JPS58186039A - イオン活量測定器具 - Google Patents

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】 本発明は、イオン濃度またはイオン活動度（以下、イオ
ン活量という。）測定用のイオン活量測定器具に関する
ものであり、さらに詳細には、被検試料液として、水、
生物体液（例えば全血、血漿、血清、尿など）、水溶液
（例えば酒、ワインやビール、雨水、河川水、上水、工
場排水など）のイオン活量なゼテンシオメトリックに測
定するのに有用なイオン活量測定器具に関するものであ
る。

本発明のイオン活量測定器具における電極とは一般に半
電池或いは単極と称せられているものと同一の構成のも
のである。

一般に♂輸液中、或いは水溶液中に含有されるρ、Ｎａ
０、Ｃａ２Ｏ、−Ｃへｌ−ＩＣ０ａθ等の無機イオン活
量を選択的に測定することは臨床医学的或いは工業的に
重要なものであり、そのために湿式のイオン選択電極を
用いる方法が既に提案、実施されている。

これらはいずれも針状（または棒状）の電極を生物体液
中に浸漬して測定する形式のものであり、電極の保守、
洗浄、コンディショニングを行う必要があり、寿命も短
くまた破損しやすいなどの欠点を有するもので、管理面
において厄介なものであった。更に、測定時には、電極
ヘッドを毎回カップ等の容器に入れられた被検試料液に
充分に浸漬する必要があるために、数百μ１以上の被検
試料液を必要とするものでありかつ高価であった。かか
る湿式イオン選択電極の欠点を鑑みて、支持体上に４層
積層構造の電極を設け、全体をフィルム状に構成した乾
式の固体イオン選択電極（以下、固体イオン選択電極と
いう）が特開昭５２−１４２５８４号に開示されている
。このようなフィルム状の固体イオン選択電極において
は、微少量（例、５μｌ〜５０μｌ）の被検試料液を該
電極の所定位置に点着させ測定を行う形式がとられてい
る。第１図において、従来の４層積層構造を有するフィ
ルム状の固体イオン選択電極の一実施例を示す。図中、
支持体１９の上には、金属層１］、水不溶性金属塩層１
２、参照電解質層１３、イオン選択層１４の順に積層さ
れた４層積層構造の固体イオン選択電極が支持されてい
る。好ましい一実施態様（カリウムイオン活量測定器具
の場合には）としては金属層１１が銀であり、水不溶性
金属塩層１２が塩化銀であり、参照電解質層１３として
は塩化カリウムの親水性有機ポリマーバインダー分散層
である。

次に、上記フィルム状の固体イオン選択電極は４層積層
構造に限られるものではなく他の構成の電極をも用いる
ことができる。例えば、特願昭５５−９２３７８号にお
いては、第１図で示す参照電解質層１３が除かれ、水不
溶性金属塩層１２上に直接有機物質から成るイオン選択
層１４を設けている３層積層構造のフィルム状の固体イ
オン選択電極が開示されている。さらに特開昭４８−８
２８９７号には水不溶性金属塩層１２、および参照電解
質層１３の両者が省略され、金属層］１の」二に直接イ
オン交換物質を含むイオン選択層１４が設けられてなる
２層構造のフィルム状の固体イオン選択電極が開示され
ている。

また、イオン選択層１４については、測定するイオンか
に０、Ｎａ０、Ｃａ２Ｏ、ＨＣＯａｏの場合には必須な
ものであるが、測定するイオンがＣｌＯで、そして電極
が、金属層１１として銀、水不溶性金属塩層１２として
塩化銀の層構成の場合には、イオン選択層１４は不要で
あり、その代わりに単なる保護層として、例えば特開昭
５５−８９７４１号においてハロゲンイオン透過性の被
覆層として規定されている、酢酸セルロース、ポリメタ
アクリル酸、ポリアクリル酸、ポリ（２−ヒドロキシエ
チルアクリレート）等の層を設けている。

上述したフィルム状の固体イオン選択電極２個を用いた
イオン活量測定器具が米国特許第４，０５３，３８１号
に開示されている。このイオン活量測定器具は第２図に
示すように、第１図に示したフィルム状の固体イオン選
択電極１０１１σの２個を支持枠３１に電極１０゜１０
′ヲ互に絶縁した状態で設け、このフィルム状の固体イ
オン選択電極１ｏ、１０’間を多孔性部材等から形成し
た多孔性ブリッジ２゜により接続してなるものであり、
電位計（または電位表示装置）５１がリード線５２．５
３を介して電極１０，１０’の各々の金属層１１と接続
されている。測定の際は電極上に設けられた液だめ部２
８．２９に各々被検試料液と標準溶液を滴下点着し、前
記被検試料液と標準溶液が毛細管現象によりブリッジ２
ｏ内を浸透し、ブリッジ２０のほぼ中央にて両液の接触
が生じイオンの連結が実現したときに、電極１０．１σ
間の電位差を電位計５１により測定することにより被検
試料液中に含まれる被検イオン活量を測定することがで
きる。

