JPH03287060A - Solid-state chemical sensor - Google Patents

Solid-state chemical sensor

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JPH03287060A
JPH03287060A JP2088907A JP8890790A JPH03287060A JP H03287060 A JPH03287060 A JP H03287060A JP 2088907 A JP2088907 A JP 2088907A JP 8890790 A JP8890790 A JP 8890790A JP H03287060 A JPH03287060 A JP H03287060A
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JP
Japan
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solid
chemical sensor
sensitive membrane
ion
intermediate layer
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JP2088907A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuji Miyahara
裕二 宮原
Keiji Tsukada
啓二 塚田
Yasuhisa Shibata
康久 柴田
Duerselen Lukas
ルーカス デュルセレン
Oesterri Ursla
ウルシュラ オエステルリ
Hauser Peter
ピーター ハウザー
Tan Suzie
スージー タン
Schlatter Konrad
コンラッド シュラッター
E Morf Werner
ウエルナー E モルフ
Simon Wilhelm
ウイルヘルム シモン
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PURPOSE: To obtain a highly reliable solid chemical sensor in which drift is suppressed by providing an intermediate layer for establishing an equilibrium reaction in a polymer ion photosensitive membrane and/or a solid between them. CONSTITUTION: As a solid for forming an ion sensitive membrane, a silver plate 1 is immersed into a hydrochloric acid and a silver chloride layer 2 is formed on the surface of the silver plate 1 through electrolysis using a platinum counter electrode. The silver/silver chloride electrode is then sealed with epoxy resin 5 except a detecting part 3 and a take-out electrode 4. Subsequently, agar of KCl solution is injected into the surface of the silver plate 1 at the detecting part 3 and eventually cooled to form a gel intermediate layer 6. A potassium-sensitive membrane 7 composed of polyvinyl chloride, bis, adipate, etc., is formed on the intermediate layer 6. Consequently, the potential on the interface of the solid/intermediate layer and the intermediate layer/ion sensitive membrane is stabilized electrochemically resulting in a highly accurate analysis.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は医療計測または環境計測に使用する化学分析装
置の固体化学センサに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a solid chemical sensor for a chemical analysis device used for medical measurement or environmental measurement.

[従来の技術] 従来、医療計測(例えば血液中の電解質)または環境計
測に使用される化学分析装置のセンサは。
[Prior Art] Conventionally, sensors of chemical analyzers are used for medical measurement (for example, electrolytes in blood) or environmental measurement.

イオン感応膜が固体上に直接形成されていた〔アナリテ
イカル・ケミストリ−(Anal、 Chem、)第4
7巻、第13号(1975年)2238〜2243頁、
同第46巻、第14号(1974年)第2223〜22
24頁〕。
Ion-sensitive membranes were formed directly on solids [Analytical Chemistry (Anal, Chem), Vol.
Volume 7, No. 13 (1975) pp. 2238-2243,
Volume 46, No. 14 (1974) No. 2223-22
24 pages].

また、ポリ塩化ビニルから成るイオン感応膜を固体上に
直接形成した固体化学センサのドリフトを改善するため
に、AgまたはA g / A g CAの電極にカー
ボンをコーティングし、その上にイオン感応膜を形成す
る方法が報告されている[ウルシュラ オエステルリ;
デイプローマ論文、スイス連邦工科大学、チュウーリツ
ヒ(1989年)(Ursula 0esterle:
 Diplomarbeit。
In addition, in order to improve the drift of solid-state chemical sensors in which an ion-sensitive film made of polyvinyl chloride is formed directly on a solid, carbon is coated on the Ag or A g /A g CA electrode, and an ion-sensitive film is placed on top of it. A method for forming [Ursula oesterli;
Diploma thesis, Swiss Federal Institute of Technology, Zurich (1989) (Ursula Oesterle:
Diplomarbeit.

Eidgen;5sische  Technfsch
e、  Zurich(19139))コ 、[発明が
解決しようとする課題] 前記従来技術のセンサでは、金属または絶縁物等の固体
上に、直接高分子イオン感応膜が形成されているために
、固体とイオン感応膜との間でイオンまたは電子等の荷
電粒子の交換反応が容易でなく、そのため、固体/イオ
ン感応膜界面の電位が電気化学的に定まらず、該センサ
はドリフトが大きく信頼性に欠けると云う問題があった
Eidgen;5sische Technfsch
[Problems to be Solved by the Invention] In the sensors of the prior art, since the polymer ion-sensitive membrane is directly formed on a solid such as a metal or an insulator, The exchange reaction of charged particles such as ions or electrons between the solid state and the ion-sensitive membrane is not easy, and as a result, the potential at the solid/ion-sensitive membrane interface is not electrochemically determined, and the sensor suffers from large drifts and is unreliable. There was a problem that it was missing.

また、AgまたはA g / A g CQの電極にカ
ーボンをコーティングした程度ではイオンまたは電子等
の荷電粒子の交換反応が不十分であった。
Further, the exchange reaction of charged particles such as ions or electrons was insufficient to the extent that the Ag or Ag/Ag CQ electrode was coated with carbon.

