JPS584981B2 - ion selective electrode - Google Patents

ion selective electrode

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JPS584981B2
JPS584981B2 JP52058150A JP5815077A JPS584981B2 JP S584981 B2 JPS584981 B2 JP S584981B2 JP 52058150 A JP52058150 A JP 52058150A JP 5815077 A JP5815077 A JP 5815077A JP S584981 B2 JPS584981 B2 JP S584981B2
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ion
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electrodes
selective
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ジヤツク・チエ−マン・チヤン
ダニエル・サルマン・ダニエル
デビツド・フイリツプ・ハンブレン
クリド・パ−シング・グロ−バ−
サン・ヒユン・キム
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、分析測定に、特に溶液中隣寺定イオン濃度
を測定するための電極に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an electrode for analytical measurements, in particular for measuring ion concentration in a solution.

より具体的に述べれば、この発明は、水性液、特に血清
のよう6体液中のイオン濃度をポテンシオメトリー的に
測定するのに使用する多層要素に関する。
More specifically, the present invention relates to multilayer elements for use in potentiometrically determining ion concentrations in aqueous fluids, particularly body fluids such as serum.

関連技術としては、溶液中のいろんなイオンを測定する
ためのタイプおよび構造が異なる多種多様の電極がある
Related technology includes a wide variety of electrodes of different types and constructions for measuring various ions in solution.

かような測定用の器具は、参照電極および別個のイオン
選択性電極を具備するのが一般である。
Instruments for such measurements typically include a reference electrode and a separate ion-selective electrode.

イオン選択性電極には、参照電池が編入されている。A reference cell is incorporated into the ion-selective electrode.

参照電極およびイオン選択性電極を同時に同一被検液中
に浸漬すると、電気化学的電池が構成され、ポテンシャ
ルが発現する。
When a reference electrode and an ion-selective electrode are simultaneously immersed in the same test liquid, an electrochemical cell is constructed and a potential is developed.

このポテンシャルは、イオン選択性電極カ感スる溶液中
の特定イオンの濃度の関数であるそのイオンの活動度の
対数に比例する。
This potential is proportional to the logarithm of the activity of a particular ion, which is a function of the concentration of that ion in the solution that the ion-selective electrode is sensitive to.

このポテンシャルと溶液中のイオン活動度との関係をζ
周知のネルンストの式で表わせる。
The relationship between this potential and the ion activity in the solution is ζ
It can be expressed using the well-known Nernst equation.

電極間のポテンシャルの測定には、電気的測定装置、通
常は直接読みとり回路またはゼロ電流電位差測定回路を
使用する。
To measure the potential between the electrodes, an electrical measurement device is used, usually a direct readout circuit or a zero current potentiometric measurement circuit.

従来のイオン選択性電極は、既知ポテンシャルの半電池
一般にはAg/AgC1/”XMC1”と接触している
既知の参照溶液を入れた電極本体(通常はあるタイプの
ガラス容器)を備え、その電極本体の開孔にイオン選択
性のガラス膜を、未知の溶液中に電極を浸漬した際には
そのガラス膜が電極本体内の参照溶液およびその未知溶
液の両者に接触するように取りつけた構造であった。
Conventional ion-selective electrodes include an electrode body (usually some type of glass container) containing a known reference solution in contact with a half cell of known potential, typically Ag/AgC1/"XMC1"; An ion-selective glass membrane is attached to the opening in the main body so that when the electrode is immersed in an unknown solution, the glass membrane comes into contact with both the reference solution inside the electrode body and the unknown solution. there were.

適当な金属プロラブにその金属の不溶性塩の層を被覆し
たものを電極本体中の参照溶液中に浸漬して、これを電
極の接触に用いていた。
A suitable metal prolab coated with a layer of an insoluble salt of the metal was immersed in the reference solution in the electrode body and used for contacting the electrode.

電極の選択性は、ガラス膜の組成ないし成分により定ま
る。
The selectivity of the electrode is determined by the composition or components of the glass membrane.

この明細書では、かような電極を「バレル」電極と呼ぶ
ことにする。
In this specification, such an electrode will be referred to as a "barrel" electrode.

このタイプの電極については、米国特許第359871
3号および同第3502560号に詳細な説明がある。
For this type of electrode, US Pat. No. 3,598,71
No. 3 and No. 3502560 have detailed explanations.