ブリッジ２０は特開昭５５−２０４９９号に開示されて
いるように種々の組成の三層トリラミネートから形成で
きる。第３図はブリッジ２０の断面を示すための第２図
のＳ−８二点鎖線にそう断面概念図である。図示されて
いるようにブリッジは液だめ部２８および２９を持つ平
たい複合細片であり、この孔に溶液４１．４２の液滴が
点着される。ブリッジ２０は（ａ）無孔性の底部支持層
２２、これは電極に向いている、（ｂ）中間多孔性層２
１および（Ｃ）頂部無孔性疎水性層２４、これは電極か
ら放れている、から構成されている。

このブリッジから電極への被検試料液または標準液の流
れ出しによる電極の層間短絡を防止するため、ブリッジ
は液だめ部２８および２９の周囲だけは少な（とも電極
に対してシールされている。

中間多孔性層２１０例として多孔性紙、メンブランフィ
ルタ−１繊維、糸、織物等であり、ここに液滴４１およ
び４２が吸収されてイオンの移動とその結果接触が実現
される。

液だめ部２８および２９に溶液流を置いた場合、液は孔
を満しかつ、頂部層２４上に大きな蓋を形成し、次いで
５秒ないし３０秒の間に層２１に吸収される。各液滴か
らの液体はブリッジのほぼ中央にて接触が生じイオン連
結が実現されるまでブリッジ中に拡がる。また、液だめ
部２８および２９を満たすのに十分な液が未吸収のまま
残存する。

多孔性中間層として好ましい材料のその他の例は特開昭
５２　１．４２５８４号に記載されている。

このようなイオン活量測定器具においては、少量の被検
試料液および標準溶液を用いてイオン活量測定を行うこ
とができ、また、測定毎に廃棄されるいわゆる使い捨て
の器具であるため、電極の保守、洗浄、コンディショニ
ングを行う必要がな（、取扱いが大変容易であるという
利点を有する。

しかしながらこのようなフィルム状の固体イオン選択電
極を使用するイオン活量測定器具においては、未知の被
検試料液とイオン活量が既知の被検試料液に似た標準溶
液とのイオン活量な比較する示差測定法においてのみ使
用され、絶対測定法においては使用できないものである
。

本発明の目的は絶対測定法により微少量（例えば、５μ
ｌ〜５０μｌ）の被検試料液のイオン活量な測定するこ
とができ、また従来の絶対測定法にお一％Ｓて用いられ
る針状（または棒状）の電極を使用した際に生じる電極
の保守、洗浄、コンディショニング等の厄介な問題を解
消しうるイオン活量測定器具を提供することにある。

本発明者等はかかる目的を達成するために鋭意研究した
ところ、前記フィルム状の固体イオン選択電極を用いて
もイオン活量の絶対測定法を行なうことが可能であるこ
とを見い出した。

即ち、本発明のイオン活量測定器具は、固体イオン活量
電極、この固体イオン活量電極上に設けられ、この電極
上に、滴下された被検試料液を保持する液だめ部、およ
びこの液だめ部に保持された被検試料液と接触する一端
と、外部に設けられた標準電極が接触している標準溶液
と電気的に接触するよう露出した他端とを有し前記電極
上に電、気的絶縁されて設けられたブリッジ部からなる
ことを特徴とする。

本発明のイオン活量測定器具においては測定に際しては
、被検試料液を一滴点着するだけでよいし、さらにブリ
ッジ部が測定の妨害にならない塩を含有した親水性ポリ
マーからなっているので標準溶液が被検試料液と混合す
ることがな（、従って、標準溶液が被検試料液によって
汚染されることがないので、標準電極の洗浄というわず
られしい手順を経ること無く、連続的に容易にイオン活
量の絶対測定を行なうことができる。

以下、本発明のイオン活量測定器具について詳細に説明
する。

第４図は本発明のイオン活量測定器具の一実施例を示す
断面図である。

本発明のイオン活量測定器具は第１図に示したのと同様
の固体イオン選択電極即ち支持体１９の上に、金属層Ｉ
Ｊ、水不溶性金属塩層１２、参照電解質層１３、イオン
選択層１４の順に積層された４層積層構造の電極を１個
有しているが、電極としては図示されたものに限られろ
ものではなく、上述したように、水不溶性金属塩層１２
を除いた３層積層構造のもの、水不溶性金属塩層１２、
参照電解質層１３を除いた２層積層構造のもの、イオン
選択層１４の代わりにイオン透過性の被覆層を有したも
のであってもよい。

