JPH0376863B2 - - Google Patents

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JPH0376863B2
JPH0376863B2 JP60159640A JP15964085A JPH0376863B2 JP H0376863 B2 JPH0376863 B2 JP H0376863B2 JP 60159640 A JP60159640 A JP 60159640A JP 15964085 A JP15964085 A JP 15964085A JP H0376863 B2 JPH0376863 B2 JP H0376863B2
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JP
Japan
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sodium ion
membrane
film
sodium
sensor
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JP60159640A
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Japanese (ja)
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JPS6221055A (en
Inventor
Hideichiro Yamaguchi
Norihiko Ushizawa
Takeshi Shimomura
Noboru Koyama
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Terumo Corp
Original Assignee
Terumo Corp
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Publication date
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Publication of JPH0376863B2 publication Critical patent/JPH0376863B2/ja
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Description

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明はナトリウムイオンセンサー、更に詳細
には、内部(標準)溶液を有しない固体型のナト
リウムイオンセンサーに関する。 〔従来の技術及び問題点〕 従来、溶液中のイオン濃度を電極電位応答で測
定するイオンセンサーとしてイオン選択性電極が
使用されている。そして、このイオン選択性電極
は、その内部構造から、(1)イオン選択性膜と内部
(標準)溶液及びその溶液に浸された内部比較電
極を内蔵するもの(内部溶液タイプ)と(2)イオン
選択性膜ないしはイオン感応膜を導電性基体に直
接結合した膜構造のもの(直接結合タイプ)に大
別することができる。 斯かるイオンセンサーのうち、ナトリウムイオ
ンセンサーとしてはガラス膜を有し、基準濃度の
ナトリウムイオンを含む内部溶液と被検液との間
の膜電位差を利用してナトリウムイオン濃度を測
定する内部溶液タイプのものが一般に使用されて
いる。然しながら、この種の電極は内部溶液及び
内部液室を有するため、電極の小型化が困難であ
り、またガラスの破損の危険性が大きく、更に
Ag+イオンの妨害を考慮する必要があるという欠
点があつた。 そこで、このようなガラス膜電極の構造上の欠
点を除くものとして、直接結合タイプの被覆線型
イオン電極(coated wire ion−selective
electrode;以下、CWEという)が開発された。
CWEは導電性基体の先端に液体イオン交換体を
保持せしめた高分子感応膜を直接コーテイングし
た構造であるため、小型化が容易でかつ簡便に使
用しうるものである。然しながら、内部比較電極
を有しないため、電位安定性の点で難があり、ま
た導電性基体と高分子感応膜とを直かに接触させ
た構造であるため、導電性基体の表面状態の相違
が測定電位に与える影響が大きく、得られる電極
の特性に固体差を生じ易く、実用上の不利を免れ
得なかつた。 このCWEの動作上の欠点を解決すべきものと
して、内部比較電極を有するCWEが提案されて
いる。すなわち、内部比較電極の表面に、ポリス
チレン多孔質膜にKCl及び目的イオンの溶液を含
浸させた層を設けてものに上記CWEに用いたも
のと同じ感応膜を被覆した電極が示されている。
然し、この電極は構造は従来の内部溶液タイプと
異なるものの機能的構成の点では同種のものとい
うことができる。また、含浸層と感応膜の界面が
存在するため、これらの間の電位が経時的に変化
する可能性があり、長期間の使用に対しては安定
性の点で十分満足のゆくものではなかつた。 発明の目的 斯かる実状において、本発明者は内部溶液及び
内部液室を有しない固体型のナトリウムイオンセ
ンサーであつて、かつ従来品の有する上記欠点の
ないものを開発すべく種々検討を重ねていたとこ
ろ、ナトリウムイオン選択性膜を導電性基体の表
面に直接被着せずに、予め可逆的酸化還元機能を
有する膜を被着した上に重ねて被着することによ
り極めて動作が安定で特性に個体差がなく小型化
可能で応答速度が速い等、センサー特性に優れた
ナトリウムイオンセンサーを得ることができるこ
とを見出し、本発明を完成した。 すなわち本発明は、溶液中のナトリウムイオン
濃度を電極電位応答で測定するナトリウムイオン
センサーであつて、導電性基体の表面に可逆的酸
化還元機能を有する膜を被着し、かつ、該被膜の
表面にナトリウムイオン選択性膜を被着してなる
ことを特徴とするナトリウムイオンセンサーを提
供するものである。 本発明は更に、ナトリウムイオン選択性膜がナ
トリウムイオンキヤリヤー物質を担持せしめた高
分子膜であるナトリウムイオンセンサーを提供す
るものである。 発明の具体的説明 本発明のナトリウムイオンセンサーに使用され
る導電性基体としては、例えばベーサル・プレー
ン・ピロリテイツク・グラフアイト(basal
plane pyrolytic graphite;以下、BPGという)、