本発明の目的は、高分子イオン感応膜と固体との間の電
位を安定に保ち、ドリフトが小さく信頼性の高い固体化
学センサを提供することにある6[課題を解決するため
の手段] 前記目的を達成するために、高分子イオン感応膜または
/および固体と平衡反応が成立し易い中間層を設けるこ
とにあり、本発明の要旨は下記のとおりである。
An object of the present invention is to provide a solid-state chemical sensor that keeps the potential between a polymer ion-sensitive membrane and a solid stable and has low drift and high reliability.6 [Means for Solving the Problems] In order to achieve the object, an intermediate layer is provided that can easily form an equilibrium reaction with a polymer ion-sensitive membrane and/or a solid, and the gist of the present invention is as follows.

(1)金属または無機の固体上に高分子イオン感応膜を
有する固体化学センサにおいて、 前記高分子イオン感応膜と固体の間に、高分子イオン感
応膜または/および固体に平衡反応を成立させる中間層
を設けたことを特徴とする固体化学センサ。
(1) In a solid-state chemical sensor having a polymer ion-sensitive membrane on a metal or inorganic solid, an intermediate is provided between the polymer ion-sensitive membrane and the solid to establish an equilibrium reaction in the polymer ion-sensitive membrane and/or the solid. A solid-state chemical sensor characterized by having layers.

(2)金属または無機の固体上に高分子イオン感応膜を
有する固体化学センサにおいて、 該高分子イオン感応膜と固体との間に、目的イオンを含
む親水性ゲルまたは該ゲルを含有する導電性粉末からな
る中間層を設けたことを特徴とする固体化学センサ。
(2) In a solid-state chemical sensor having a polymer ion-sensitive membrane on a metal or inorganic solid, a hydrophilic gel containing a target ion or a conductive gel containing the gel is provided between the polymer ion-sensitive membrane and the solid. A solid-state chemical sensor characterized by having an intermediate layer made of powder.

(3)金属または無機の固体上に高分子イオン感応膜を
有する固体化学センサにおいて、 前記固体が白金、金、銀、銀/塩化銀、二酸化シリコン
、窒化シリコン、酸化アルミニウム。
(3) In a solid-state chemical sensor having a polymer ion-sensitive membrane on a metal or inorganic solid, the solid is platinum, gold, silver, silver/silver chloride, silicon dioxide, silicon nitride, or aluminum oxide.

五酸化タンタルから選ばれた固体であり。It is a solid selected from tantalum pentoxide.

前記高分子イオン感応膜は母材、可塑剤、イオン感応物
質から成り 前記母材が有機高分子材料、可塑剤がビス(2−エチル
ヘキシル)アジペイト[B15−(2−ethylhe
xyl)adipate) 、ビス(2−エチルヘキシ
ル)セバケイト[Bis (2−ethylhexyl
)seba−cate、 ) t トリ−(2−エチル
ヘキシル)トリメリティト(tri −(2−ethy
lhexyl)trimellitate)、イオン感
応物質がバリノマイシン、ノナクチン/モナクチンの抗
生物質、クラウンエーテル。
The polymer ion-sensitive membrane is composed of a base material, a plasticizer, and an ion-sensitive substance, wherein the base material is an organic polymer material and the plasticizer is bis(2-ethylhexyl)adipate [B15-(2-ethylhexyl)].
xyl) adipate), Bis(2-ethylhexyl) sebacate
) seba-cate, ) t tri-(2-ethylhexyl) trimellitite (tri-(2-ethy
lhexyl) trimellitate), ion sensitive substance is valinomycin, nonactin/monactin antibiotic, crown ether.

第4級アンモウム塩、金属ポルフィリンから選ばれ、 前記高分子イオン感応膜と固体の間に、高分子イオン感
応膜または/および固体に平衡反応を成立させる中間層
を設けたることを特徴とする固体化学センサ。
A solid selected from quaternary ammonium salts and metal porphyrins, characterized in that an intermediate layer is provided between the polymer ion-sensitive membrane and the solid to establish an equilibrium reaction in the polymer ion-sensitive membrane and/or the solid. chemical sensor.

(4)金属または無機の固体上に高分子イオン感応膜を
有する固体化学センサにおいて、 前記固体が、シルバーテトラフェニルボレート、(sj
、1vsr tetoraphsnyl borate
)、シルバーアイオダイド(silver 1odid
e)、シルバーオクタデカンチオール(silver 
octadecan thyoL)から選ばれる物質に
より表面が化学修飾されていることを特徴とする固体化
学センサ。
(4) A solid-state chemical sensor having a polymer ion-sensitive membrane on a metal or inorganic solid, wherein the solid is silver tetraphenylborate, (sj
, 1vsr tetraphsnyl borate
), silver iodide
e), silver octadecanethiol (silver
A solid-state chemical sensor, the surface of which is chemically modified with a substance selected from octadecan thyoL.

(5)金属または無機の固体上に高分子イオン感応膜を
有する固体化学センサにおいて。
(5) In a solid-state chemical sensor having a polymer ion-sensitive membrane on a metal or inorganic solid.

