JPH0441779B2

JPH0441779B2 -

Info

Publication number: JPH0441779B2
Application number: JP59136340A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Shimomura; Norihiko Ushizawa; Hideichiro Yamaguchi; Tsutomu Murakami
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1984-06-30
Filing date: 1984-06-30
Publication date: 1992-07-09
Also published as: EP0167117B1; DE3580622D1; JPS6114562A; US4579641A; EP0167117A3; EP0167117A2

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景〔技術分野〕この発明はPH測定装置に係り、特には、溶液の
PHを電極電位応答で測定するための装置に関す
る。

〔先行技術および問題点〕

PH測定装置として、現在、ガラス電極を指示電
極とするものが広く用いられている。しかしなが
ら、ガラス電極は内部基準液室を必要とするため
動物の血管内に直接挿入し得る程度には小型化で
きない。病気の診断や予防に体内のPHを知ること
も重要なことではあるが、そのためには、PHのセ
ンサーたる作用極と基準極とを同一測定部位に直
接挿入し、当該部位におけるPHをより正確に測定
することが要望されている。

発明の目的したがつて、この発明の目的は、体内に直接挿
入し得る程度に小型化でき、しかも正確にPHを測
定できるPH測定装置を提供することにある。

この発明によれば、(A)少なくとも先端面が白金
で構成された線状の導電体と該白金先端面上に形
成された水素イオン選択透過性膜とを具備してな
る作用極、および(B)該作用極から絶縁されてその
周囲を囲包するように形成された導電体と、該導
電体の外周面上に形成された高分子−銀錯体系層
と、該錯体系層上に形成された、ポリスチレンス
ルホン酸、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸お
よびポリ（パーフルオロスルホン酸）よりなる群
の中から選ばれたアニオン性化合物を含むイオン
伝導性膜とを具備してなる基準極からなり、溶液
のPHを該基準極に対する該作用極の電位でPHを測
定するためのPH測定装置が提供される。

好ましくは、上記水素イオン選択透過性膜は、
ヒドロキシ芳香族化合物および窒素含有芳香族化
合物よりなる群の中から選ばれた少なくとも１種
の芳香族化合物の電解酸化重合膜である。この水
素イオン選択透過膜上に溶液中の夾雑イオン透過
防止膜を形成すると、好ましい。

通常、前記高分子−銀錯体系層は、配位性窒素
を有する高分子化合物と銀との錯体またはこれに
ハロゲン化銀を混入したものからなる。

この発明の特に好ましい態様において、前記イ
オン伝導性膜は高分子−銀錯体系層から延出し、
その先端部が測定試料溶液と接触すべき部分を構
成している。すなわち、この好ましい態様におい
てはこの発明の基準電極はイオン伝導性膜のみが
測定試料溶液に接触することとなり、妨害イオン
（特に、塩素イオン）の影響を無くすことができ
る。また、夾雑イオン透過防止膜上にヘパリンを
水不溶化して固定した膜を形成すると、ことに好
ましい。

発明の具体的説明以下、この発明を添付の図面に沿つて詳しく説
明する。

第１図に示すように、この発明のPH測定装置１
０は、例えばステンレス鋼よりなる線状の導電体
１１ａを備え、これに溶接等によりリード線１１
ｂが接続している。（導電体１１ａとリード線１
１ｂとは一体の導電線で構成されていてもよい。）
これら導電体１１ａとリード線１１ｂとの外囲を
覆つてテフロン等の絶縁層１２が形成されてい
る。この絶縁層１２は熱収縮性絶縁材料のチユー
ブをリード線１１ｂおよび導電体１１ａに被冠し
加熱により収縮させて形成することができる。

導電体１１ａの一露先端面には白金層１３（厚
さ例えば0.01μm〜1μm）が蒸着、スパツタ等の
手段により形成されている。

白金層１３の表面上には水素イオン選択透過性
膜１４が形成されている。この水素イオン選択透
過性膜１４は、ヒドロキシ芳香族化合物（例え
ば、フエノール）および窒素含有芳香族化合物
（例えば、１，２−ジアミノベンゼン）から選ば
れた少なくとも１種の芳香族化合物の電解酸化重
合膜であることが好ましく、PHを測定すべき溶液
中の水素イオンを優先的に透過させる傾向を有す
るものである。

この発明のPH測定装置の作用極は以上述べた導
電体１１ａ、白金層１３および水素イオン選択透
過性膜１４だけで構成されていてもよいが、PHを
測定すべき溶液中の夾雑イオン（水素イオン以外
のイオン）の膜透過をさらに防止するために、図
示のように、水素イオン選択透過性膜１４上に、
夾雑イオン透過防止膜１５を被着することが好ま
しい。この夾雑イオン透過防止膜１５は例えばポ
リカーボネートをスパツタすることによつて形成
できる。

