JPH05126785A - 乾式イオン選択性電極の製法 - Google Patents

乾式イオン選択性電極の製法

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JPH05126785A
JPH05126785A JP3286181A JP28618191A JPH05126785A JP H05126785 A JPH05126785 A JP H05126785A JP 3286181 A JP3286181 A JP 3286181A JP 28618191 A JP28618191 A JP 28618191A JP H05126785 A JPH05126785 A JP H05126785A
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尊之 田口
Tadao Yamaguchi
忠雄 山口
Hiroshi Taniguchi
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 個体間差の小さい乾式イオン選択性電極を簡
単な製法により製造する。 【構成】 基板の上に電極用金属層を形成し、該金属層
の端子部を導電性ペーストによりマスクし、参照電極部
分を規制するようにレジスト膜を印刷し、該金属層の参
照電極部分を化学処理して金属塩層を形成し、レジスト
膜で規制された該電極部分上にイオン選択膜を供給し、
その後、加熱処理し、冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分】本発明は、乾式イオン選択性電極の
製法に関し、更に詳しくは、イオン選択膜表面の均一性
の高い乾式イオン選択性電極の製法に関する。
【0002】
【従来の技術】液体試料、例えば生物体液 (血液、尿、
唾液など)や環境に存在する水に含まれる特定のイオン
濃度を測定する為に、イオン選択性電極が使用されてい
る。中でも、乾式イオン選択性電極は、使用方法が簡単
であり、かつ精度がよいので、近年広く使用されるよう
になっている。
【0003】乾式イオン選択性電極は、一般に、参照電
極、参照電極と接触している電解質層およびイオン選択
膜からなっている。この種のイオン選択性電極の典型的
な例は、特公昭58−4981号公報に記載されてい
る。この公報に記載されたイオン選択性電極は、プラス
チックフィルムに金属層を蒸着し、その上に電解質およ
びイオン選択膜をそれぞれコーティングし、乾燥した
後、適当な寸法に切断し、1対のイオン選択性電極とし
て使用される。しかし、このような製法による場合、測
定のため供給した試料が選択膜からこぼれると積層フィ
ルムの切断面で層間が短絡する危険性がある。また、同
時多項目測定に用いようとすれば、複数対の電極を並設
しなけらばならないのであるが、試料の展延の為に多孔
性分配部材を使用する必要があったり、電極製造工程数
が多くなるという欠点がある。更に、電解質層やイオン
選択膜をコーティングにより形成しているのであるが、
均一な膜厚を有していて実際に使用できる部分は、製造
された積層フィルムの一部にすぎない為、非常に無駄が
多い。
【0004】そこで、上記従来技術の製法のような欠点
が無く、電解質およびイオン選択膜を電極上に均一かつ
効率よく形成できる乾式イオン選択性電極およびその製
法が、特開平2−287146号に開示されている。
【0005】この方法も含め、一般にイオン選択膜は、
イオン選択性物質、可塑剤、膜形成物質(高分子ポリマ
ー)などを、これらの親溶媒である有機溶剤(たとえば、
テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、メチルエチル
ケトンなど)に溶解し、調製した溶液を塗布または滴下
した後に、自然乾燥して、形成されている。しかし、こ
の自然乾燥の際、環境条件、たとえば温度、湿度、空気
の流れなどの微妙な変化が、イオン選択性膜の形成状態
に大きく影響し、特に膜の表面には、有機溶剤の蒸発に
伴う微少な凹凸が多様に発生する。この多様に発生した
凹凸は、電極の応答速度や電位安定性に影響を及ぼす
為、結果的に個々の電極にバラツキが生じることにな
る。つまり、電極の個体間差を少なくするには、厳密に
