JPH04178553A

JPH04178553A - プレーナ型ｐＨ電極

Info

Publication number: JPH04178553A
Application number: JP2307919A
Authority: JP
Inventors: Hideki Endo; 英樹遠藤; Masato Arai; 真人荒井; Satoshi Nakajima; 聡中嶋; Koichi Takizawa; 滝澤　耕一
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1990-11-13
Filing date: 1990-11-13
Publication date: 1992-06-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野この発明は、溶液のｐＨを測定するためのプレーナ型ｐ
Ｈ電極に関する。

（ロ）従来の技術溶液のｐＨを測定するｐＨ電極には、一般にガラス電極
が多く用いられている。このｐＨ測定用ガラス電極は、
作用電極と比較電極とからなり、作用電極は、水素イオ
ン選択性を有する軟質ガラスの薄い小球を、硬質ガラス
管の先端に溶着している。そして、この中には緩衝液（
例えは塩酸緩衝？ｆｆ１）が充填され、金属電極（例え
ば塩化銀電極）が浸しである。比較電極は、所謂、飽和
カロメル電極（ＳＣＥ）が一般に採用されている。また
、画電極が一本化された複合電極を使用する構造のもの
もある。

（ハ）発明が解決しようとする課題上記、従来のｐＨ電極は、いずれもガラス製で内部液を
有し、比較電極は被検液との液絡部が不可欠であるため
、以下に列記する問題点がある。

■内部液を貯溜するスペース、内部液の注入口、液絡部
等複雑な構造を有し、量産が不可能な許かりでなく、小
型化が困難で高価である。

■ガラス製であるため、傷がつきやすく、破損しやすい
ため、慎重な取扱いと細心な注意が要求される。

■ガラス電極は電気抵抗が高く（室温で１００乃至１０
００メグオーム）、ｐＨ測定には高入力抵抗の直流増幅
器か必要で、その測定回路には特別の配慮と工夫が不可
欠である。また、測定系全体を通じて、電極間の絶縁に
は充分な注意が必要となる。

■薄膜化に限界のあるガラス膜、液絡部及び内部液を有
しているため、測定時の応答速度が遅い。

■被検液中の様々な物質が、測定中にガラス膜に付着し
、測定精度の劣化をもたらす。

■形態は、内部液を内蔵したガラス管理であり、電極の
形状や使用状態が限定される。

■ガラス膜に組み込まれた液絡部等、その保守管理に細
心の対応が求められる。

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、作用電極と比較電極を絶縁性の電極支持基板
上に薄膜状に形成し、作用電極は水素イオン選択性を有
する金属よりなり、比較電極は内部液を支持基板内に内
蔵させた構造とすることで、上記問題点を解決すること
を目的としている。

（ニ）課題を解決するための手段及び作用この目的を達
成させるために、この発明のプレーナ型ｐＨ電極では、
次のような構成としている。

プレーナ型ｐＨ電極は、内部液を含浸させた絶縁性電極
支持基板と、この絶縁性電極支持基板上に形成された水
素イオン選択性を有する薄膜状の作用電極と、この作用
電極と同一平面上に平行状に形成された薄膜状の比較電
極と、上記作用電極の感応部及び比較電極の液絡部並び
に作用電極と比較電極の接続部を除いて全体を被覆する
絶縁保護膜とから成ることを特徴としている。

このようなプレーナ型ｐＨ電極では、作用電極は例えば
窒化チタン（ＴｉＮ）のような水素イオン選択性（ｐＨ
特性）を有する金属を、絶縁性の支持基板上に帯状の薄
膜状に形成する。そして、比較電極は例えば銀／塩化銀
のような金属を、空隙部を有する所謂、発泡性支持基板
上に帯状の薄膜状に形成する。そして、この発泡性支持
基板に内部液を含浸させている。更に、画電極（作用電
極及び比較電極）が、同一平面になるように設定しであ
る。このようなプレーナ型ｐＨ電極では、以下に列記す
るような作用効果が得られる。