さらに、この発明のPH測定装置を血液のPH測定
に用いる場合には、血液の凝固を防ぐために、夾
雑イオン透過防止膜１５上にヘパリンを水不溶性
化して固定した膜１６を被着することが望まし
い。この膜１６は、ヘパリンを例えば塩化ベンザ
ルコニウムと反応させてベパリンを水不溶性化
し、これを溶媒例えばイソプロピルアルコールに
溶かし、膜１５にコートし、これを乾燥すること
によつて形成できる。

さて、この発明のPH測定装置の基準電極は、例
えば絶縁層１２の周囲を巻回してなる導電線特に
銀線からなる導電体１７を含む。この導電体１７
の外周面に高分子−銀錯体層１８が形成されてい
る。この高分子−銀錯体は、銀と配位結合する元
素（例えば、窒素原子）を有する高分子化合物
（例えば、ポリアクリロニトリル、ポリアクリル
アミド、ポリビニルアミン、ポリメタクリロニト
リル）を硝酸銀等の無機銀塩と例えばジメチルホ
ルムアミド（DMF）等の有機溶媒中で混合し、
得られた溶液を導電体１７にキヤストすることに
よつて形成できる。

高分子−銀錯体層１８上にはアニオン性化合物
を含むイオン伝導性膜１９が形成されている。こ
のイオン伝導性膜１９は例えばポリスチレンスル
ホン酸、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポ
リ（パーフルオロスルホン酸）等のポリアニオン
で形成できる。ポリ（パーフルオロスルホン酸）
は、例えば、ナフイオンという商品名でデユ・ポ
ン社から市販されている。これらアニオン性化合
物は、高分子−銀錯体系層１８から溶け出した銀
イオンとイオンコンプレツクスを形成してその溶
出を防ぎ、水素イオンを素早く電極感応部に伝導
する。また、PH測定液等電解質溶液中に、起電力
に影響を与える濃度の妨害イオン（特に、塩素イ
オン）が存在する場合、イオン伝導性膜１３はそ
のような妨害イオンの透過を阻止する役割をも果
す。なお、イオン伝導性膜は、アニオン性化合物
以外に、NaCl、KCl等の電解質塩を含むことが
できる。

なお、基準電極の周囲はテフロン（デユポン社
の登録商標）等の絶縁層やポリオレフイン系樹脂
の熱収縮性チユーブ（図示せず）で被覆してお
き、保護することが望ましい。

発明の具体的作用この発明のPH測定装置を用いて溶液中のPHを測
定するには、この発明のPH測定装置をその基準電
極のイオン伝導性膜１９が溶液と接触するまで浸
漬し、基準電極と作用極との間の電位差を測定す
る。この測定された電位差の値を、予め作製して
おいたPH値−電位値検量線にあてはめてその溶液
のPHを知る。

以下、本発明の実施例を示す。

実施例１ステンレス鋼線（SUSと略称：直径0.5mm）の
周囲をフツ素樹脂（テフロン：デユポン社の登録
商標）で絶縁し、その露出先端をシリコンカーバ
イド（粒径約8.0μm）紙およびアルミナ粉末（粒
径0.3μm）で研磨、平滑にし、水洗、メタノール
洗浄を行つたのち、乾燥して基体本体を得た。こ
の基体本体上にスパツタリング法（電力量200W、
照射時間15秒間）にて白金薄膜を被覆して電極基
体を得た。白金薄膜の厚さは0.056μmであつた。
スパツタリング装置は二極マグネトロン放電装置
を用いた。

この白金膜表面上に、ポリフエニレンオキシド
（以下PPOと略称する。）とポリ（１，２−ジア
ミノベンゼン）（以下、PDABと略称する。）と
の混成膜を電解酸化重合法により被覆した。電解
には、通常の三電極式セルを使用し、対極として
白金網基準電極、基準極に飽和塩化ナトリウムカ
ロメル電極（SSCE）を使用し、動作電極として
上記電極を用いた。電極は蒸留水で洗浄、乾燥し
たのち用いた。電解液として5mMフエノールと
5mM1，２−ジアミノベンゼンを30mMの水酸化
ナトリウムを含有するメタノール溶液を用い、電
解前に十分脱酸素を行つた。印加電圧を走査さ
せ、両単量体の酸化反応が白金表面で生起してい
ることを確認したのち、印加電圧を1.0ボルト
（対SSCE）で停止し、３分間電解し、白金膜表
面に酸化重合生成物を0.5μmの膜厚で被覆し高分
子膜電極を得た。膜被覆が電極表面に生起したこ
とはサイクリツクボルタモグラムで確認した。こ
の高分子膜電極表面にはポリカーボネート薄膜を
スパツタリング法で被覆した（膜厚0.03μm）。