調製された環境条件が要求され、これには非常に高額の
設備が必要となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、非常に簡単
な手段により、個体間差の非常に小さい乾式イオン選択
性電極を製造できる方法を提供しようとするものであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、このよ
うな課題は、基板の上に電極用金属層を形成し、該金属
層の端子部を導電性ペーストによりマスクし、参照電極
部分を規制するようにレジスト膜を印刷し、該金属層の
参照電極部分を化学処理して金属塩層を形成し、レジス
ト膜で規制された該電極部分上にイオン選択膜を供給
し、その後、加熱処理し、冷却する、ことから成る乾式
イオン選択性電極の製法により解決される。
【0008】基板としては、絶縁性材料のフィルムまた
はシート、例えばプラスチックフィルムが使用される。
プラスチックとしては、ポリエステル、ポリプロピレ
ン、アクリル、塩化ビニルなどが好ましい。
【0009】電極用金属としては、銀、銅、アルミニウ
ム等の導電性金属が使用できるが、とりわけ銀が好まし
い。電極金属層は、常套の方法、例えば、金属ペースト
のスクリーン印刷、金属蒸着などによって形成できる。
【0010】次に、電極の端子部を導電性ペーストによ
りマスクし、かつ参照電極部分および端子部を残して他
の部分を覆うようにレジスト膜を印刷する。このレジス
ト膜は、後の工程で参照電極上に電解質層およびイオン
選択膜を形成する際に、これらを規制する 「壁」の役割
を果たす。「壁」は参照電極の側面より0.2〜1.0mm
外側に位置させ、隙き間を設けると、均一なイオン選択
膜を形成する上で有利である。理由は後述する。レジス
ト膜と参照電極が接合する部分には、レジスト膜を形成
する前に非導電性部を設けることによって、 「壁」と参
照電極の間に隙き間を設けたのと同様の効果が得られ
る。
【0011】非導電性部の材料としては、市販の絶縁イ
ンクなどを使用できるが、接着性、耐エッチング性の点
で非導電性金属ペーストが好ましい。非導電性金属ペー
ストは金属ペーストの金属含量が少ないものをいう。レ
ジスト膜の材料としては、市販の絶縁インクが用いら
れ、紫外線硬化型の日本アチソン製ML25089、M
L25094、ED450SS、シントーケミトロン製
STR5320、十条化工製DS−4、INS−3、太
陽インキ製造製FOC−35、熱硬化型のシントーケミ
トロン製STR−5110、十条化工製HIPET93
00、大阪アサヒ化学製CR420G,CR48Gなど
から選択できるが、これらに限定されるものではない。
【0012】レジスト膜の形成は、絶縁インクをスクリ
ーン印刷によって形成し、次いで、UV照射機により紫
外線を照射し硬化させる。これを所定の膜厚になるまで
繰り返す。熱硬化性の絶縁インクの場合はUV照射する
かわりに、100〜150℃に加熱すればよい。このレ
ジスト膜により規制された電極層部分を化学処理して金
属表面に金属塩層を作り、参照電極を形成する。金属塩
は通常ハロゲン化物、好ましくは塩化物であるが、他の
塩でもよい。
【0013】次いで、レジスト膜により囲まれた領域を
利用して、参照電極上に電解質層およびイオン選択膜を
形成する。尚、特開昭57−106852号公報に記載
の電極のように電解質は無くてもよい。電解質溶液をこ
の領域に注入すると、表面張力により、参照電極上では
ほぼ厚さの等しい液膜が形成されるので、液を乱すこと
なく乾燥すると、少なくとも参照電極上に膜厚の均一な
電解質層を形成することができる。
【0014】一般に、液体を容器に入れると、液体表面
は側壁部でもり上がった形状となる。そして、液体を乾
燥させると、中央部は均一に乾燥するが、周縁部は、容
器の壁面と接触している部分にひきずられるような形で
乾燥する。そこで、均一な膜を必要とする部分よりも容
器の壁を外側にしたのような状態で乾燥させると、液体
の周縁部はやはり壁にひきずられるようになるものの中
央部即ち参照電極を覆う部分では均一な膜を得ることが
できる。本発明における電解質層およびイオン選択膜は
このようにして、均一に形成される。
【0015】参照電極と壁との距離は0.2mm以上、好
ましくは0.3mm以上あればよいが、大きくしても無駄