イオン選択層１４の上部には被検試料液を保持するため
の液だめ部２８を除いて、底部無孔性疎水性層２２が設
けられている。本発明のイオン活量測定器具の最上部に
は、被検試料液の蒸発を防ぐための頂部無孔性疎水性層
２４が設けられ、この頂部無孔性疎水性層２４と底部無
孔性疎水性層′２２０間は、少なくとも標準溶液が接触
する部分を測定の妨害にならない塩、例えばＫＣＩＩ　
１ＫＮＯ３、ＬｉＣ（Ｊ３ＣＯｚ等を含有した寒天３６
から形成し、その他の部分を被検試料液の移動を行うこ
とが可能である多孔性部〆倣らなるブリッジ部３５が設
けられている。

なお、前記実施例においてはブリッジ部３５を塩を含有
した寒天と多孔性部月から構成したが、寒天を他の親水
性ポリマーにおきかえたものでもよいし、さらに多孔性
部利を用１ずに寒天あるいはその他の親水性ポリマーの
みから構成したものでもよい。

第４図は前記実施例を用いて実際にイオン活量測定の際
の概略図である。

２０は本発明のイオン活量測定器具であり、このイオン
活量測定器具６０は標準電極６１（例えば、オリオン９
０−０２型電極）と合わせて使用することによりイオン
活量の絶対測定を行なうことができる。イオン活量測定
器具６０の固体イオン選択電極１０の金属層１１の一部
を露出させることにより電気的接触端子１８とし、この
電気的接触端子１８に電位計１２のリード線５２が、他
方５３が標準電極６１に接続され電位差測定が行なわれ
るようになっている。標準電極６１は加圧可能なタンク
６２内の標準溶液６３（例えば１規定のＫＮＯ３溶液）
中に潰されている。タンク６２の開口部６４からはタン
ク６２が加圧されることにより標準溶液６３が液滴状に
なって寒天３６上に制御されつつ接触される。被検試料
液４１は液だめ部２８の上にピペット等を用いることに
より滴下されイオン活量の絶対測定を行なうことができ
る。前述したように標準溶液６３がタンク６２から加圧
されることにより、液滴状になってイオン活量測定器具
６０の寒天３６に接触しているので、標準溶液６３は被
検試料液４１等により汚染されることがなく、変型なる
測定においても、信頼性、再現性の高いイオン濃度また
はイオン活量の絶対測定を行なうことができる。

上述した実施例のイオン活量測定器具は一度被検試料液
の点着が行なわれ、測定が終了したならば廃棄しなくて
はならない。そのため各測定ごとに電位計５１のリード
線５２を新らたなイオン測定器具の電気的接触端子１８
に接触しなければならない。従ってリード線５２と電気
的接触端子１８間に生ずる接触抵抗は各測定毎において
変化するが、このような接触抵抗の変化はイオン活量を
高い精度で測定する場合には重大な測定誤差になる。

また本発明のイオン活量測定器具においてはいわゆる使
い捨ての器具であるため、その生産工程における煩雑さ
、無駄を極力おさえることにより、測定器具間でバラツ
キのない均一なものを大量にかつ低コストで供給するこ
とが望まれる。

さらに、前記実施例において述べられたように、電位計
５１との電気的接続を得るために固体イオン選択電極１
０の金属層１１の一部を露出せしめたが、このような構
造を有する固体イオン選択電極においては露出した金属
層の近傍においてイオン選択層が塗布ムラ等により均一
な厚さに形成できず、従って固体イオン選択電極とし有
効な部分が減少し、実際電極として使用される大きさよ
りもいわゆるデッド部分を加味したかなり大きなものと
しなければならないが、このことは生産コストの上昇を
まねくことになる。

」二連のような欠点を解消したものとして以下の実施例
がある。

第６−Ａ図は多数のイオン測定セルを集積した本発明の
イオン測定器具の平面図である。

本実施例は、長尺状の固体イオン選択電極７０の一端に
金属層１１を露出せしめた電気的接触端子１８を設け、
その他の固体イオン選択電極７０の上部に液だめ部２８
、および寒天３６等からなるブリッジを有したイオン活
量測定セルフ１ａ１７１ｂ１・・、７］ｎを複数個設け
たことからなる。イオン活量測定セルフ１ａのＶＴ−Ｖ
ｌ断面図を第６−Ｂ図に示したが、これは前述した実施
例つまり第４図と全く同じ構成を有する。本実施例のイ
オン活量測定器具を用いる場合は、電極７０の一端に設
けられた電気的接触端子］８と標準電極との間に電位差
計を接続し、最遠部にあるイオン活量測定セルフ１ａの
液だめ部２８に被検試料液、寒天３６に標準溶液を接触
し、その際発生する電位差を電位計で測定すればよい。