該高分子イオン感応膜と固体との間に、導電性粉末に親
油性の大きい物質を含有させた中間層を設けたことを特
徴とする固体化学センサ。
A solid-state chemical sensor characterized in that an intermediate layer made of conductive powder containing a highly lipophilic substance is provided between the polymer ion-sensitive membrane and the solid.

(6)ゲート絶縁膜を有する電界効果型トランジスタ(
Insulated Gate Field Effe
ct Transistor)の表面に高分子イオン感
応膜が設けられおり、前記高分子イオン感応膜と前記絶
縁膜との間に、高分子イオン感応膜または/および絶縁
膜に平衡反応を成立させる中間層を設けたことを特徴と
する固体化学センサ。
(6) Field-effect transistor with gate insulating film (
Insulated Gate Field Effe
A polymer ion sensitive film is provided on the surface of the polymer ion sensitive film and the insulating film, and an intermediate layer is provided between the polymer ion sensitive film and/or the insulating film to establish an equilibrium reaction in the polymer ion sensitive film and/or the insulating film. A solid-state chemical sensor characterized by:

上記平衡反応を成立させるための中間層としては、目的
イオンを含むゲル材料があり、電解質溶液に湿潤させた
寒天、ポリアクリルアミド、デキストラン、ポリ(2−
ヒドロキシ二チル メタクリレイト)  (p −HE
 M A )が用いられる。また、カーボン、銀、金、
白金等の導電性粉末に上記ゲルを含浸させるのがより好
ましい。
The intermediate layer for establishing the above equilibrium reaction is a gel material containing target ions, such as agar, polyacrylamide, dextran, poly(2-
Hydroxydityl methacrylate) (p-HE
M A ) is used. Also, carbon, silver, gold,
More preferably, a conductive powder such as platinum is impregnated with the gel.

上記構造ではイオン感応膜とゲルとの界面で目的イオン
の交換が容易に行なわれ、両界面の電気化学的平衡が容
易に達し得る。
In the above structure, target ions can be easily exchanged at the interface between the ion-sensitive membrane and the gel, and electrochemical equilibrium can be easily achieved at both interfaces.

また固体として銀/塩化銀(Ag/AgCQ)を用い、
ゲルに目的イオンの塩化物溶液を湿潤させた系では、固
体(A g CQ )と塩素イオン含有ゲルとの間で(
1)式の平衡反応が成り立ち、ゲル/固体界面も電気化
学的平衡に達し得る。
Also, using silver/silver chloride (Ag/AgCQ) as a solid,
In a system where the gel is wetted with a chloride solution of the target ion, there is a relationship between the solid (A g CQ ) and the chloride ion-containing gel (
1) The equilibrium reaction of equation 1 is established, and the gel/solid interface can also reach electrochemical equilibrium.

AgC氾: A g ” + CQ−・・・・・・・・
・(1)さらに、導電性粉末層中に1例えばヨウ素のよ
うに親油性の大きい物質を含有させ、ヨウ素またはヨウ
素イオン(I ””、 I ”)が導電性粉末層および
イオン感応膜中を容易に移動できる系とするのもよい。
AgC flood: A g ” + CQ-・・・・・・・・・
・(1) Furthermore, a highly lipophilic substance such as iodine is contained in the conductive powder layer, so that iodine or iodine ions (I '', I '') flow through the conductive powder layer and the ion-sensitive membrane. It is also good to use a system that can be easily moved.

さらにまた、固体とイオン感応膜との間で平衡反応を成
立させるために、固体表面に、解離により親油性陰イオ
ンを生成するような物質、例えばAg−テトラフェニル
ボレートを導入し、この上にイオン感応膜を直接形成す
る。
Furthermore, in order to establish an equilibrium reaction between the solid and the ion-sensitive membrane, a substance that generates lipophilic anions by dissociation, such as Ag-tetraphenylborate, is introduced onto the solid surface, and then Form an ion-sensitive membrane directly.

なお、上記イオン感応膜は、イオン感応膜材料を有機溶
媒に溶解させて塗布するか、前記導電性粉末を用いるよ
うな系においては、導電性粉末層中に毛細管現象により
浸透させて、イオン感応膜と導電性粉末との間に両者の
混合物から成る遷移領域を形成する。
The above-mentioned ion-sensitive membrane can be formed by dissolving the ion-sensitive membrane material in an organic solvent and coating it, or in systems using the conductive powder, by penetrating it into the conductive powder layer by capillary action. A transition region consisting of a mixture of the membrane and the conductive powder is formed between the membrane and the conductive powder.

[作用] 高分子イオン感応膜と固体との間に形成した中間層は、
両者の間で平衡反応が成立つので、イオン感応膜/中間
N/固体の各界面の電位は電気化学的に定まる。従って
、イオン感応膜/中間層/固体の構造を有する固体化学
センサの電位は安定であり、ドリフトが小さい。
[Function] The intermediate layer formed between the polymer ion-sensitive membrane and the solid is
Since an equilibrium reaction is established between the two, the potential at each interface between the ion-sensitive membrane/intermediate N/solid is determined electrochemically. Therefore, the potential of a solid-state chemical sensor having an ion-sensitive membrane/intermediate layer/solid structure is stable and has small drift.