グラツシーカーボン等の導電性炭素材料、溶液中
で酸化還元反応を発現する貴金族又はこれらの金
属の表面に酸化インジウム、酸化スズ等の半導体
を被覆したものが挙げられる。就中、導電性炭素
材料が好ましく、BPGが特に好ましい。 また、可逆的酸化還元機能を有する膜(以下、
酸化還元膜ということがある)とは、これを導電
性基体表面に被着してなる電極が可逆的酸化還元
反応によつて導電性基体に一定電位を発生しうる
ものであり、本発明においては特に酸素ガス分圧
によつて電位が変動しないものが好ましい。斯か
る酸化還元膜としては、例えばキノン−ヒドロ
キノン型の酸化還元反応を行なうことができる有
機化合物膜若しくは高分子膜、アミン−キノイ
ド型の酸化還元反往を行なうことができる有機化
合物膜若しくは高分子膜等が好適なものとして挙
げられる。なお、ここでキノン−ヒドロキノン型
の酸化還元反応とは、重合体の場合を例にとれ
ば、例えば次の反応式で表わされるものをいう。 (式中、R1、R2は例えば芳香族含有構造の化合
物を示す)また、アミン−キノイド型の酸化還元
反応とは、前記同様重合体の場合を例にとれば、
例えば次の反応式で表わされるものをいう。 (−N=R3)=o1N−〓〓〓〓〓
〓(−NH−R4)−o1NH− (式中R3、R4は例えば芳香族含有構造の化合物
を示す) このような可逆的酸化還元機能を有する膜を形
成しうる化合物としては、例えば次の(a)〜(c)の化
合物が挙げられる。 (a) (式中、Ar1は芳香核、各R5は置換基、m2
1ないしAr1の有効原子価数、n2は0ないし
Ar1の有効原子価数−1を示す) で表わされるヒドロキシ芳香族化合物 Ar1の芳香核は、例えばベンゼン核のように
単環のものであつても、アントラセン核、ピレ
ン核、クリセン核、ペリレン核、コロネン核等
のように多環のものであつてもよく、またベン
ゼン骨核のみならず複素環骨核のものであつて
もよい。置換基R5としては、例えばメチル基
等のアルキル基、フエニル基等のアリール基、
およびハロゲン原子等が挙げられる。具体的に
は、例えばジメチルフエノール、フエノール、
ヒドロキシピリジン、o−またはm−ベンジル
アルコール、o−、m−またはp−ヒドロキシ
ベンズアルデヒド、o−またはm−ヒドロキシ
アセトフエノン、o−、m−またはp−ヒドロ
キシプロピオフエノン、o−、m−またはp−
ベンゾフエノール、o−、m−またはp−ヒド
ロキシベンゾフエノン、o−、m−またはp−
カルボキシフエノール、ジフエニルフエノー
ル、2−メチル−8−ヒドロキシキノリン、5
−ヒドロキシ−1,4−ナフトキノン、4−
(p−ヒドロキシフエニル)2−ブタノン、1,
5−ジヒドロキシ−1,2,3,4−テトラヒ
ドロナフタレン、ビスフエノールA、サリチル
アニリド、5−シドロキシキノリン、8−ヒド
ロキシキノリン、1,8−ヒドロキシアントラ
キノン、5−ヒドロキシ−1,4−ナフトキノ
ン等が挙げられる。 (b) 次式 (式中、Ar2は芳香核、各R6は置換基、m3
1ないしAr2の有効原子価数、n3は0ないし
Ar2の有効原子価数−1を示す) で表わされるアミノ芳香族化合物 Ar2の芳香核、置換基R6としては化合物(a)に
おけるAr1、置換基R5と夫々同様のものが使用
される。アミノ芳香族化合物の具体例を挙げる
と、アニリン、1,2−ジアミノベンゼン、ア
ミノピレン、ジアミノピレン、アミノクリセ
ン、ジアミノクリセン、1−アミノフエナント
レン、9−アミノフエナントレン、9,10−ジ
アミノフエナントレン、1−アミノアントラキ
ノン、p−フエノキシアニリン、o−フエニレ
ンジアミン、p−クロロアニリン、3,5−ジ
クロロアニリン、2,4,6−トリクロロアニ
リン、N−メチルアニリン、N−フエニル−p
−フエニレンジアミン等である。 (c) 1,6−ピレンキノン、1,2,5,8−テ
トラヒドロキシナリザリン、フエナントレンキ
ノン、1−アミノアントラキノン、プルプリ
ン、1−アミノ−4−ヒドロキシアントラキノ
ン、アントラルフイン等のキノン類 これらの化合物のうち、特に2,6−キシレ
ノール、1−アミノピレンが好ましい。 更に、本発明に係る酸化還元膜を形成しうる化
合物としては、 (d) ポリ(N−メチルアニリン)〔大貫、松田、
小山、日本化学会誌、1801−1809(1984)〕、ポ
リ(2,6−ジメチル−1,4−フエニレンエ
ーテル)、ポリ(o−フエニレンジアミン)、ポ
リ(フエノール)、ポリキシレノール;ピラゾ
ロキノン系ビニルモノマーの重合体、イソアロ
キサジン系ビニルモノマーの重合体等のキノン
系ビニルポリマー縮重合化合物のような(a)〜(c)
の化合物を含有する有機化合物、(a)〜(c)の化合
物の低重合度高分子化合物(オリゴマー)、あ
るいは(a)〜(c)をポリビニル化合物、ポリアミド
化合物等の高分子化合物に固定したもの等の当
該酸化還元反応性を有するものが挙げられる。
なお、本明細書においては、重合体という語は
単独重合体及び共重合体等の相互重合体の双方
を含む。 本発明において、叙上の酸化還元膜を形成しう
る化合物を導電性基体の表面に被着するために
は、アミノ芳香族化合物、ヒドロキシ芳香族化合
物等を電解酸化重合法または電解析出法によつて
基体表面上で直接重合させる方法、あるいは電子
線照射、光、熱などの適用によつて、予め合成さ
れた重合体を溶媒に溶かし、この溶液を浸漬・塗
布および乾燥により基体表面に固定する方法、更
には重合体膜を化学的処理、物理的処理もしくは
照射処理によつて基体表面に直接固定する方法を
採ることができる。これらの方法の中では、特に
電解酸化重合法によるのが好ましい。 本発明において、電解酸化重合法は、溶媒中で
適当な支持電解質の存在下、アミノ芳香族化合
物、ヒドロキシ芳香族化合物等を電解酸化重合さ
せ導電体の表面に重合体膜を被着することにより
実施される。溶媒としては、例えばアセトニトリ
ル、水、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホ
キシド、プロピレンカーボネート等が、また支持
電解質としては、例えば過塩素酸ナトリウム、硫
酸、硫酸二ナトリウム、リン酸、ホウ酸、テトラ
フルオロリン酸カリウム、4級アンモニウム塩な
どが好適なものとして挙げられる。斯くして被着
される重合体膜は一般に極めて緻密であり、薄膜
であつても酸素の透過を阻止することができる。