これは前述した実施例におけろ測定法と全く同様である
。一つの被検試料液の測定が終了した復信の被検試料液
の測定を行なう場合は順次隣接する新たなイオン活量測
定セルを使用して、同様に測定すればよい。つまり長尺
状の固体イオン選択電極７０に設けられたイオン活量測
定セルの個数に対応する測定回数だけ一体のイオン活量
測定器具によって測定することができる。

本実施例においては電位計と固体イオン選択電極７０と
の接触電気抵抗はイオン活量測定セルの数に対応する回
数の測定が行なわれている間は常に一定のものが得られ
、測定値が確実でありかつ安定しているという利点を有
し、さらに前述した一度の測定しか行なうことができな
いイオン活量測定器具を多数個製造する場合と比較する
と、前記したデッド部分が複数のイオン活量測定セルに
対して−か所ですむので生産コストを低下することがで
きる。

第７−Ａ図および第７−Ｂ図は多数のイオン活量測定セ
ルを集積した本発明のイオン活量測定器具の他の実施例
を示す図である。

本実施例のイオン活量測定器具は標準溶液と接触する寒
天３６等からなるブリッジ部の露出面がイオン活量測定
セルの側面部に設けられてなるものである。他の構成は
前記実施例と全く同じである。

以上、詳細に説明したように本発明のイオン活量測定器
具は測定に際しては、微／父量の被検試料液を一滴点着
するだけでよいし、さらにブリッジ部が寒天あるいは親
水性ポリマーからなっているので標準溶液が被検試料と
混合することがなく、信頼性、再現性の高いイオン活量
測定を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は４層積層構造を有するフィルム状の固体イオン
選択電極の一実施例を示す断旧図、 第２図は２個のフィルム状の固体イオン選択電極を有し
た示差測定用のイオン活量測定器具の概略図、 第３図は第２図のＳ−Ｓ断面図、 第４図は本発明のイオン活量測定器具の断面図、 第５図は本発明のイオン活量測定器具を用いてイオン活
量測定の際の概略図、 第６−Ａ図は多数のイオン活量測定セルを集積した本発
明のイオン活量測定器具の一実施例の平面図、 第６−Ｂ図は第６−Ａ図の■−ＶＩｔ断面図、第７−Ａ
図は多数のイオン活量測定セルを集積した本発明のイオ
ン活量測定器具の他の実施例の平面図、 第７−Ｂ図は第７−Ａ図のＶｌｌ−■断面図である。 １０・・・フィルム状の固体イオン選択電極１１・・・
金属層または銀層 １２・・・水不溶性金属塩層または銀層］３・・・参照
電解質層　　　１４・・イオン選択層１８・・・電気的
接続端子　　１９・・・支　　持　　体２０・・・多孔
性ブリッジ　　２１・・・中間多孔性層２２・・・底部
無孔性疎水性層　２４・・・頂部無孔性疎水性層２８．
２９・・・液だめ部（液体試別点着孔）３０・・・イオ
ン活量測定器具枠 ３１・・・支持枠　　３２・カ　バ　−３５・・・ブリ
ッジ部　　３６・・・寒　　　天４１．４２・・・液　
滴 ５］・・・電位計または電位表示装置 ５２、５３・・・リード線　　　６０・・・イオン活量
測定器具６１・・標準電極　６２・・タ　ン　り６３・
・・標準溶液　　６４・・・タンクの開口部７０・・・
長尺状の固体電極 ７］ａ、７２ｂ、・・、７２ｎ・・・イオンう古（測定
セル　１９− 第１図 第２図 第３図 第６−Ａ図 第６−８図 第７−Ａ図 第７−８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■）固体イオン選択電極、この固体イオン選択電極上に
   設けられこの電極上に滴下された被検試料液を保持する
   液だめ部、およびこの液だめ部に保持された被検試料液
   と接触する一端と外部に設けられた標準電極と接触して
   いる標準溶液と電気的に接触するよう露出した他端とを
   有し前記電極上に電気的に絶縁されて設けられたブリッ
   ジ部からなるイオン活量測定器具。 ２）前記ブリッジ部が親水性ポリマーからなることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のイオン活量測定器
   具。 ３）前記親水性ポリマーが寒天であることを特徴とする
   特許請求の範囲第２項記載のイオン活量測定器具。 ４）前記親水性ポリマーが測定を妨害しな（・塩を含有
   することを特徴とする特許請求の