平衡反応の機構は中間層として用いた材料によって異な
る1例えば目的イオンの塩化物溶液(湿潤させた)のゲ
ルを中間層とし、固体にA g / Agcflを用い
た場合、イオン感応膜とゲル層との間で目的イオンの交
換による平衡が成り立ち、ゲル層とA g / A g
 Cnの間では前記(1)式で表わされる平衡反応が成
立つので、全体として電気化学的平衡に達し得る。
The mechanism of the equilibrium reaction differs depending on the material used as the intermediate layer.1 For example, if a gel of a chloride solution (wetted) of the target ion is used as the intermediate layer and A g /Agcfl is used as the solid, the ion-sensitive membrane and the gel layer Equilibrium is established between the gel layer and A g / A g
Since the equilibrium reaction represented by the above formula (1) is established between Cn, electrochemical equilibrium can be reached as a whole.

また、導電性粉末にヨウ素を含有させた場合。Also, when the conductive powder contains iodine.

ヨウ素は親油性が大きいので容易にイオン感応膜中に拡
散してイオン化し、イオン感応膜と導電性粉末との間で
ヨウ素イオンの交換が行なわれ、電気化学的平衡に達す
る。
Since iodine is highly lipophilic, it easily diffuses into the ion-sensitive membrane and becomes ionized, and iodine ions are exchanged between the ion-sensitive membrane and the conductive powder to reach electrochemical equilibrium.

さらに、Ag固体表面に、Ag−テトラフェニルボレー
ト(Ag−TPB)のような、解離により親油性陰イオ
ンを生成する分子を形成し、その上にイオン感応膜を形
成すると、固体とイオン感応膜との間で、TPBイオン
の交換反応が起こり5電気化学的平衡が得られ、両者の
界面の電位が安定する。
Furthermore, if molecules such as Ag-tetraphenylborate (Ag-TPB) that generate lipophilic anions upon dissociation are formed on the Ag solid surface and an ion-sensitive membrane is formed on it, the solid and the ion-sensitive membrane An exchange reaction of TPB ions occurs between the two, resulting in an electrochemical equilibrium, and the potential at the interface between the two becomes stable.

[実施例] 以下、本発明を実施例により具体的に説明する。[Example] Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to Examples.

〔実施例 l〕 第1,2図は本実施例の固体化学センサの断面図および
斜視図である。
[Example 1] Figures 1 and 2 are a cross-sectional view and a perspective view of a solid-state chemical sensor of this example.

イオン感応膜を形成する固体として、銀板1を0.1モ
ル塩酸溶液中に浸漬し、白金電極を対極とし電気分解に
より銀表面に塩化銀層2を形成した。 この銀/塩化銀
電極を第2図に示すように。
As a solid for forming an ion-sensitive membrane, a silver plate 1 was immersed in a 0.1 molar hydrochloric acid solution, and a silver chloride layer 2 was formed on the silver surface by electrolysis using a platinum electrode as a counter electrode. This silver/silver chloride electrode is shown in FIG.

検知部3と取出し電極部4を残してエポキシ樹脂5で封
止した。そして検知部3の塩化銀表面に。
The detection part 3 and the extraction electrode part 4 were left and sealed with epoxy resin 5. And on the silver chloride surface of the detection part 3.

1モルKCQ溶液の寒天を注入し、冷却して厚さ約1m
mのゲル中間層6を形成した。
Inject 1M KCQ solution agar and cool to a thickness of about 1m.
A gel intermediate layer 6 of m was formed.

このゲル中間層6上に、ポリ塩化ビニル(PVC)、ビ
ス(2−エチルヘキシル)アジペイト(DOA)および
バリノマイシンからなる厚さ約100μmのカリウムイ
オン感応膜7を形成し。
On this gel intermediate layer 6, a potassium ion sensitive membrane 7 of about 100 μm thick was formed, which was made of polyvinyl chloride (PVC), bis(2-ethylhexyl) adipate (DOA), and valinomycin.

固体化学センサとした。It was made into a solid-state chemical sensor.

上記バリノマイシンに変えて、ビス(12−クラウン−
4)またはテトラオクタデシルアンモニウム塩を用いれ
ば、それぞれナトリウムイオン感応膜、塩素イオン感応
膜とすることができる。
Instead of the above valinomycin, bis(12-crown-
4) Or by using a tetraoctadecylammonium salt, a sodium ion-sensitive membrane and a chloride ion-sensitive membrane can be obtained, respectively.

〔実施例 2〕 第3,4図は本実施例の固体化学センサの断面図および
斜視図である。
[Example 2] Figures 3 and 4 are a cross-sectional view and a perspective view of a solid-state chemical sensor of this example.

ガラス基板8上に、真空蒸着により厚さ約1μmの銀膜
を形成しフォトリソグラフィ技術により銀電極9をパタ
ーン形成し、実施例1の方法により銀電極の表面に塩化
銀層2を形成した。
A silver film with a thickness of approximately 1 μm was formed on a glass substrate 8 by vacuum deposition, a silver electrode 9 was patterned by photolithography, and a silver chloride layer 2 was formed on the surface of the silver electrode by the method of Example 1.