■構造及び製造工程が極めて簡単で、小型化、低価格化
、量産化か容易である。

■単純な構成であり、支持基板は堅牢で、傷ついたり破
損することが皆無であり、その取扱いが容易である。

■電極金属は導体であり、その電気抵抗に留意すること
なく、簡単で安価な測定回路を適用することができる。

■支持基板状に膜状の電極を形成しているため、これら
電極を直接、コネクタに挿入して使用できる。

■ガラス膜を用いておらず、測定時の応答速度が迷い。

■任意の形状に製作することができ、使用形態も自由度
大である。

■簡単な構造で、且つ量産できるので、特性や形状に関
して電極間のバラツキが殆どない。

■低価格のため、使い捨て使用が可能である。

（ホ）実施例第１図は、この発明に係るプレーナ型ｐＨ電極の具体的
な一実施例を示す斜視図である。

プレーナ型ｐＨ電極は、絶縁性電極支持基板上と、電極
支持基板１上に形成された薄膜状の作用電極２と、薄膜
状の比較電極３とから成る。

作用電極２は、第２図で示すように、電極支持基板２１
と、この電極支持基板２１上に膜状に形成された電極金
属２２とから成る。電極支持基板２１は、絶縁材よりな
る電極支持基材であって、アルミナセラミックの薄板或
いは耐熱性ポリイミドフィルムが用いられる。また、電
極金属２２は窒化チタン（ＴｉＮ）が用いられる。この
窒化チタン２２は、ｐＨ選択性がある。この特性により
プレーナ型ｐＨ電極が可能となる。この作用電極２は、
後述する絶縁性電極支持基板１上に、一定幅の帯状に形
成され、且つ一端側の感応部２３及び他端側の接続部２
４を除いて絶縁性保護膜２５で被覆されている（第３図
及び第４図参照）。この保護ＩＩ！２５は、感光性ポリ
イミドが使用される。

この作用電極２の詳細な製造工程は、省略するが、例え
ば窒化チタン２２の形成は、例えは５０ｍｍＸ５０ｍｍ
の電極支持基板（図示せず）上に、メタルマスクを利用
して、イオンブレーティングやイオンスパッタリング、
ＣＶＤ等の適切な手段により何本かを一括して帯状の膜
状（膜厚約１μｍ）に形成し、この上にフォトリソグラ
フィにより絶縁性保護膜２５を被覆する。すなわち、感
光性ポリイミドを窒化チタン２２が形成されている電極
支持基板の上にスピンコーティングし、ガラスマスクを
覆って霧光し、現像、リンスすることにより感応部２３
と接続部２４を除いて被覆する。更に、適切な手段で一
個の作用電極２の大きさに切断する。

上記比較電極３は、絶縁性電極支持基板１上に形成され
る。絶縁性電極支持基板１は、内部液の保持部を兼ねた
電極支持基板で、絶縁性、耐熱性、機械的強度に優れた
材質が使用される。実施例では、多孔性セラミックス（
材質はアルミナ・ムライト、組成はＡＩ□０３７６％、
５ｉＯｚ２３％、気孔率４３％）を採用している。第３
図及び第５図で示すように、この電極支持基板１に電極
金属として銀（Ａｇ）３１が膜状（膜厚１μｍ）に形成
され、比較電極３が構成されている。そして、電極支持
基板１の表裏には絶縁性保護膜３２が、液絡部３３と接
続部３４を除いて被覆されており、内部の電極支持基板
１中には内部液が充填（含浸）させである。

この比較電極３の製造方法の概略は、次のとおりである
。電極金属である銀３１の形成は、例えば５０ｍｍＸ５
０ｍｍの上記多孔性セラミックス上に、スパッタリング
により帯状に平行に形成する。膜厚は約１μｍである。

次に、上述したホトリソグラフィーの手法により、接続
部３４、作用電極２の装着部１１、液絡部３３を除いて
絶縁性保護膜３２を、電極支持基板ｌの表裏に被覆する
。

作用電極２を装着部１１に接着剤等の適当な手段で装着
する。更に、ダイシング等によりプレーナ型ｐＨ電極の
一個の大きさに切断し、電極支持基板１の露出している
端面１２．１３．１４をエポキシ樹脂１５で絶縁モール
ドする。

このようにして製作したプレーナ型ｐＨ電極Ａに、銀／
塩化銀（Ａｇ／ＡｇＣ１）電極の形成と内部液の充填を
行う。まず、プレーナ型ｐＨ電極Ａを、１．ＯＮ、（規
定）の塩酸（ＨＣＩり溶液中に浸漬し、電圧にて脱泡し
て電極支持基板１内に塩酸を流入・充填させる。次に、
白金（Ｐｔ）線を塩酸液中に浸し、白金線と比較電極３
０間に比較電極３が＋〇、５　Ｖ　（ボルト）になるよ
うに電圧を印加し、銀３１の電極支持基板１側の面に銀
／塩化銀を形成する。更に、この塩酸溶液を完全に除去
し、４．０　Ｍ　（モル）の塩化カリウム（ＫＣ／り溶
液を同様の方法で電極支持基板１内に充填させる。尚、
電極金属の種類、形状、作用電極２の装着法、銀／塩化
銀の形成法、内部液の充填法、絶縁モールド材としての
エポキシ樹脂１５％は、これらに限定されるものではな
く適宜変更可能である。