然し、本発明効果を奏するためには、酸化還元膜
は当該酸化還元反応性を有するものであれば特に
制限はなく、膜の緻密の如何は問わない。 酸化還元膜の膜厚は0.1μm〜0.5mmとなるよう
にするのが好ましい。0.1μmより薄い場合には、
本発明の効果を十分奏さず、また0.5mmより厚い
場合には膜抵抗が高くなり好ましくない。 また、本発明に使用される酸化還元膜は、これ
に電解質を含浸させて使用することができる。電
解質としては、例えばリン酸、リン酸水素二カリ
ウム、過塩素酸ナトリウム、硫酸、テトラフルオ
ロホウ酸塩、テトラフエニルホウ酸塩等が挙げら
れる。酸化還元膜に電解質を含浸させるには、酸
化還元膜を導電性基体に被着したのち、これを電
解質溶液に浸漬する方法が簡便である。 叙上の如くして導電性基体に被着された酸化還
元膜の表面に重ねて被着されるナトリウムイオン
選択性膜は、例えばナトリウムイオンキヤリヤー
物質及び電解質塩を高分子化合物に担持せしめた
膜が使用される。 ナトリウムイオンキヤリヤー物質としては、ナ
トリウムイオンを選択的に輸送しうる物質であれ
ば特に制限はないが、好適には芳香族系アミドも
しくはジアミド類、脂肪族系アミドもしくはジア
ミド類、クラウン化合物、例えばビス〔(12−ク
ラウン−4)メチル〕 ドデシルマロネート、
N,N,N,N−テトラプロピル−3,6−ジオ
キサネート ジアミド、N,N,N′,N′−テト
ラベンジル−1,2−エチレンジオキシジアセト
アミド、N,N′−ジベンジル−N,N′−ジフエ
ニル−1,2−フエニレンジアセトアミド、N,
N′,N″−トリヘプチル−N,N′,N″−トリメチ
ル−4,4′,4″−プレピリジントリス(3−オキ
サブチルアミド)、3−メトキシ−N,N,N,
N−テトラプロピル−1,2−フエニレンジオキ
シジアセトアミド、(−)−(R,R)−4,5−ジ
メチル−N,N,N,N−テトラプロピル−3,
6−ジオキサオクタン、ジアミド、4−メチル−
N,N,N,N−テトラプロピル−3,6−ジオ
キサオクタン ジアミド、N,N,N,N−テト
ラプロピル−1,2−フエニレンジオキシジアセ
トアミド、N,N,N,N−テトラプロピル−
2,3−ナフタレンジオキシジアセトアミド、4
−t−ブチル−N,N,N,N−テトラプロピル
−1,2−シクロヘキサンジオキシ−ジアセトア
ミド、シス−N,N,N,N−テトラプロピル−
1,2−シクロヘキサンジオキシジアセトアミ
ド、トランス−N,N,N,N−テトラプロピル
−1,2−シクロヘキサンジオキシジアセトアミ
ド、等が挙げられ、就中、ビス〔(12−クラウン
−4)メチル〕 ドデシルマロネートが好適に使
用される。 電解質塩としては、例えばナトリウムテトラキ
ス(p−クロロフエニル)ボレート、カリウムテ
トラキス(p−クロロフエニル)ボレート、およ
び次式 R′4NBF4 (式中、R′はアルキル基、好ましくは炭素数2
〜6のアルキル基を示す) で表わされる化合物が挙げられる。 また、高分子化合物としては、例えば塩化ビニ
ル樹脂、塩化ビニル−エチレン共重合体、ポリエ
ステル、ポリアクリルアミド、ポリウレタン、シ
リコーン樹脂などを挙げることができ、可塑剤が
溶出しにくいものが使用される。このような可塑
剤としては、例えばセバシン酸ジオクチルエステ
ル、アジピン酸ジオクチルエステル、マレイン酸
ジオクチルエステル等が挙げられる。また、溶媒
としては、テトラヒドロフランが好適に使用され
る。 酸化還元膜の表面にナトリウムイオン選択性膜
を被着するには、例えば担体である高分子化合物
100重量部に対して可塑剤を50〜500重量部、ナト
リウムイオンキヤリヤー物質0.1ないし50重量部
及び電解質塩等を溶媒(例えばテトラヒドロフラ
ン)に溶かした溶液中に、基盤電極(ここでは酸
化還元膜被覆電極)を浸漬、引き上げ、風乾そし
て乾燥(80℃、3分)を30回程度繰り返し、キヤ
リヤー膜厚50μm〜3mm、特に0.3mm〜2mmとなる
ようにするのが好ましい。あるいは、ペースト塩
化ビニル、ナトリウムイオンキヤリヤー物質可塑
剤電解質塩を上記の重量比で混合した後、基盤電
極上に厚さ50μmないし3mmになるように載せ、
160℃で1分間加熱処理してゲル化することによ
つてもナトリウムイオンキヤリヤー膜は得られ
る。従来、イオン選択性電極に使用される膜は、
膜抵抗を小さくするために一般に薄膜のものであ
つたが、本発明のナトリウムイオンセンサーにお
いては必ずしも薄膜である必要はなく、上記の如
く約1〜3mm程度の厚膜とすることができる。こ
のことは本発明センサーの独特の構成に基くもの
と考えられるが驚くべきことである。また、本発
明に使用されるナトリウムイオン選択性膜は被検
液中の溶存酸素その他共存物質の影響を有効に防
ぐことができる。 本発明のナトリウムイオンセンサーを用いて被
検液のナトリウムイオン濃度を測定するには、第
3図に示すように、槽21中にナトリウムイオン
濃度を測定すべき被検液22を入れ、この溶液に
本発明のナトリウムイオンセンサー23および基
準電極24としての銀−塩化銀電極あるいはカロ
メル電極等を浸漬する。そして基準電極24に対
するナトリウムイオンセンサー23の電位差(起
電力)を電位差計26で測定する。このとき被検
液22を撹拌機25で撹拌するとよい。予め作成
しておいた起電力とナトリウムイオン濃度との検
量線から被検液のナトリウムイオン濃度を読み取
る。 〔実施例〕 次に実施例を挙げて説明する。 実施例 1 下記方法により第1図に示すナトリウムイオン
センサーを作製した。 (i) ベーサル・プレーン・ピロリテイツク・グラ
フアイト(BPG)(ユニオンカーバイド社製)
の板から直径5mmの円柱を切出したのち、その
底面部11bに導電性接着剤(アミコン社製、
C−850−6)を用いてリード線16を接続し
たものをBPGの頂面11aがやや突出するよ
うに熱収縮チユーブ(アルフアーワイヤ社製)
で覆い絶縁した。こうして作製したBPG基体
の突出先端部をナイフの刃で剥離させ、新しい
面を露出させた。次いでこれを作用極とし、飽
和塩化ナトリウムカロメル電極(SSCE)を基
準電極、白金網を対極として下記条件で電極酸
化を行なつた。 電解液: 支持電解質として過塩素酸ナトリウム0.2M
および反応体として2,6−キシレノール
0.5Mの割合で含有するアセトニトリル。 電解条件: 電解電位を0ボルトから1.5ボルトまで3回