ガラス基板9上に第4図に示すようにエポキシ樹脂でフ
レーム10を形成し、このフレームの中に実施例1のゲ
ル中間層6およびカリウムイオン感応膜7を積層した。
As shown in FIG. 4, a frame 10 was formed on the glass substrate 9 using epoxy resin, and the gel intermediate layer 6 of Example 1 and the potassium ion sensitive film 7 were laminated within this frame.

〔実施例 3〕 第5図は本実施例の固体化学センサの断面図である。[Example 3] FIG. 5 is a sectional view of the solid-state chemical sensor of this example.

P型シリコン基板11の表面の一部に2つのn型領域を
設け、それぞれソース12およびドレイン13とし、5
0nmの8102層14および1100nのSi、N、
層15から成るゲート絶縁膜を形成して絶縁ゲート電界
効果トランジスタを作成した。
Two n-type regions are provided on a part of the surface of the P-type silicon substrate 11, and are used as a source 12 and a drain 13, respectively.
0nm 8102 layer 14 and 1100n Si, N,
A gate insulating film consisting of layer 15 was formed to create an insulated gate field effect transistor.

該Si、N、層上に真空蒸着およびフォトリングラフィ
技術により厚さ1μmの銀電極9を形成し。
A silver electrode 9 with a thickness of 1 μm was formed on the Si and N layers by vacuum evaporation and photolithography.

その表面に塩化銀層2を形成してフローティングゲート
電極とした。そしてソース、ドレインの取り出し電極部
およびフローティングゲート電極部を残してエポキシ樹
脂5で封止した。
A silver chloride layer 2 was formed on the surface to form a floating gate electrode. Then, the source and drain electrode portions and the floating gate electrode portion were left and sealed with epoxy resin 5.

該フローティングゲート電極上に実施例1のゲル中間層
6およびカリウムイオン感応膜7を積層した。
The gel intermediate layer 6 and potassium ion sensitive membrane 7 of Example 1 were laminated on the floating gate electrode.

〔比較例〕[Comparative example]

第6図は本比較例の固体化学センサの断面図である。 FIG. 6 is a cross-sectional view of the solid-state chemical sensor of this comparative example.

銀板1の表面に、溶媒に分散させたカーボン粉をコーテ
ィングし、100℃で乾燥させカーボン粉中間M16を
形成した。実施例1と同様に検知部と取り出し電極部を
残してエポキシ樹脂5で封止し、中間層の上に直接実施
例1で述べたイオン感応膜7を形成した。
The surface of the silver plate 1 was coated with carbon powder dispersed in a solvent and dried at 100° C. to form a carbon powder intermediate M16. As in Example 1, the detection part and the extraction electrode part were left and sealed with epoxy resin 5, and the ion-sensitive membrane 7 described in Example 1 was formed directly on the intermediate layer.

〔実施例 4〕 第7図は本実施例の固体化学センサの断面図である。[Example 4] FIG. 7 is a sectional view of the solid-state chemical sensor of this example.

銀板1と対極である白金との間にHI溶液中で通電し、
銀板表面にヨウ化銀層7を形成した。該ヨウ化銀層上に
溶媒に分散させたカーボン粉をコーティングし、100
℃で乾燥させカーボン粉中間層16とし、さらにヨウ素
雰囲気中に置くことによりカーボン粉中間層中にヨウ素
を含浸させた。
Electricity is applied between the silver plate 1 and the counter electrode platinum in a HI solution,
A silver iodide layer 7 was formed on the surface of the silver plate. Carbon powder dispersed in a solvent was coated on the silver iodide layer, and 100%
The carbon powder intermediate layer 16 was obtained by drying at .degree. C., and then placed in an iodine atmosphere to impregnate the carbon powder intermediate layer with iodine.

該ヨウ素含浸中間層上に実施例1のイオン感応膜7を形
成した。
The ion-sensitive membrane 7 of Example 1 was formed on the iodine-impregnated intermediate layer.

〔実施例 5〕 第8図は本実施例の固体化学センサの断面図である。[Example 5] FIG. 8 is a sectional view of the solid-state chemical sensor of this example.

銀板lを、ナトリウム−TPBのテトラヒ・ドロフラン
(THF)溶液中に浸漬し、白金を対極として銀板に正
、白金に負の電圧を印加し、銀板表面にAg−TPB層
18を形成した。そして実施例1と同様に検知部、取出
し電極部を残してエポキシ樹脂5で封止し、A g −
T P B層上に実施例1のイオン感応膜7を直接形成
した。
A silver plate 1 is immersed in a sodium-TPB tetrahydrofuran (THF) solution, and a positive voltage is applied to the silver plate and a negative voltage is applied to the platinum using platinum as a counter electrode to form an Ag-TPB layer 18 on the surface of the silver plate. did. Then, as in Example 1, the detection part and the extraction electrode part were sealed with epoxy resin 5, and A g -
The ion-sensitive membrane 7 of Example 1 was directly formed on the TPB layer.

なお、実施例4,5のものを第5図に応用することがで
きる。
Note that the fourth and fifth embodiments can be applied to FIG.