近年、合成重合体のイオン選択性膜が、イオン選択性ガ
ラス膜の代替物として開発され、「バレル」電極を用い
てポテンシオメトリー的に測定できるイオンの種類が多
くなった。
In recent years, synthetic polymeric ion-selective membranes have been developed as an alternative to ion-selective glass membranes, increasing the number of ions that can be measured potentiometrically using "barrel" electrodes.

かような膜は、一般に、イオンキャリヤの溶液を含浸さ
せた重合体バインダーないし支持体からなる。
Such membranes generally consist of a polymeric binder or support impregnated with a solution of an ion carrier.

このタイプの膜は、個々の注文に応じ、イオンキャリヤ
およびその溶媒等を注意深(選択することにより、特定
イオンを選択的に透過するよう設計できる。
This type of membrane can be designed to selectively transmit specific ions by carefully selecting the ion carrier, its solvent, etc., depending on the individual order.

このタイプの膜およびかような膜をガラス膜の代りに使
用した「バレル」電極は、米国特許第3562129号
、同第3691047号および同第3753887号に
詳しく記載されている。
This type of membrane and "barrel" electrodes using such a membrane in place of a glass membrane are described in detail in US Pat. No. 3,562,129, US Pat. No. 3,691,047 and US Pat.

「バレル」電極の主たる利点は、選択性が高いことに加
え、測定と測定との間にある種の厳格な調整操作を適用
するなら、異なる溶液中の同一イオンの濃度測定に、電
極を反復使用できることにある。
The main advantage of the "barrel" electrode is that, in addition to its high selectivity, the electrode can be used repeatedly to measure the concentration of the same ion in different solutions, provided that some kind of rigorous adjustment operation is applied between measurements. It is possible to use it.

従来のイオン選択性電極の主たる欠点としては、次のよ
うなことがある。
The main drawbacks of conventional ion-selective electrodes are as follows.

(1)価格。(1) Price.

ニ般に、電極1個が数百ドルもするであろう。Typically, a single electrode will cost several hundred dollars.

(2)脆弱性。(2) Vulnerability.

ガラス電極の本体および膜が脆弱である。The glass electrode body and membrane are fragile.

(3)再現性。(3) Reproducibility.

調整操作を極めて注意深く行ったとしても、体液のよう
な未調整液の陰イオン活動度の測定に用いた電極は、先
の被検液による汚染のポテンシャルがあるため、その電
極の(ガラスまたは重合体)膜の正確な組成が不明であ
り、そのため、結果はしばしば疑わしい。
Even if the preparation procedure is very careful, electrodes used to measure anion activity in unconditioned liquids such as body fluids have the potential for contamination by previous test liquids, so The exact composition of the coalescing) membrane is unknown, so the results are often questionable.

これらの問題を解決する意図で、Cattral、Rl
W、およびFreiser、H,、Anal、Chem
l、431905(1971)並びにJames、■0
、Carmack、Q、、およびFreiser、H,
、Anal、Cheml、44856(1972)は、
白金線をたとえばジドデシルリン酸カルシウムのホリ塩
化ビニル溶液の層で被覆してなるカルシウムイオン選択
性の「被覆ワイヤー」電極を提案している(英国特許第
1375785号も参照されたい)。
With the intention of solving these problems, Cattral, Rl.
W., and Freiser, H., Anal, Chem.
l, 431905 (1971) and James, ■0
, Carmack, Q., and Freiser, H.
, Anal, Cheml, 44856 (1972),
Calcium ion-selective "coated wire" electrodes have been proposed in which a platinum wire is coated with a layer of, for example, a polyvinyl chloride solution of calcium didodecyl phosphate (see also GB 1375785).

だが、これらの著者等は、内部標準参照電極や内部参照
溶液の使用について何も述べておらず、具体例の記載で
はこれらの成分を排除している。
However, these authors say nothing about the use of internal standard reference electrodes or internal reference solutions, and exclude these components in their descriptions of specific examples.

かような電極の評価は、1972年10月にハンガリー
国ムットラフエレッドで開催されたイオン選択性電極に
ついてのシンポジウムにおいてStworzewicz
、To、Cyapkibwicz、J−。
An evaluation of such electrodes was made by Stworzewicz at a symposium on ion-selective electrodes held in Muttla Héred, Hungary in October 1972.
, To, Cyapkibwicz, J-.

およびLesko、M、等が発表した 5electivity of Coated Wir
e and Ion−3elective、Elect
rodes”と題する報告(Punger、E、、編I
on−8elective Electrodes、2
59−267頁、1973年ブタペストで発行、中の議
事録)中にあるが、それによれば、かような電極は、電
気的ポテンシャルの変動が大きく、頻繁に再標準化を行
う必要があるため、商業的使用が困難である。
5electivity of Coated Wir published by Lesko, M., et al.
e and Ion-3elective, Elect
Punger, E., ed. I
on-8elective Electrodes, 2
59-267, published in Budapest, 1973, in Proceedings), such electrodes have large electrical potential fluctuations and require frequent re-standardization. Difficult to commercially use.