掃引(掃引速度50ミリボルト/秒)したのち、
1.5ボルトで10分間定電位電解。 こうしてBPG体の露出先端面上に2,6−
キシレノールの電解酸化重合膜(厚さ約30μ
m)を形成した。この電解酸化重合膜は暗青色
であつた。 (ii) 上記(i)で作製した電解酸化重合膜被覆電極を
水洗後乾燥したものを、次に下記組成のナトリ
ウムイオンキヤリヤー物質含有液に浸漬したの
ち、乾燥を行ない電解酸化重合膜上にナトリウ
ムイオン選択性膜14を被着した。なお、浸
漬・乾燥操作は30回繰り返し、厚さ約0.3mmの
ナトリウムイオン選択性膜を形成した。 浸漬液組成: ビス〔(12−クラウン−4)メチル〕ドデシル
マロネート 20.7mg カリウムテトラキス(p−クロロフエニル)ボ
レート 4.5mg ポリ塩化ビニル(平均重合度1050) 270.3mg セバシン酸ジ(2−エチルヘキシル) 536.9mg テトラヒドロフラン 10ml こうして作製したセンサーは充分に乾燥した
後、1mMの塩化ナトリウム水溶液に2時間浸
漬してから以後の実験に用いた。 実験例 1 実施例1で作製したナトリウムイオンセンサー
のナトリウムイオンに対する応答性を、該センサ
ーを8×10-4〜3×10-1M塩化ナトリウム溶液に
SSCEと共に浸漬し、センサーの起電力を測定す
ることにより調べた。なお、測定は37℃において
行なつた。その結果を第2図に示す。 第2図から明らかなように、起電力はナトリウ
ムイオン濃度8×10-4〜3×10-1Mにおいて良好
な直線関係を示した。また、各濃度における起電
力測定において、センサーが平衡電位の95%の電
位に達するまでの時間(95%応答時間)は1分以
内であつた。 実験例 2 実施例1で作製したナトリウムイオンセンサー
の起電力に対する溶存酸素の影響を調べるために
上記実験例1の測定水溶液中に純粋窒素ガス(流
量100ミリリツトル/分)を3時間吹き込んだ時
の起電力と同測定水溶液中に酸素ガス(流量100
ミリリツトル/分)を5時間吹き込んだ時の起電
力の差を測定した。なお、測定は実験例1と同様
該センサーとSSCEとを同一溶液に浸漬し、被膜
中に十分溶存ガスを飽和させたのち行なつた。そ
の結果、起電力の差は±2mV以内であり本発明
センサーが測定溶液中の溶存酸素に影響されずに
ナトリウムイオン濃度を測定することができるこ
とがわかつた。 実験例 3 実施例1で作製したナトリウムイオンセンサー
のナトリウムイオン選択性を、ナトリウムイオン
の下記第1表に示すカチオン種(M)に対する選
択係数KPet NaMを求めることにより評価した。測定
は、いわゆる混合法を用いて行なつた。すなわ
ち、ナトリウムイオン濃度を1mMに保ちつつ、
当該カチオン種の濃度を変化させたときの起電力
の変化を求めることにより行なつた。なお、測定
は25℃において行なつた。その結果を第1表に示
す。
The present invention relates to a sodium ion sensor, and more particularly to a solid state sodium ion sensor without an internal (standard) solution. [Prior Art and Problems] Conventionally, ion-selective electrodes have been used as ion sensors that measure the ion concentration in a solution based on electrode potential response. This ion-selective electrode has two types of internal structures: (1) an ion-selective membrane, an internal (standard) solution, and an internal reference electrode immersed in the solution (internal solution type); They can be broadly classified into membrane structures in which an ion-selective membrane or an ion-sensitive membrane is directly bonded to a conductive substrate (direct bond type). Among these ion sensors, the sodium ion sensor is an internal solution type that has a glass membrane and measures the sodium ion concentration using the membrane potential difference between the internal solution containing the standard concentration of sodium ions and the test liquid. are commonly used. However, since this type of electrode has an internal solution and an internal liquid chamber, it is difficult to miniaturize the electrode, there is a high risk of glass breakage, and
The disadvantage was that it was necessary to take into account the interference of Ag + ions. Therefore, in order to eliminate the structural disadvantages of such glass membrane electrodes, we have developed a direct bond type coated wire ion-selective ion electrode.
electrode; hereinafter referred to as CWE) was developed.