以上のように作製した膜電極を作用極の感応部
とし、テフロン（デユポン社の登録商標）コート
した線径0.2mmのSUS線をスポツト溶接しリード
線として用いた。これをテフロン（デユポン社の
登録商標）チユーブ（長さ９cm×外径0.25mm）の
中に入れ、シールし、テフロン（デユポン社の登
録商標）チユーブで外側を覆つた。次に第１図に
示すように、銀線（外径0.2mm）を螺旋状に巻回
し、その表面にポリアクリロニトリル（PANと
略称）−銀イオン錯体を0.15mm厚みの層に形成さ
せた。この錯体層はPAN濃度３重量パーセント
のDMF溶液に硝酸銀（濃度30パーセント）を混
合し錯形成させた溶液を、銀線上にキヤストして
形成した。

錯形成層の膜の安定化、緻密化のために、飽和
硝酸銀−メタノール溶液を浸漬させる操作をくり
返した。次いで、ナフイオン膜（ポリパーフルオ
ロスルホン酸膜デユポン社製）を筒型（長さ110
mm×内径φ1.8mm）に覆い、その外側を熱収縮チユ
ーブ（ポリオレフイン系樹脂）で固定化した。こ
のようにして、線型複合電極（この発明のPH測定
装置）を作製した。

このような電極を用いて兎の頚静脈に、外径
5Fのカテーテルシースイントロデユーサー
（USAコーデイス社製）を挿入し、この中に上記
複合膜電極を入れて、直接血液中のPH測定を行つ
た。本発明の複合電極内の作用電極と基準電極と
の間の起電力（平衡電位値）の経時変化を調べ
た。連続３時間測定を継続し、電極電位値は約−
260mA±2mV対PAN−Ag⁺／Ag基準電極で一
定値を示した（第２図Ｃ）。なお、平衡電位が±
2mA以内で一定値を示す到達時間（応答速度）
は約３分であつた。

なお、測定開始後20秒、15分、30分、60分、90
分、120分、150分および180分の時に採血した血
液中のPH値7.352−7.373、Pco₂＝30.0〜34.3mm
Hg、Po₂＝38.2〜41.8mmHgの値を各々得た。な
お測定には血液分析計（BMS−MK−２型、ラ
ジオメーター社製）を用いた。

次に、標準血清を用い、本発明電極の平衡電位
値（mV）とPH値（市販PHメーターにより測定）
との関係を調べ、第２図（線Ｂ）に示すネルンス
トの関係を満足する直線関係を得た。そしてPH＝
7.40のときの平衡電位値は−265mM対PAN−
Ag⁺／Ag基準電極（測定温度37±0.1℃）であつ
た。平衡電位値が全血清中でほぼ等しいことか
ら、血清中での本発明の検量線を使用して、血液
中のPH値を求めることが出来る。なお、標準血清
はVersatol−Ａ（General Giagostic Der
Warner.Lambert社製）をリン酸緩衝溶液でPH調
整して20％濃度のものを使用した。

なお、0.05Mリン酸緩衝溶液中での本発明電極
の平衡電位値とPH値の関係は第２図（線Ａ）であ
る。この図からPH7.40−180mVであり、１PH当り
の平衡電位値の変化は−61mV／PH（6.6PH
9.1）（測定温度37℃）であつた。

実験例１次に、比較極を寒天塩橋とし銀／塩化銀を用い
て、上記と同様の試験を行つた。平衡電位値が一
定に達するまでの時間は３分間以内であり、電位
の安定性±2mV以内で、連続測定を静脈側で３
時間、その後動脈側（静脈と３cm程度のシヤント
で繋ぐ）で３時間兎の血脈中のPH測定を行い、前
者の平衡電位値194mV（max）程度、後者のそれ
は180mV対Ag／AgCl基準電極の電位値を得た
（第３図Ｃ点）。

この電位値は第３図（線Ｂ）で示す標準血清中
のPH7.4の180mVと一致する。したがつて第３図
のPH対平衡電位値の関係から血液中のPH値を求め
ることができる。比較のために、標準緩衝溶液中
のPH7.4の時の平衡電位値は270mV対Ag／AgCl
基準電極であつた（37℃）（第３図線Ａ）。