他の公知のイオン選択性電極としては、米国特許第38
33495号および同第3671414号記載の参照電
極および水素イオン選択性電極がある。
Other known ion-selective electrodes include U.S. Pat.
There are reference electrodes and hydrogen ion selective electrodes described in No. 33495 and No. 3671414.

これら+3一端が被検液に対し開いている収縮自在の管
構造体中に、しかるべき「溶媒媒体」たとえば寒天、カ
ルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等で
増粘したイオン性塩たとえばKCIの参照溶液を入れ、
これに浸漬した銀−ハロゲン化銀参照電極を用いるもの
である。
A reference solution of an ionic salt, e.g. KCI, thickened with a suitable "solvent medium" e.g. agar, carboxymethylcellulose, polyvinyl alcohol, etc. is placed into these retractable tube structures, one end of which is open to the test liquid. ,
A silver-silver halide reference electrode immersed in this is used.

使用に当っては、参照溶液が被検液と直接接触し、間に
イオン選択性膜は存在しない。
In use, the reference solution is in direct contact with the test solution, with no ion-selective membrane in between.

また、推せんされている電極調製手順では注射器を用い
て電解液を管構造体中に注入している事実かられかる如
く、参照溶液はかなりな量の水を含んでいる。
The reference solution also contains a significant amount of water, as evidenced by the fact that the proposed electrode preparation procedure uses a syringe to inject the electrolyte into the tubing structure.

フランス特許第2158905号には、しかるべき塩(
たとえばKCI)の水和メチルセルロースゲル中の溶液
や疎水性ポリスチレンイオン交換樹脂中の溶液を内部参
照電解液として用いたイオン選択性電極が記載されてい
る。
French Patent No. 2158905 contains appropriate salts (
For example, ion-selective electrodes have been described using solutions of KCI) in hydrated methylcellulose gels or in hydrophobic polystyrene ion exchange resins as internal reference electrolytes.

ゲルやイオン交換樹脂は、たとえばパリノマイシンのよ
うなしかるべきイオンキャリヤを溶解ないし分散含有す
る有機ポリシロキサンやポリカーボネートからなるイオ
ン選択性膜でもってオーバーコートしておく。
The gel or ion exchange resin is overcoated with an ion-selective membrane of organopolysiloxane or polycarbonate containing a suitable ion carrier, such as palinomycin, dissolved or dispersed therein.

同特許に記載の内部参照電極は、コントロールされた塩
(たとえばAgC1)の被覆をもった金属ワイヤ(たと
えばAg)からなる。
The internal reference electrode described in that patent consists of a metal wire (eg Ag) with a coating of controlled salt (eg AgCl).

前記いずれの参照電解液材料(すなわち、ゲルまたはイ
オン交換樹脂)を用いるにせよ、参照電解液材料は、イ
オン選択性膜の適用前、「水和」されている。
Regardless of which reference electrolyte material (ie, gel or ion exchange resin) is used, the reference electrolyte material is "hydrated" prior to application of the ion-selective membrane.

疎水性イオン交換樹脂材料を、同フランス特許に記載の
如く、米国特許第3134697号の方法により製造し
た場合には、その含水率は15ないし50%である。
When the hydrophobic ion exchange resin material is prepared by the method of US Pat. No. 3,134,697, as described in that French patent, its water content is between 15 and 50%.

かようなイオン交換樹脂材料から、この水和水を除去す
ることが容易でないことは、当業者のよ(知るところで
ある。
Those skilled in the art will appreciate that it is not easy to remove this water of hydration from such ion exchange resin materials.

米国特許第3730868号には、銀/ハロゲン化銀内
部参照電極を用いる二酸化炭素感受性の電極が四mされ
ている。
US Pat. No. 3,730,868 describes a carbon dioxide sensitive electrode using a silver/silver halide internal reference electrode.

このものはまた、オバーコートした二酸化炭素透過性膜
を通ってくるCO2によって起るpHの変化を検出する
ためのpHセンサーとしてキンヒドロン電極を用いてい
る。
It also uses a quinhydrone electrode as a pH sensor to detect changes in pH caused by CO2 passing through an overcoated carbon dioxide permeable membrane.