Since CWE has a structure in which a polymer sensitive membrane holding a liquid ion exchanger is directly coated on the tip of a conductive substrate, it can be easily miniaturized and easily used. However, since it does not have an internal reference electrode, there is a problem in terms of potential stability.Also, since the conductive substrate and the polymer sensitive membrane are in direct contact with each other, differences in the surface state of the conductive substrate may occur. has a large influence on the measured potential, and tends to cause individual differences in the properties of the resulting electrodes, resulting in practical disadvantages. A CWE with an internal comparison electrode has been proposed to solve this operational drawback of the CWE. That is, an electrode is shown in which a layer of a polystyrene porous membrane impregnated with a solution of KCl and a target ion is provided on the surface of the internal reference electrode, and the electrode is coated with the same sensitive membrane as that used in the above CWE.
However, although this electrode is different in structure from the conventional internal solution type, it can be said that it is similar in terms of functional configuration. In addition, since there is an interface between the impregnated layer and the sensitive membrane, the potential between them may change over time, and the stability may not be satisfactory for long-term use. Ta. Purpose of the Invention Under these circumstances, the present inventor has conducted various studies in order to develop a solid-state sodium ion sensor that does not have an internal solution or an internal liquid chamber, and that does not have the above-mentioned drawbacks of conventional products. However, it has been found that by depositing the sodium ion selective membrane on top of a membrane with a reversible redox function, rather than directly depositing it on the surface of the conductive substrate, the operation is extremely stable and the characteristics are improved. The present invention was completed based on the discovery that it is possible to obtain a sodium ion sensor with excellent sensor characteristics such as no individual differences, miniaturization, and fast response speed. That is, the present invention is a sodium ion sensor that measures the concentration of sodium ions in a solution based on electrode potential response, in which a film having a reversible redox function is deposited on the surface of a conductive substrate, and the surface of the film is The present invention provides a sodium ion sensor comprising a sodium ion selective membrane attached to a sodium ion sensor. The present invention further provides a sodium ion sensor in which the sodium ion selective membrane is a polymeric membrane carrying a sodium ion carrier material. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The conductive substrate used in the sodium ion sensor of the present invention is, for example, basal plain pyrolitic graphite (basal plain pyrolitic graphite).
plane pyrolytic graphite (hereinafter referred to as BPG),
Examples include conductive carbon materials such as glassy carbon, noble metals that undergo redox reactions in solution, and materials whose surfaces are coated with semiconductors such as indium oxide and tin oxide. Among these, conductive carbon materials are preferred, and BPG is particularly preferred. In addition, membranes with reversible redox functions (hereinafter referred to as
A redox film (sometimes referred to as a redox film) refers to an electrode formed by adhering this film to the surface of a conductive substrate, which can generate a constant potential on the conductive substrate through a reversible redox reaction. In particular, it is preferable that the potential does not vary depending on the oxygen gas partial pressure. Examples of such a redox film include, for example, an organic compound film or a polymer film capable of carrying out a quinone-hydroquinone type redox reaction, an organic compound film or a polymer film capable of carrying out an amine-quinoid type redox reaction. Suitable examples include membranes and the like. Here, the quinone-hydroquinone type redox reaction refers to, for example, one expressed by the following reaction formula, taking the case of a polymer as an example. (In the formula, R 1 and R 2 represent, for example, a compound with an aromatic-containing structure.) In addition, the amine-quinoid type redox reaction is the same as above, taking the case of a polymer as an example.