すなわち、第7.8図の銀板lを第5図中のフローティ
ングゲート銀電極9に代え、それぞれの実施例に特有の
積層構造はそのまま適用することにより、F E T 
(Field Effect Transistor)
型固体化学センサを作成することができる。
That is, by replacing the silver plate l in FIG. 7.8 with the floating gate silver electrode 9 in FIG. 5 and applying the laminated structure specific to each embodiment as is, FET
(Field Effect Transistor)
type solid-state chemical sensor can be created.

前記各実施例の固体化学センサを第9図に示したフロー
セル中に装着し、その特性を測定した。
The solid-state chemical sensors of each of the examples described above were installed in the flow cell shown in FIG. 9, and their characteristics were measured.

まずセンサ19を配線パターンが形成されたプリント基
板20上に設置し、アルミワイヤ21でセンサとプリン
ト基板を接続し、プリント基板のピン22を介して外部
測定回路に接続する。またアルミワイヤを試料溶液から
保護し、センサの検知部にのみ分析試料溶液が接触する
よう、アクリル製の保護カバー23をエポキシ樹脂で接
着し。
First, the sensor 19 is installed on a printed circuit board 20 on which a wiring pattern is formed, and the sensor and the printed circuit board are connected with aluminum wires 21, and connected to an external measurement circuit via pins 22 of the printed circuit board. In addition, an acrylic protective cover 23 is bonded with epoxy resin to protect the aluminum wire from the sample solution and to allow the analysis sample solution to contact only the detection part of the sensor.

更にその上に試料溶液流路が形成されているブロック2
4を装着し、ネジ25で固定する。なお試料溶液が洩れ
ないようにブロック24と保護カバー23の間はOリン
グ26を用いて密着させる。
Furthermore, block 2 on which a sample solution flow path is formed
4 and secure with screws 25. In order to prevent the sample solution from leaking, the block 24 and the protective cover 23 are brought into close contact using an O-ring 26.

上記のフローセルを第10図に示した測定システム中に
設置する。
The above flow cell is installed in the measurement system shown in FIG.

10−1モルから10−sモルの5種類の塩化カリウム
(KC氾)溶液をIj11!!I液27とし、バルブ2
8およびポンプ29を用いて順次フローセル30に導入
する。
Five types of potassium chloride (KC flood) solutions ranging from 10-1 mol to 10-s mol were added to Ij11! ! I liquid 27, valve 2
8 and pump 29 to sequentially introduce it into the flow cell 30.

フローセルの下流にはA g / A g CQの参照
電極31が設けられており、参照電極液32(飽和KC
Q溶液と飽和AgCf1溶液の混合液)がポンプ33に
より上記参照電極31に導入される。フローセル中の固
体化学センサと参照電極との電位差を電圧計35により
測定され、レコーダー36に記録される。測定が終了し
た試料液および参照電極液は廃液ボトル34に導かれる
。なお図中の実線は流路、破線は電気系統を示す。
A reference electrode 31 of A g / A g CQ is provided downstream of the flow cell, and a reference electrode solution 32 (saturated KC
A mixture of Q solution and saturated AgCf1 solution) is introduced into the reference electrode 31 by the pump 33. The potential difference between the solid chemical sensor in the flow cell and the reference electrode is measured by a voltmeter 35 and recorded on a recorder 36. The sample liquid and reference electrode liquid for which the measurement has been completed are led to the waste liquid bottle 34. In addition, the solid line in the figure shows the flow path, and the broken line shows the electrical system.

各実施例の固体化学センサのスロープ感度は。What is the slope sensitivity of the solid-state chemical sensor of each example?

55〜58 m V / decadeの範囲であった
It ranged from 55 to 58 mV/decade.

また、各実施例および比較例の固体化学センサの安定性
を測定した結果を第11図に示す。
Moreover, the results of measuring the stability of the solid-state chemical sensors of each example and comparative example are shown in FIG.

図中の各曲線は、10−1モルKCl2溶液中における
電位の時間変化を示している。
Each curve in the figure shows the change in potential over time in a 10-1 molar KCl2 solution.

また、従来例としては実施例工の固体化学センサの中間
層を省いたもの、すなわちイオン感応膜を固体上に直接
形成したセンサは、電位の時間変化が大きく安定性が劣
ることが分かる。
Furthermore, as a conventional example, it can be seen that the solid-state chemical sensor of the example without the intermediate layer, that is, the sensor in which the ion-sensitive membrane is directly formed on a solid, has a large temporal change in potential and is inferior in stability.

さらにまた、中間層としてカーボンを用いた比較例のも
のも、電位の時間変化が大きく安定性が劣ることが分か
る。
Furthermore, it can be seen that in the comparative example using carbon as the intermediate layer, the potential changes over time are large and the stability is poor.

前記のように、本発明の中間層を設けることにより電位
の安定性が著しく改善されることが分がる。
As mentioned above, it can be seen that the provision of the intermediate layer of the present invention significantly improves the potential stability.