だが、この特許には、前記レドックス電極をイオン選択
性膜で直接オーバーコートしてイオン選択性電極とする
ことにより有用な電極が得られるだろうことは全く示唆
されていない。
However, there is no suggestion in this patent that a useful electrode would be obtained by directly overcoating the redox electrode with an ion-selective membrane.

むしろ、CO2透過性膜を通ってくるCO2によるCO
2濃度の変化を定量する電解液としてイオン交換樹脂を
用いている。
Rather, CO2 from CO2 passing through a CO2-permeable membrane
An ion exchange resin is used as an electrolytic solution to quantify changes in concentration.

それ故、この米国特許の電極は、pHセンサーとして固
体のキンヒドロン電極を用いている以外は、フランス特
許第2158905号のものと同様である。
The electrode of this US patent is therefore similar to that of French Patent No. 2,158,905, except that it uses a solid quinhydrone electrode as the pH sensor.

GeHshaw等への米国特許第3856649号およ
び同−著らによるAnalytical Chemis
try 45巻1782−84頁所載のMiniatu
rb 5olid 5tate Potassium
Electrode for Serum Analy
sis”と題する論文には、カリウムイオン検出用の固
体状態のイオン選択性電極が記載されている。
No. 3,856,649 to GeHshaw et al. and Analytical Chemis by the same authors.
Miniatu published in try volume 45 pages 1782-84
rb 5olid 5tate Potassium
Electrode for Serum Analysis
The paper entitled ``Sis'' describes a solid-state ion-selective electrode for the detection of potassium ions.

このものは、ワイヤー上に、電導性の内部要素と(その
表面部分にはカチオンとしてその内部要素のカチオン形
を有し、またアニオンを有する塩がある)、その塩と密
接しておりかつそのアニオンの水溶性塩を含む固体の親
水性層と、そしてその親水性層と密接している疎水性層
とからなり、これにより被検イオン含有液中に電極を浸
漬した場合前記親水性層は被検イオン含有液と接触しな
いようになっている。
This has on the wire an electrically conductive internal element (on its surface part there is a salt having the cationic form of the internal element as a cation and also an anion), in close contact with the salt and its It consists of a solid hydrophilic layer containing a water-soluble salt of an anion, and a hydrophobic layer in close contact with the hydrophilic layer, so that when the electrode is immersed in a liquid containing the analyte ion, the hydrophilic layer It is designed so that it does not come into contact with the test ion-containing liquid.

この特許には、電極を、その製造過程中「水和した」状
態に維持することが重要であるとあり、その第3欄第2
7−29行には、「この水和状態が、この発明の電極の
適正機能にとって重要であると思われる。
The patent states that it is important to maintain the electrode in a "hydrated" state during its manufacturing process, and states in column 3, section 2.
Lines 7-29 say, ``This state of hydration appears to be important for the proper functioning of the electrodes of this invention.

」と記載されている。” is stated.

前記Genshaw著の特許には具体的に明記されてい
ないが、前記の論文に明記されておりかつ後記実施例で
示すとおり発明等もこの種の電極の評価に際して見出し
たとおり、正確な再現性のある結果を得るためには、こ
の種の電極は、製造後長期間乾燥状態(すなわち相対湿
度40−50%の大気条件下)で保存したのであれば、
使用前に水和しなければならない。
Although it is not specifically stated in the patent written by Genshaw, the invention is clearly stated in the above-mentioned paper and as shown in the examples below, and as found in the evaluation of this type of electrode, it is possible to achieve accurate reproducibility. In order to obtain certain results, this type of electrode should be kept dry (i.e. under atmospheric conditions of 40-50% relative humidity) for a long period of time after manufacture.
Must be hydrated before use.

水和するには、電極を水溶液中に保存するか、またはイ
オ巧舌動度の測定に使用する前に、水溶液中で予備調整
することが必要である。
Hydration requires that the electrode be stored in an aqueous solution or preconditioned in an aqueous solution before being used to measure ioglossia.

これを行わないと、少くなくとも電極が試料液によって
水和されるまでは、ネルンストの式に合わない結果とな
り後で述べる如く実質的にランダムな変動を示す。
If this is not done, at least until the electrode is hydrated by the sample liquid, the result will be a violation of the Nernst equation and will exhibit substantially random fluctuations, as discussed below.

