことを示している。 また、溶液中のカドミウムイオンを電析させ、
さらにそれを溶出させる過程を繰返させるサイク
リツクボルタムメトリー（50ｍVS^-1、25℃で測
定）の結果は、ダイヤモンド電極、特にDia−Zn
において、電流−電圧曲線の再現性が高く、析出
したカドミウムの電極表面での吸蔵等、再現性を
低下させる要因の少ないことが認められた。 これらの結果は、本発明の電極が、イオン注入
によりダイヤモンド表層の結晶を破壊して非晶質
炭素とした導電性ダイヤモンド電極であり、ダイ
ヤモンド表面の硬さ、緻密さ、平面性、耐蝕性等
表面性状の安定性に優れていることに起因するも
のと考えられる。 以上詳述したように、本発明のイオン注入によ
る導電性ダイヤモンド電極は、(i)安定電位領域の
広さ、(ii)そこでの残余電流の低さ、(iii)溶存物質の
電極反応性の高さ、(iv)反応の繰返し再現性の良さ
等、電気化学的試験・分析用指示電極として優れ
た特性を有する。 なお、本実施例では、Dia−ZnとDia Ar電極
を例にとつて説明したが、他のイオン種を注入し
たダイヤモンド電極の場合も表２および図１から
も明らかなように抵抗率値は10^-3Ωcm程度でいず
れも同程度の導電性を有しているので、電気化学
的試験・分析用指示電極として同様な特性が得ら
れることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

図１は本発明の実施例で得られた抵抗率とイオ
ン注入量の関係を示すグラフ、図２は本発明の実
施例で得られたダイヤモンド電極とグラシーカー
ボン電極とのベース電流を比較測定したグラフ、
図３は本発明の実施例で得られたダイヤモンド電
極とグラシーカーボン電極とを比較測定したサイ
クリツク・ボルタモグラムを示すグラフ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ イオン注入により導電性を付加したダイヤモ
   ンドから成る電気化学的試験・分析用電極。 ２ 前記のイオンがAr⁺などの不活性ガスイオ
   ン、O⁺などの活性ガスイオン、Znなどの金属イ
   オンであることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の電気化学的試験・分析用電極。 ３ 前記のイオン注入量が５×10¹⁵イオン／cm²以
   上であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の電気化学的試験・分析用電極。