[発明の効果コ 固体およびイオン感応膜と平衡反応が成立するような中
間層を設けたことにより、固体/中間層および中間層/
イオン感応膜の界面の電位を電気化学的に安定とする効
果があり、ドリフトが小さく信頼性の高い固体化学セン
サを得ることがができる。従って、参照電極、試料溶液
、固体化学センサから成る測定システムの電位も安定し
、高精度の分析を行うことができる。
[Effects of the invention] By providing an intermediate layer that can achieve an equilibrium reaction with the solid and the ion-sensitive membrane, the solid/intermediate layer and the intermediate layer/
This has the effect of electrochemically stabilizing the potential at the interface of the ion-sensitive membrane, making it possible to obtain a highly reliable solid-state chemical sensor with small drift. Therefore, the potential of the measurement system consisting of the reference electrode, sample solution, and solid-state chemical sensor is stabilized, and highly accurate analysis can be performed.

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

第1図、第3図、第5図、第7図および第8図は本発明
の実施例による固体化学センサの断面図、第2図は第1
図の斜視図、第4図は第3図の斜視図、第6図は比較例
の固体化学センサの断面図、第9図は前記各実施例の固
体化学センサを装着したフローセル、第10図は測定シ
ステムの構成図、第11図は各固体化学センサの特性の
安定度を示すグラフである。 1・・・銀板、2・・・塩化銀層、3・・・検知部、4
・・・取出し電極、5・・・エポキシ樹脂、6・・・ゲ
ル中間層、7・・・カリウムイオン感応膜、8・・・ガ
ラス基板、9・・・銀電極、10・・・フレーム、11
・・・シリコン基板、12・・・ソース、13・・・ド
レイン、14・・・Sin。 層、15・・・Si□N4暦、16・・・カーボン粉中
間層。 17・・・ヨウ化銀層、18・・・Ag−TPB層、1
9・・・固体化学センサ、20・・・プリント基板、2
1・・・アルミワイヤ、22・・・ピン、23・・・保
護カバー24・・・流路ブロック、25・・・ネジ、2
6・・・0リング、27・・・標準液、28・・・バル
ブ、29.33・・・ポンプ、30・・・フローセル、
3工・・・参照電極、32・・・参照電極用液、34・
・・廃液ボルト、35・・・電圧計、36・・・レコー
ダ。 代理6 弁理1 高橋 明よ( 昏 第5図 第6図 第8図 第 1図 第 2図 第 3図 3・・・検知部 4・・・取出し電極 5・・エポキシ樹脂 第 4図 10・・・)し・〜ム 第9図 ノリ/トノIL4!i アノ1ミワイヤ (11′護力・ +41路川シ イ11)、つ 30 ノII+
1, 3, 5, 7, and 8 are cross-sectional views of solid-state chemical sensors according to embodiments of the present invention, and FIG.
4 is a perspective view of FIG. 3, FIG. 6 is a cross-sectional view of a solid-state chemical sensor of a comparative example, FIG. 9 is a flow cell equipped with a solid-state chemical sensor of each of the above embodiments, and FIG. 10 is a perspective view of FIG. is a block diagram of the measurement system, and FIG. 11 is a graph showing the stability of the characteristics of each solid-state chemical sensor. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Silver plate, 2... Silver chloride layer, 3... Detection part, 4
... Extraction electrode, 5... Epoxy resin, 6... Gel intermediate layer, 7... Potassium ion sensitive membrane, 8... Glass substrate, 9... Silver electrode, 10... Frame, 11
...Silicon substrate, 12...Source, 13...Drain, 14...Sin. Layer, 15... Si□N4 calendar, 16... Carbon powder intermediate layer. 17... Silver iodide layer, 18... Ag-TPB layer, 1
9... Solid chemical sensor, 20... Printed circuit board, 2
1... Aluminum wire, 22... Pin, 23... Protective cover 24... Channel block, 25... Screw, 2
6...0 ring, 27...standard solution, 28...valve, 29.33...pump, 30...flow cell,
3.Reference electrode, 32.Reference electrode liquid, 34.
...Waste liquid bolt, 35...Voltmeter, 36...Recorder. Attorney 6 Patent attorney 1 Akiyo Takahashi (Figure 5, Figure 6, Figure 8, Figure 1, Figure 2, Figure 3, Figure 3...Detection section 4...Extraction electrode 5...Epoxy resin, Figure 4, Figure 10...・) Shi・〜mu Figure 9 Nori/Tono IL4! i Anno 1 Miwire (11' Goryoku・+41 Michikawa Shii 11), Tsu30 No II+