以上のようにして製造したプレーナ型ｐＨ電極Ａは、第
１図で示すように、直接、接続部２４．３４をコネクタ
Ｂに挿入、接続して使用する。

第６図は、実施例プレーナ型ｐＨ電極Ａの特性を評価し
た結果である。

図中の（ａ）は、市販されている従来のｐＨ電極の電極
出力特性である。また、（ｂ）は従来のｐＨ電極の作用
電極と本実施例のプレーナ型ｐＨ電極Ａの比較電極３と
の組合わせでの出力特性である。更に、（Ｃ）は本実施
例プレーナ型ｐＨ電極Ａの作用電極２と市販の比較電極
との出力特性である。また、（ｄ）は本実施例プレーナ
型ｐＨ電極Ａの特性を示している。この結果により、本
実施例プレーナ型ｐＨ電極Ａが、ｐＨ電極として使用で
きることが証明されている。

第７図は、実施例ブレーナ型ＰＨ電極Ａをミニフローセ
ル５に適用した例の分解斜視図である。

４１は、アクリル板（支持部材）であり、この第７図で
は裏返して図示している。アクリル板４１の裏面４１ａ
には、シリコンシート（例えば厚さ０．１３ｍｍのＳ　
Ｉ　ＬＡＳＴ　Ｉ　Ｃシートティング、ダウ・コーニン
グ社製）４２を周囲に配して、上記実施例プレーナ型ｐ
Ｈ電極Ａが埋め込まれている。

一方、ミニフローセル５には、試料流路５１が設けられ
ており、その両端にはチューブライン５２．５２ａかそ
れぞれ接続される。ミニフローセル５の上面５ａには、
この試料流路５１が露出すると共に、リード線５３を連
結した接点金具５４が設けられている。また、５５は一
対の密着具で、その凸溝部５６には板ハ名５７を有して
いる。すなわち、アクリル板４１とミニフローセル５は
、密着具５５によって装着され、板ハネ５７により密着
させられる。この時、プレーナ型ｐＨ電極Ａが、ミニフ
ロ−セル５上面５ａに密着し、試料流路５１の露出部が
、作用電極２の感応部２３と比較電極３の液絡部３３の
部分に、また接点金具５４が接続部２４．３４にそれぞ
れ密着する。

尚、第７図は、本実施例プレーナ型ｐＨ電極をミニフロ
ーセルに適用した例であるが、適用例をはこれに限定さ
れず、適宜変更可能である。

（へ）発明の効果この発明では、以上のように、内部液を含浸させた絶縁
性電極支持基板上に、水素イオン選択性を有する薄膜状
の作用電極と薄膜状の比較電極とを形成し、上記作用電
極の感応部及び比較電極の液絡部並びに作用電極と比較
電極の接続部を除いて全体を保護膜で被覆することとし
たから、以下に列記するような効果が得られる。

■構造及び製造工程が極めて簡単で、小型化、低価格化
、量産化が容易である。

■ガラス膜を用いておらず、測定時の応答速度が速い。

■任意の形状に製作することができ、使用形態も自由慶
大である。

■低価格のため、使い捨て使用か可能である。

等の発明目的を達成した優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例プレーナ型ｐＨ電極を示す斜視図、第
２図は、露出している感応部の横断面図、第３図は、被
覆されている電極部分の横断面図、第４図は、作用電極
の縦断面図、第５図は、比較電極の縦断面図、第６図は
、実施例プレーナ型ｐＨ電極の特性評価説明図、第７図
は、実施例プレーナ型ｐＨ電極をミニフローセルに適用
する例を示す説明図である。１：絶縁性電極支持基板、２：作用電極、　　　３：比較電極、２３：感応部、　　　　３３：液絡部。特許出願人　　　　　　　　オムロン株式会社代理人　
　　　弁理士　　　中　村　茂　信第１図１　を隊性電極克竹狂２：イ′「用電ネジ３、比較電極第２図１；、梧縁性電持え狩基板第３図第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内部液を含浸させた絶縁性電極支持基板と、この
絶縁性電極支持基板上に形成された水素イオン選択性を
有する薄膜状の作用電極と、この作用電極と同一平面上
に平行状に形成された薄膜状の比較電極と、上記作用電
極の感応部及び比較電極の液絡部並びに作用電極と比較
電極の接続部を除いて全体を被覆する絶縁保護膜とから
成るプレーナ型ｐＨ電極。