な部分をふやすだけなので0.2〜1.0mm、好適には
0.3〜0.5mmが採用される。
【0016】電解質は、前記金属塩のアニオンと同種の
アニオンを含むものが好ましいが、異種アニオンを含む
ものでもよいし、更に電解質がなく、電解質層をポリマ
ーのみで形成しても良い。
【0017】更に電解質層の上に、イオン選択膜材料の
溶液を注入して乾燥すると、同様に膜厚の均一なイオン
選択膜が形成できる。本発明の製法では、この段階で加
熱処理を行う。加熱処理は、形成されたイオン選択膜が
軟化し、表面が平滑になるような条件で行う。膜形成物
質の種類にもよるが、一般に40〜160℃の温度で加
熱すれば、十分な表面平滑性が得られる。
【0018】イオン選択膜材料は、従来のもの、例えば
前記特公昭58−4981号公報に記載の疎水性イオン
選択膜材料であってよい。
【0019】本発明のイオン選択性電極の製法を、添付
図面を参照してより詳細に説明する。図1は、本発明の
乾式イオン選択性電極の参照電極を含む断面図である。
図1に示す乾式イオン選択性電極は、プラスチックフィ
ルムからなる基板1、基板1上に形成された電極2、電
極2の参照電極部分を囲むように基板1上に形成された
レジスト3、レジスト3により規定された領域内で電極
2の参照電極部分上に積層された電解質層4およびイオ
ン選択膜5、レジスト3の上に形成されてカバー板7と
イオン選択膜5との間に隙間を形成する第2のレジスト
6から成る。
【0020】図1に示す乾式イオン選択性電極の製造方
法を、第2図を参照して説明する。まず、図2(a)に示
すように、プラスチックフィルムの基板1上に、常套の
方法、たとえば印刷により、導電性金属、好ましくは銀
ペーストを印刷して、電極2を形成する。この段階で、
参照電極となる破線で囲んだ部分2'を化学処理して、
金属表面をハロゲン化銀に変換してもよいが、好ましく
はレジスト3を形成した後に化学処理を行う。また、レ
ジストを印刷する前に導電性金属層とレジスト膜とが接
合する部分に非導電性材料を設けておくと、均一なイオ
ン選択膜を形成するのに有利である。
【0021】次いで、電極2を形成した基板1上に、図
2(b)に示す形状にレジスト3を形成し、更に、図2(c)
に示す形状に第2レジスト6をレジスト3上に形成す
る。第2レジスト6により規定される領域6'の部分6"
に対応するレジスト3表面部分には、ブリッジ (図示せ
ず)が設けられる。この段階で、レジスト3に囲まれた
参照電極部分2'の上の領域に、所定量の電解質溶液を
注ぎ、乾燥させて電解質層4を形成する。そして、形成
された電解質層4の上に、所定量のイオン選択膜材料溶
液を注ぎ、乾燥させてイオン選択膜5を形成する。イオ
ン選択膜は左右に1対ずつ、本図の場合、3種類のイオ
ンに対するイオンキャリアを含んで形成される。
【0022】最後に、図2(d)に示すカバー板7をレジ
スト6上に配置して、本発明のイオン選択性電極が完成
する。カバー板7には、試料供給孔8、空気抜き用孔9
および電極端子露出用孔10が設けられている。なお、
カバー板7の裏面に、第2レジスト6が規定する領域に
対応するくぼみを形成して第2レジスト6を省略しても
よい。
【0023】測定に際しては、カバー板7の一方の試料
供給孔8から、イオン濃度を測定すべき液体試料を供給
し、他方の試料供給孔8から予め定めたイオン濃度の参
照液を供給する。供給された試料及び参照液は、カバー
7とレジスト3および6とにより囲まれた領域全体に、
毛管現象によって広がり、参照電極2'に達し、更にブ
リッジに浸透して、液絡を生じる。これによって、それ
ぞれの対になった電極間に電池が形成されるので、その
起電力を測定し、予め作成した検量線で読みとれば良
い。勿論、予め検量線の入った電圧計を用いて濃度を直
接知ることも可能である。
【0024】
【実施例】以下、本発明をより明らかにするため、実施
例を挙げるが、これにより本発明の技術思想を制限する
ものではない。
【0025】実施例1および比較例1 イオン選択電極の製造 以下の工程により電極を製造した。 1.熱硬化型銀ペースト (日本アチソン製VO−20
0)を200メッシュ、膜厚20μmの版でポリエステ
ルフィルム上に印刷後、150℃で30分間加熱し、硬
化させて銀層を形成した。パターンの電極部分の線幅は