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、金属または無機の固体上に高分子イオン感応膜を有
する固体化学センサにおいて、 前記高分子イオン感応膜と固体との間に、高分子イオン
感応膜または/および固体に平衡反応を成立させる中間
層を設けたことを特徴とする固体化学センサ。 2、金属または無機の固体上に高分子イオン感応膜を有
する固体化学センサにおいて、 該高分子イオン感応膜と固体との間に、目的イオンを含
む親水性ゲルまたは該ゲルを含有する導電性粉末からな
る中間層を設けたことを特徴とする固体化学センサ。 3、金属または無機の固体上に高分子イオン感応膜を有
する固体化学センサにおいて、 前記固体が白金、金、銀、銀/塩化銀、二酸化シリコン
、窒化シリコン、酸化アルミニウム、五酸化タンタルか
ら選ばれた固体であり、 前記高分子イオン感応膜は母材、可塑剤、イオン感応物
質から成り、 前記母材が有機高分子材料、 前記可塑剤がビス(2−エチルヘキシル)アジペイト、
ビス(2−エチルヘキシル)セバケイト、トリ−(2−
エチルヘキシル)トリメリテイト選ばれ、 前記イオン感応物質がバリノマイシン、ノナクチン/モ
ナクチンの抗生物質、クラウンエーテル、第4級アンモ
ウム塩、金属ポルフィリンから選ばれ、 前記高分子イオン感応膜と固体との間に、高分子イオン
感応膜または/および固体に平衡反応を成立させる中間
層を設けたことを特徴とする固体化学センサ。 4、金属または無機の固体上に高分子イオン感応膜を有
する固体化学センサにおいて、 前記固体がシルバーテトラフェニルボレート、シルバー
アイオダイド、シルバーオクタデカンチオールから選ば
れる物質により表面が化学修飾されていることを特徴と
する固体化学センサ。 5、金属または無機の固体上に高分子イオン感応膜を有
する固体化学センサにおいて、 該高分子イオン感応膜と固体との間に、導電性粉末に親
油性の大きい物質を含有させた中間層を設けたことを特
徴とする固体化学センサ。 6、ゲート絶縁膜を有する電界効果型トランジスタの表
面に高分子イオン感応膜が設けられており、高分子イオ
ン感応膜または/および絶縁膜に平衡反応を成立させる
中間層を設けたことを特徴とする固体化学センサ。 7、金属または無機の固体上に高分子イオン感応膜を有
する固体化学センサ、該センサに試料を導入するための
流路、前記固体化学センサに接続されたリード線、該リ
ード線に前記試料との接触を防ぐ防護カバーおよび前記
リード線の外部接続ピンを有し、 前記固体化学センサは高分子イオン感応膜と一体との間
に、高分子イオン感応膜または/および固体に平衡反応
を成立させる中間層を設けたことを特徴とするフローセ
ルを有する化学分析装置。
[Claims] 1. In a solid-state chemical sensor having a polymer ion-sensitive membrane on a metal or inorganic solid, there is provided a polymer ion-sensitive membrane and/or a solid between the polymer ion-sensitive membrane and the solid. A solid-state chemical sensor characterized by having an intermediate layer that establishes an equilibrium reaction. 2. In a solid chemical sensor having a polymer ion-sensitive membrane on a metal or inorganic solid, a hydrophilic gel containing target ions or a conductive powder containing the gel is placed between the polymer ion-sensitive membrane and the solid. A solid-state chemical sensor characterized by having an intermediate layer consisting of. 3. A solid-state chemical sensor having a polymer ion-sensitive membrane on a metal or inorganic solid, wherein the solid is selected from platinum, gold, silver, silver/silver chloride, silicon dioxide, silicon nitride, aluminum oxide, and tantalum pentoxide. The polymer ion-sensitive membrane is composed of a base material, a plasticizer, and an ion-sensitive substance, wherein the base material is an organic polymer material, and the plasticizer is bis(2-ethylhexyl) adipate.
Bis(2-ethylhexyl)sebacate, tri(2-
ethylhexyl) trimellitate is selected, the ion-sensitive substance is selected from valinomycin, nonactin/monactin antibiotics, crown ether, quaternary ammonium salt, metal porphyrin, and a polymer is selected between the polymer ion-sensitive membrane and the solid. A solid-state chemical sensor comprising an ion-sensitive membrane and/or an intermediate layer that establishes an equilibrium reaction in a solid. 4. In a solid-state chemical sensor having a polymer ion-sensitive membrane on a metal or inorganic solid, the surface of the solid is chemically modified with a substance selected from silver tetraphenylborate, silver iodide, and silver octadecanethiol. Characteristic solid-state chemical sensor. 5. In a solid chemical sensor having a polymer ion-sensitive membrane on a metal or inorganic solid, an intermediate layer made of conductive powder containing a highly lipophilic substance is provided between the polymer ion-sensitive membrane and the solid. A solid-state chemical sensor characterized by: 6. A field-effect transistor having a gate insulating film is provided with a polymer ion-sensitive film on the surface thereof, and an intermediate layer is provided on the polymer ion-sensitive film and/or the insulating film to establish an equilibrium reaction. solid state chemical sensor. 7. A solid chemical sensor having a polymer ion-sensitive membrane on a metal or inorganic solid, a flow path for introducing a sample into the sensor, a lead wire connected to the solid chemical sensor, and a wire connecting the sample to the lead wire. The solid chemical sensor has a protective cover that prevents contact with the lead wire and an external connection pin for the lead wire, and the solid chemical sensor is configured to establish an equilibrium reaction between the polymer ion sensitive membrane and/or the solid. A chemical analysis device having a flow cell characterized by providing an intermediate layer.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013537619A (en) * 2010-06-30 2013-10-03 ライフ テクノロジーズ コーポレーション Transistor circuits for chemical reaction and compound detection and measurement

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013537619A (en) * 2010-06-30 2013-10-03 ライフ テクノロジーズ コーポレーション Transistor circuits for chemical reaction and compound detection and measurement

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