For example, it refers to the reaction represented by the following reaction formula. (-N= R3 )= o1 N-〓〓〓〓〓
〓(−NH−R 4 )− o1 NH− (In the formula, R 3 and R 4 represent, for example, a compound having an aromatic-containing structure) Compounds that can form a film having such a reversible redox function include: Examples include the following compounds (a) to (c). (a) (In the formula, Ar 1 is an aromatic nucleus, each R 5 is a substituent, m 2 is 1 to the effective valence number of Ar 1 , and n 2 is 0 to
The aromatic nucleus of Ar 1 is a monocyclic one such as a benzene nucleus, anthracene nucleus, pyrene nucleus, chrysene nucleus, It may be a polycyclic nucleus such as a perylene nucleus or a coronene nucleus, and it may be not only a benzene nucleus but also a heterocyclic nucleus. Examples of the substituent R 5 include an alkyl group such as a methyl group, an aryl group such as a phenyl group,
and halogen atoms. Specifically, for example, dimethylphenol, phenol,
Hydroxypyridine, o- or m-benzyl alcohol, o-, m- or p-hydroxybenzaldehyde, o- or m-hydroxyacetophenone, o-, m- or p-hydroxypropiophenone, o-, m- or p-
benzophenol, o-, m- or p-hydroxybenzophenone, o-, m- or p-
Carboxyphenol, diphenylphenol, 2-methyl-8-hydroxyquinoline, 5
-Hydroxy-1,4-naphthoquinone, 4-
(p-hydroxyphenyl)2-butanone, 1,
5-dihydroxy-1,2,3,4-tetrahydronaphthalene, bisphenol A, salicylanilide, 5-hydroxyquinoline, 8-hydroxyquinoline, 1,8-hydroxyanthraquinone, 5-hydroxy-1,4-naphthoquinone, etc. can be mentioned. (b) The following formula (In the formula, Ar 2 is an aromatic nucleus, each R 6 is a substituent, m 3 is 1 to the effective valence number of Ar 2 , and n 3 is 0 to
The aromatic nucleus of Ar 2 and substituent R 6 are the same as Ar 1 and substituent R 5 in compound (a), respectively. be done. Specific examples of amino aromatic compounds include aniline, 1,2-diaminobenzene, aminopyrene, diaminopyrene, aminochrysene, diaminochrysene, 1-aminophenanthrene, 9-aminophenanthrene, 9,10-diamino Phenanthrene, 1-aminoanthraquinone, p-phenoxyaniline, o-phenylenediamine, p-chloroaniline, 3,5-dichloroaniline, 2,4,6-trichloroaniline, N-methylaniline, N- phenyl-p
-phenylenediamine, etc. (c) Quinones such as 1,6-pyrenequinone, 1,2,5,8-tetrahydroxynarizalin, phenanthrenequinone, 1-aminoanthraquinone, purpurin, 1-amino-4-hydroxyanthraquinone, anthralfin, etc. Of these compounds, 2,6-xylenol and 1-aminopyrene are particularly preferred. Further, as compounds capable of forming the redox film according to the present invention, (d) poly(N-methylaniline) [Onuki, Matsuda,
Koyama, Journal of the Chemical Society of Japan, 1801-1809 (1984)], poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene ether), poly(o-phenylene diamine), poly(phenol), polyxylenol; pyrazoquinone series (a) to (c) such as quinone-based vinyl polymer condensation compounds such as vinyl monomer polymers and isoalloxazine-based vinyl monomer polymers;
An organic compound containing the compound of (a) to (c), a low polymerization degree polymer compound (oligomer) of the compound (a) to (c), or (a) to (c) fixed to a polymer compound such as a polyvinyl compound or a polyamide compound. Examples include those having the redox reactivity such as.
In this specification, the term polymer includes both homopolymers and interpolymers such as copolymers. In the present invention, in order to deposit a compound capable of forming the above-mentioned redox film on the surface of a conductive substrate, an amino aromatic compound, a hydroxy aromatic compound, etc. are applied by an electrolytic oxidation polymerization method or an electrolytic deposition method. Therefore, by directly polymerizing on the substrate surface, or by applying electron beam irradiation, light, heat, etc., a pre-synthesized polymer is dissolved in a solvent, and this solution is fixed to the substrate surface by dipping/coating and drying. Alternatively, a method of directly fixing the polymer film to the substrate surface by chemical treatment, physical treatment, or irradiation treatment can be adopted. Among these methods, electrolytic oxidative polymerization is particularly preferred. In the present invention, the electrolytic oxidative polymerization method involves electrolytically oxidizing and polymerizing amino aromatic compounds, hydroxy aromatic compounds, etc. in a solvent in the presence of an appropriate supporting electrolyte to deposit a polymer film on the surface of a conductor. Implemented. Examples of the solvent include acetonitrile, water, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, propylene carbonate, etc., and examples of the supporting electrolyte include sodium perchlorate, sulfuric acid, disodium sulfate, phosphoric acid, boric acid, potassium tetrafluorophosphate, Preferred examples include quaternary ammonium salts. The polymer films deposited in this manner are generally very dense, and even thin films can prevent the permeation of oxygen.
However, in order to achieve the effects of the present invention, the redox film is not particularly limited as long as it has the redox reactivity, and it does not matter how dense the film is. The thickness of the redox film is preferably 0.1 μm to 0.5 mm. If it is thinner than 0.1μm,
If the film is thicker than 0.5 mm, the effect of the present invention will not be sufficiently achieved, and the film resistance will increase, which is not preferable. Further, the redox membrane used in the present invention can be used by impregnating it with an electrolyte. Examples of the electrolyte include phosphoric acid, dipotassium hydrogen phosphate, sodium perchlorate, sulfuric acid, tetrafluoroborate, and tetraphenylborate. A simple method for impregnating the redox membrane with an electrolyte is to attach the redox membrane to a conductive substrate and then immerse it in an electrolyte solution. The sodium ion-selective membrane deposited over the surface of the redox membrane deposited on the conductive substrate as described above is made by, for example, carrying a sodium ion carrier material and an electrolyte salt on a polymer compound. A membrane is used. The sodium ion carrier material is not particularly limited as long as it can selectively transport sodium ions, but aromatic amides or diamides, aliphatic amides or diamides, crown compounds, e.g. Bis[(12-crown-4)methyl] dodecyl malonate,
N,N,N,N-tetrapropyl-3,6-dioxanate diamide, N,N,N',N'-tetrabenzyl-1,2-ethylenedioxydiacetamide, N,N'-dibenzyl-N, N'-diphenyl-1,2-phenylene diacetamide, N,
N',N''-triheptyl-N,N',N''-trimethyl-4,4',4''-prepyridine tris(3-oxbutylamide), 3-methoxy-N,N,N,
N-tetrapropyl-1,2-phenylenedioxydiacetamide, (-)-(R,R)-4,5-dimethyl-N,N,N,N-tetrapropyl-3,
6-dioxaoctane, diamide, 4-methyl-
N,N,N,N-tetrapropyl-3,6-dioxaoctane diamide, N,N,N,N-tetrapropyl-1,2-phenylenedioxydiacetamide, N,N,N,N- Tetrapropyl
2,3-naphthalenedioxydiacetamide, 4
-t-Butyl-N,N,N,N-tetrapropyl-1,2-cyclohexanedioxy-diacetamide, cis-N,N,N,N-tetrapropyl-
1,2-cyclohexanedioxydiacetamide, trans-N,N,N,N-tetrapropyl-1,2-cyclohexanedioxydiacetamide, etc., among others, bis[(12-crown-4) Methyl] dodecyl malonate is preferably used. Examples of electrolyte salts include sodium tetrakis(p-chlorophenyl)borate, potassium tetrakis(p-chlorophenyl)borate, and the following formula R' 4 NBF 4 (wherein R' is an alkyl group, preferably a carbon atom having 2 carbon atoms).