2.5mmとした。 2.端子部に導電性の熱硬化型カーボンインクを200
メッシュ、膜厚10μmの版で印刷後、150℃で30
分間加熱して硬化させた。 3.レジスト膜と電極の接合部に紫外線硬化型レジスト
(日本アチソン製ML−25089)を300メッシ
ュ、膜厚10μmの版で印刷し、紫外線を6kwの出力で
5秒間照射し、硬化させた。 4.紫外線硬化型レジストを300メッシュ、膜厚40
μmの版で印刷し、前項同様に紫外線を照射し、硬化さ
せた。これを3回繰り返し、膜厚約50μmのレジスト
膜を形成した。孔の直径は3.2mmとした。 5.印刷パターンのみを変えて前項と同じ操作を行い、
第2レジストを形成した。 6.3N−硝酸水溶液中に1分間浸漬し、洗浄した。 7.クロム酸溶液 (1%重クロム酸、0.15N−塩
酸、0.2N−塩化カリウム)中に3分間浸漬した後洗
浄し、塩化銀層を形成した。 8.次の組成のイオン選択膜材料溶液を1孔当り0.7
μlずつ滴下し、乾燥し、その後、60℃で加熱し、冷
却してイオン選択膜を形成した。なお、比較例1では、
加熱処理を行わなかった。
【0026】溶液処方ナトリウムイオン選択性膜溶液 ポリ塩化ビニル 2g ビス−(12−クラウン−4)1 1g NPOE2 4g TFPB3 0.1g テトラヒドロフラン 15gカリウムイオン選択性膜溶液 ポリ塩化ビニル 2g ビス−(ベンゾ15−クラウン−5)4 0.5g NPOE2 2g K−TCPB5 0.02g テトラヒドロフラン 8g 注: 1)ビス[(12−クラウン−4)メチル]メチルドデシ
ルマロネート 2)o−ニトロフェニルオクチルエーテル 3)ナトリウムテトラキス [3,5−ビス (トリフルオ
ロメチル)フェニル]ボレート 4)ビス[(ベンゾ−15−クラウン−5)−4'−メチ
ル]ピメレート 5)カリウムテトラキス(p−クロロフェニル)ボレート
【0027】9.10g/dlのポリビニルアルコール水
溶液を、200メッシュ、膜厚50μmの版で印刷し、
乾燥させた。 10.ポリエステルフィルムを貼り、25×35mmに裁
断して電極を得た。
【0028】以上、特に個数について触れずに説明した
が、スクリーン印刷機の印刷できる大きさに合わせて、
多数の電極を同時に製造できる。
【0029】実施例2 実施例1で作製した電極を用い、血清の測定を行った。 測定方法 一方の試料供給穴に、ナトリウムイオン濃度150meq
/l、カリウムイオン濃度4meq/lの参照液、もう一方
の穴にコントロール血清を20μlずつ同時に滴下し、
2分後に電圧を測定した。結果を表1及び表2に示す。
【0030】
【表1】
【0031】
【表2】
【0032】以上、本発明の実施例について述べたが、
これに限定されるものではなく、本発明の技術思想の範
囲内で種々の変更を加えうる。電極は3対でなくても、
1対以上何対でも可能である。測定項目としては、ナト
リウム、カリウム、塩素の他、リチウム、カルシウム、
炭酸などもそれぞれに対応したイオンキャリアーを用い
ることにより測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の乾式イオン選択性電極の断面図
【図2】 図1の乾式イオン選択性電極の分解斜視図
【符号の説明】
1…基板、2…電極、3…レジスト膜、4…電解質層、
5…イオン選択膜、6…間隙形成用レジスト膜、7…カ
バー板。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板の上に電極用金属層を形成し、 該金属層の端子部を導電性ペーストによりマスクし、 参照電極部分を規制するようにレジスト膜を印刷し、 該金属層の参照電極部分を化学処理して金属塩層を形成
    し、 レジスト膜で規制された該電極部分上にイオン選択膜を
    供給し、 その後、加熱処理し、冷却することから成る乾式イオン
    選択性電極の製法。
  2. 【請求項2】 加熱処理温度が、40〜160℃である
    請求項1記載の製法。
JP3286181A 1991-10-31 1991-10-31 乾式イオン選択性電極の製法 Pending JPH05126785A (ja)

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