なお、測定開始後、全血中から0.5ml程度を採
血し血液分析計で測定した、直後、５分、10分、
60分、90分、120分、180分のPH値は7.391〜
7.437、Pco₂＝29.7〜34.4mmHg、Po₂＝51.0〜67.1
mmHg（静脈血）又180分以上300分までのPH値＝
7.384〜7.433、Pco₂＝30.3〜34.8mmHg、Po₂＝51.0
〜69.1mmHg（動脈血）であつた。

実施例２ヘパリン20万単位を塩化ベンザルコニウム（四
級化メチル基を有する界面活性剤）2.47ｇ（ヘパ
リンと当モル反応）をエタノール−ジクロルメタ
ン混合液中で反応させた後、得られたヘパリン複
合体（水不溶性化ヘパリン）をろ別、水洗、乾燥
した。これをイソプロパノールに溶かし、得られ
た溶液に、実施例１で使用した膜電極のポリカー
ボネートを浸漬し、乾燥して、作用極を作製し
た。そして、比較電極として、実施例１と同様
に、PAN−Ag⁺錯体電極を使用して、兎の頚動
脈血液のPH値を測定した。

兎の頚動脈に外径5Fのカテーテルシースイン
トロデユーサー（コーデイス社製）を挿入し、こ
の中に上記複合膜電極を挿入、直接血液中のPH測
定を行つた。そして、両電極間の平衡電位値の経
時変化を検討したところ、連続2.5時間測定で電
極電位値は−230mVである（第４図Ｃ点）。

この時のPH値は血液分析計（BMS−MK−２
型ラジオメーター社製）により7.391〜7.412であ
る。この他、Pco₂＝32.5〜39.5mmHg、Po₂＝43.6
mmHg〜52.8mmHgであつた。

本発明電極の平衡電位値（mV）とPH値の関係
を実施例１と同様に標準血清（Versatol Ａ）中
で測定し、直線関係を得た（第４図線Ｂ）。PH
7.40の平衡電位値は−235mV対PAN−Ag⁺／Ag
基準電極（37±0.1℃）であつた。なお、比較の
ために0.05M／リン酸緩衝溶液中のそれでは第
４図（線Ａ）で−164mV（PH7.40）である。又、
１PH当りの平衡電位変化は−52mV／PH（37℃）
である（第４図線Ａ）。

次に、比較電極として、PAN−Ag⁺錯体電極
の代わりに、寒天塩橋を用いたAg／AgCl基準電
極を用いて、in vivo（インビボ）実験を行つた。
平衡電位値が一定に達するまでの時間は５分間以
内であり、平衡電位値は180mV±2mV対Ag／
AgCl基準電極であつた。上記と同様にして標準
血清中の平衡電位値（mV）とPH値の関係から、
180mVに相当するPH値はPH7.38（37℃）と求める
ことができた。

以上の検量線を用いることによつて、in vivo
中のPH値を求めることができる。

この時のPH値は血液分析計（実校例１と同様）
により7.297〜7.386、Pco₂35.7〜38.1、Po₂37.7〜
38.7である。

参考例１実施例２の感応膜の（PPO＋PDAB）混成膜
の代わりに２，2′，４，4′−テトラヒドロキシベ
ンゾフエノン（THBP）を電解酸化重合させ膜
電極にした以外は、実施例２と同様にして作成し
た膜被覆電極を作用電極に、そして、比較極に
PAN−Ag⁺を使用して実施例２と同様の方法で、
in vivo（動物：兎）の頚静脈血中のPH測定を行つ
た。応答速度は５分間以内で迅速である。そし
て、上記両電極間の平衡電位値は−360mV±
2mV対PAN−Ag⁺／Ag基準電極で一定である
が、凡そ１時間以内で血中の挾雑物の影響を受け
る。

なお、本発明電極を用いて塩素イオン濃度をリ
ン酸標準緩衝溶液中で求めたところ10^-3〜1M／
濃度範囲で測定できる。

したがつて、血液のような蛋白質や活性化物質
が共存する系ではPH測定は出来ないけれども、塩
素イオンなどのイオン類が共存している場合には
PH測定が可能である。

発明の具体的効果以上述べたように、この発明のPH測定装置は、
生体内に直接挿入し得る程度に小型でき、しかも
精度よくPHを測定できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のPH測定装置の概略断面図、
第２図ないし第４図はこの発明のPH測定装置の特
性を示すグラフ図。１１ａ…線状導電体、１３…白金膜、１４…水
素イオン選択透過膜、１５…夾雑イオン透過防止
膜、１６…ヘパリン水不溶性化膜、１７…（基準
極の）導電体、１８…高分子−銀錯体層、１９…
イオン伝導性層。