~6 alkyl group). Further, examples of the polymer compound include vinyl chloride resin, vinyl chloride-ethylene copolymer, polyester, polyacrylamide, polyurethane, silicone resin, etc., and those from which plasticizers do not easily elute are used. Examples of such plasticizers include dioctyl sebacate, dioctyl adipate, dioctyl maleate, and the like. Moreover, tetrahydrofuran is preferably used as the solvent. In order to attach a sodium ion selective membrane to the surface of a redox membrane, for example, a polymer compound as a carrier is used.
A base electrode (in this case, a redox membrane) is added to a solution containing 50 to 500 parts by weight of a plasticizer, 0.1 to 50 parts by weight of a sodium ion carrier material, and an electrolyte salt in a solvent (e.g., tetrahydrofuran) per 100 parts by weight. It is preferable to repeat dipping, pulling up, air-drying and drying (80 DEG C., 3 minutes) about 30 times to obtain a carrier film thickness of 50 .mu.m to 3 mm, particularly 0.3 mm to 2 mm. Alternatively, paste vinyl chloride, sodium ion carrier material, plasticizer, electrolyte salt are mixed in the above weight ratio, and then placed on the base electrode to a thickness of 50 μm to 3 mm.
A sodium ion carrier film can also be obtained by heat treatment at 160° C. for 1 minute to form a gel. Traditionally, membranes used for ion-selective electrodes are
Although the sodium ion sensor of the present invention is generally made of a thin film in order to reduce the membrane resistance, it is not necessarily necessary to use a thin film, and as mentioned above, the film can be made as thick as about 1 to 3 mm. This is thought to be based on the unique configuration of the sensor of the present invention, but is surprising. Furthermore, the sodium ion selective membrane used in the present invention can effectively prevent the influence of dissolved oxygen and other coexisting substances in the test liquid. To measure the sodium ion concentration of a test liquid using the sodium ion sensor of the present invention, as shown in FIG. The sodium ion sensor 23 of the present invention and a silver-silver chloride electrode or a calomel electrode as the reference electrode 24 are immersed in the solution. Then, the potential difference (electromotive force) of the sodium ion sensor 23 with respect to the reference electrode 24 is measured by the potentiometer 26. At this time, it is preferable to stir the test liquid 22 with a stirrer 25. The sodium ion concentration of the test liquid is read from a calibration curve of electromotive force and sodium ion concentration prepared in advance. [Example] Next, an example will be given and explained. Example 1 A sodium ion sensor shown in FIG. 1 was produced by the following method. (i) Basal plain pyrolitic graphite (BPG) (manufactured by Union Carbide)
After cutting out a cylinder with a diameter of 5 mm from the plate, conductive adhesive (manufactured by Amicon, Inc.,
C-850-6) to which the lead wire 16 was connected, and a heat-shrinkable tube (manufactured by Alpha Wire Co., Ltd.) so that the top surface 11a of the BPG slightly protrudes.
It was covered and insulated. The protruding tip of the BPG substrate thus prepared was peeled off with a knife blade to expose a new surface. Next, using this as a working electrode, electrode oxidation was performed under the following conditions using a saturated sodium chloride calomel electrode (SSCE) as a reference electrode and a platinum mesh as a counter electrode. Electrolyte: Sodium perchlorate 0.2M as supporting electrolyte
and 2,6-xylenol as reactant
Acetonitrile contained in a proportion of 0.5M. Electrolysis conditions: After sweeping the electrolytic potential from 0 volts to 1.5 volts three times (sweep speed 50 millivolts/second),
Potential electrolysis for 10 minutes at 1.5 volts. In this way, 2,6-
Xylenol electrolytic oxidation polymer membrane (thickness approx. 30μ)
m) was formed. This electrolytically oxidized polymer film was dark blue. (ii) The electrode coated with the electrolytic oxidative polymer membrane prepared in (i) above was washed with water and then dried, then immersed in a solution containing a sodium ion carrier substance with the following composition, dried, and then coated on the electrolytic oxidative polymeric membrane. A sodium ion selective membrane 14 was deposited. The dipping and drying operations were repeated 30 times to form a sodium ion selective membrane with a thickness of about 0.3 mm. Immersion liquid composition: Bis[(12-crown-4)methyl]dodecylmalonate 20.7mg Potassium tetrakis(p-chlorophenyl)borate 4.5mg Polyvinyl chloride (average degree of polymerization 1050) 270.3mg Di(2-ethylhexyl sebacate) 536.9 mg Tetrahydrofuran 10ml The thus prepared sensor was thoroughly dried and then immersed in a 1mM sodium chloride aqueous solution for 2 hours before being used in subsequent experiments. Experimental Example 1 The responsiveness of the sodium ion sensor prepared in Example 1 to sodium ions was evaluated by dipping the sensor into a 8×10 -4 to 3×10 -1 M sodium chloride solution.