Claims

【特許請求の範囲】１ (A) 少なくとも先端面が白金で構成された線
状の導電体と該白金先端面上に形成された水素
イオン選択透過性膜とを具備してなる作用極お
よび (B) 該作用極から絶縁されてその周囲を囲包する
ように形成された導電体と、該導電体の外周面
上に形成された高分子−銀錯体系層と、該錯体
系層上に形成された、ポリスチレンスルホン
酸、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸および
ポリ（パーフルオロスルホン酸）よりなる群の
中から選ばれたアニオン性化合物を含むイオン
伝導性膜とを具備してなる基準電極からなり、溶液のPHを該基準電極に対する該作用
電極の電位応答で測定するためのPH測定装置。２水素イオン選択透過性膜がヒドロキシ芳香族
化合物および窒素含有芳香族化合物よりなる群の
中から選ばれた少なくとも１種の芳香族化合物の
電解酸化重合膜である特許請求の範囲第１項記載
の装置。３高分子−銀錯体系層が配位性窒素を有する高
分子化合物と銀との錯体またはこれにハロゲン化
銀を混入したものからなる特許請求の範囲第１項
または第２項記載の装置。４イオン伝導性膜が高分子−銀錯体系層から延
出し、その延出先端部が溶液と接触すべき部分を
構成している特許請求の範囲第１項ないし第３項
のいずれか１項記載の装置。５ (A) 少なくとも先端面が白金で構成された線
状の導電体、該白金先端面上に形成された水素
イオン選択透過性膜および該水素イオン選択透
過性膜上に形成された夾雑イオン透過防止膜を
具備してなる作用極、および (B) 該作用極から絶縁されてその周囲を囲包する
ように形成された導電体と、該導電体の外周面
上に形成された高子−銀錯体系層と、該錯体系
層上に形成された、ポリスチレンスルホン酸、
ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸およびポリ
（パーフルオロスルホン酸）よりなる群の中か
ら選ばれたアニオン性化合物を含むイオン伝導
性膜とを具備してなる基準電極からなり、溶液のPHを該基準電極に対する該作用
電極の電位応答で測定するためのPH測定装置。６水素イオン選択透過性膜がヒドロキシ芳香族
化合物および窒素含有芳香族化合物よりなる群の
中から選ばれた少なくとも１種の芳香族化合物の
電解酸化重合膜である特許請求の範囲第５項記載
の装置。７高分子−銀錯体系層が配位性窒素を有する高
分子化合物と銀との錯体またはこれにハロゲン化
銀を混入したものからなる特許請求の範囲第５項
または第６項記載の装置。８イオン伝導性膜が高分子−銀錯体系層から延
出し、その延出先端部が溶液と接触すべき部分を
構成している特許請求の範囲第５項ないし第７項
のいずれか１項記載の装置。９ (A) 少なくとも先端面が白金で構成された線
状の導電体、該白金先端面上に形成された水素
イオン選択透過性膜、該水素イオン選択透過性
膜上に形成された夾雑イオン透過防止膜、およ
び該夾雑イオン透過防止膜上に形成された、ヘ
パリンを水不溶性化して固定した膜を具備して
なる作用極、および (B) 該作用極から絶縁されてその周囲を囲包する
ように形成された導電体と、該導電体の外周面
上に形成された高分子−銀錯体系層と、該錯体
系層上に形成された、ポリスチレンスルホン
酸、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸および
ポリ（パーフルオロスルホン酸）よりなる群の
中から選ばれたアニオン性化合物を含むイオン
伝導性膜とを具備してなる基準電極からなり、溶液のPHを該基準電極に対する該作用
電極の電位応答で測定するためのPH測定装置。１０水素イオン選択透過性膜がヒドロキシ芳香
族化合物および窒素含有芳香族化合物よりなる群
の中から選ばれた少なくとも１種の芳香族化合物
の電解酸化重合膜である特許請求の範囲第９項記
載の装置。１１高分子−銀錯体系層が配位性窒素を有する
高分子化合物と銀との錯体またはこれにハロゲン
化銀を混入したものからなる特許請求の範囲第９
項または第１０項記載の装置。１２イオン伝導性膜が高分子−銀錯体系層から
延出し、その延出先端部が溶液と接触すべき部分
を構成している特許請求の範囲第９項ないし第１
１項のいずれか１項記載の装置。