This was investigated by immersing the sensor in SSCE and measuring the electromotive force of the sensor. Note that the measurements were performed at 37°C. The results are shown in FIG. As is clear from FIG. 2, the electromotive force showed a good linear relationship at a sodium ion concentration of 8×10 −4 to 3×10 −1 M. Furthermore, in the electromotive force measurement at each concentration, the time it took for the sensor to reach 95% of the equilibrium potential (95% response time) was within 1 minute. Experimental Example 2 In order to investigate the influence of dissolved oxygen on the electromotive force of the sodium ion sensor produced in Example 1, pure nitrogen gas (flow rate of 100 ml/min) was blown into the measurement aqueous solution of Experimental Example 1 for 3 hours. Oxygen gas (flow rate 100
The difference in electromotive force was measured when 5 hours of blowing (milliliter/min) was carried out. Note that, as in Experimental Example 1, the measurement was performed after immersing the sensor and SSCE in the same solution to sufficiently saturate the film with dissolved gas. As a result, it was found that the difference in electromotive force was within ±2 mV, and the sensor of the present invention was able to measure the sodium ion concentration without being affected by dissolved oxygen in the measurement solution. Experimental Example 3 The sodium ion selectivity of the sodium ion sensor produced in Example 1 was evaluated by determining the selectivity coefficient K Pet NaM for the cation species (M) shown in Table 1 below for sodium ions. The measurements were carried out using the so-called mixed method. That is, while keeping the sodium ion concentration at 1mM,
This was done by determining the change in electromotive force when the concentration of the cationic species was changed. Note that the measurements were performed at 25°C. The results are shown in Table 1.

【表】 第1表から、例えば正常人の体液中のカリウム
イオン濃度は3〜4.7×10-3Mであるので、本発
明センサーによつて体液中のナトリウムイオン濃
度を選択的に測定し得ることが分かつた。 発明の具体的効果 本発明のナトリウムイオンセンサーは、 (i) 固体型で内部液室を必要とせず、小型化が可
能で生体内溶液のin situ測定などに利用でき
る。 (ii) 被検液中の溶存酸素をはじめ種々の共存物質
の影響を受けにくく、被検液の種類に制限され
ることなく使用することができる。 (iii) 95%応答が1分程度と短かく、迅速な測定が
可能である。 (iv) 経時安定性に優れ、長期間再現性のよい測定
が可能である。 (v) 同一の特性を有するセンサーを複数容易に作
製できる等、実用上の種々の利点を有する。
[Table] From Table 1, for example, the concentration of potassium ions in body fluids of normal people is 3 to 4.7×10 -3 M, so the sensor of the present invention can selectively measure the concentration of sodium ions in body fluids. I found out. Specific Effects of the Invention The sodium ion sensor of the present invention is (i) solid-state, does not require an internal liquid chamber, can be miniaturized, and can be used for in situ measurements of biological solutions. (ii) It is less susceptible to the effects of various coexisting substances, including dissolved oxygen in the test solution, and can be used regardless of the type of test solution. (iii) 95% response is as short as about 1 minute, allowing for rapid measurement. (iv) It has excellent stability over time and enables measurements with good reproducibility over a long period of time. (v) It has various practical advantages, such as the ability to easily produce multiple sensors with the same characteristics.

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

第1図は本発明のナトリウムイオンセンサーの
拡大断面説明図を示す。第2図は本発明のナトリ
ウムイオンセンサーの起電力とナトリウムイオン
濃度の関係を示す図面である。第3図は本発明の
ナトリウムイオンセンサーによるナトリウムイオ
ン濃度測定方法の一例を示す概略図である。 11……BPG、11a……頂面、11b……
底面部、12……絶縁体、13……電解酸化重合
膜、14……ナトリウムイオン選択性膜、15…
…導電性接着剤、16……リード、21……槽、
22……被検液、23……ナトリウムイオンセン
サー、24……基準電極、25……撹拌機、26
……電位差計。
FIG. 1 shows an enlarged cross-sectional explanatory view of the sodium ion sensor of the present invention. FIG. 2 is a drawing showing the relationship between the electromotive force and the sodium ion concentration of the sodium ion sensor of the present invention. FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a method for measuring sodium ion concentration using the sodium ion sensor of the present invention. 11... BPG, 11a... Top surface, 11b...
Bottom part, 12... Insulator, 13... Electrolytic oxidation polymer membrane, 14... Sodium ion selective membrane, 15...
... Conductive adhesive, 16 ... Lead, 21 ... Tank,
22... Test liquid, 23... Sodium ion sensor, 24... Reference electrode, 25... Stirrer, 26
...Potentiometer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 溶液中のナトリウムイオン濃度を電極電位応
答で測定するナトリウムイオンセンサーであつ
て、導電性基体の表面に可逆的酸化還元機能を有
する膜を被着し、かつ、該被膜の表面にナトリウ
ムイオン選択性膜を被着してなることを特徴とす
るナトリウムイオンセンサー。 2 ナトリウムイオン選択性膜がナトリウムイオ
ンキヤリヤー物質を担持せしめた高分子膜である
特許請求の範囲第1項記載のナトリウムイオンセ
ンサー。
[Scope of Claims] 1. A sodium ion sensor that measures the concentration of sodium ions in a solution based on electrode potential response, which comprises a film having a reversible redox function deposited on the surface of a conductive substrate, and the film has a reversible redox function. A sodium ion sensor comprising a sodium ion selective membrane adhered to the surface of a sodium ion sensor. 2. The sodium ion sensor according to claim 1, wherein the sodium ion selective membrane is a polymer membrane carrying a sodium ion carrier substance.
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