さらに、もし電極を「乾いた」状態ですなわち予備調整
を行わない状態で用いて約100μl以下のオーダーの
少量の試料液中のイオンを定量するなら、そのワイヤー
電極を平衡状態にするのに必要なかなりな量の水が吸収
されるため、再現性のあるポテンシャルの読みが得られ
る前に現実のイオン濃度がかなり変化する。
Furthermore, if the electrode is to be used in a "dry" state, i.e. without any preconditioning, to quantify ions in small volumes of sample liquid, on the order of about 100 μl or less, it is necessary to bring the wire electrode into equilibrium. Because so much water is absorbed, the actual ion concentration changes considerably before reproducible potential readings are obtained.

したがって、Genshaw等の「固体状態」の電極は
、それ以前のものに比べ、電極の大きさおよび測定に必
要な試料の量の点で相当する利点があるけれども、なお
、湿潤状態で保存するかまたは使用前若干の期間水和さ
せる(すなわち予備調整する)必要があるという欠点が
ある。
Therefore, although the "solid state" electrodes of Genshaw et al. have considerable advantages over their predecessors in terms of electrode size and the amount of sample required for measurements, they still require storage in a wet state. Alternatively, it has the disadvantage that it needs to be hydrated (ie, preconditioned) for a certain period of time before use.

「イオン特異性測定電極」と題するイスラエル特許第3
5473号には、「導電性固体物質」すなわちグラファ
イト(粒状または密実)と導電接触しているイオン選択
性膜を有し、その導電性物質から電極のリード線をとり
出しているイオン選択性電極が記載されているが、参照
溶液やレドックスカッグルについては記載も示唆もない
Israeli Patent No. 3 entitled “Ion Specificity Measuring Electrode”
No. 5473 describes an ion-selective membrane having an ion-selective membrane in conductive contact with a "conductive solid material", i.e., graphite (granular or compact), and from which the electrode leads are taken out. Although electrodes are described, there is no mention or suggestion of reference solutions or redox caggles.

米国特許第3649506号および同第 3718569号には、電気化学的に活性な金属の表面
層をもった導体を、ガラスと前記活性金属のハロゲン化
物との混合物からなる第一被覆で次いでイオン選択性ガ
ラスの第二被覆で被覆した「固体状態」のガラス電極が
記載されている。
No. 3,649,506 and US Pat. No. 3,718,569, a conductor with a surface layer of an electrochemically active metal is coated with a first coating consisting of a mixture of glass and a halide of said active metal and then ion-selective. A "solid state" glass electrode coated with a second coating of glass is described.

これらの電極も、従来のガラス電極と同様な予備調整を
必要とするであろう。
These electrodes will also require similar preconditioning as conventional glass electrodes.

米国特許第3900382号には、酸素もしくは二酸化
炭素電極としてかつイオン選択性電極として作用する小
型電気化学的電極が記載されている。
US Pat. No. 3,900,382 describes a miniature electrochemical electrode that acts as an oxygen or carbon dioxide electrode and as an ion-selective electrode.

この特許の第2欄第43−53行には、各層は、電極の
金属ワイヤー芯を各有機溶液中に浸漬し、次いで溶媒を
蒸発することにより適用できるという趣旨の示唆がある
が、これは同特許に17で示されている重炭酸ナトリウ
ムと塩化ナトリウムと増粘剤とからなる「電解質層」に
ついては当らない。
There is a suggestion in column 2, lines 43-53 of this patent to the effect that each layer can be applied by dipping the metal wire core of the electrode into the respective organic solution and then evaporating the solvent; This does not apply to the "electrolyte layer" consisting of sodium bicarbonate, sodium chloride, and a thickener, which is shown in No. 17 in the same patent.

この層は「有機溶液」から得られるものではないからで
ある。
This is because this layer is not obtained from an "organic solution."

さらに同特許の第4欄、第49−58行には電解質液は
水溶液であると明記されている。
Furthermore, column 4, lines 49-58 of the same patent specifies that the electrolyte is an aqueous solution.

この発明は、 (a)乾燥させた内部参照電極と (b)この参照電極に接触している疎水性のイオン選択
性膜と を備えた乾式操作可能なイオン選択性電極を提供する。
The invention provides a dry operable ion-selective electrode comprising (a) a dry internal reference electrode and (b) a hydrophobic ion-selective membrane in contact with the reference electrode.

特に、この発明は、以下の記載から明らかな通り、 (a)下記のいずれか一方からなる乾燥内部参照電極: (1)金属の導電性層をその金属の不溶性塩の層と接触
させたものと、アニオンとして前記金属塩層のアニオン
を有する水溶性塩を含む電解質層とからなる金属/金属
塩電極、又は(2)導電性層と、最低2種類の水溶性レ
ドックスカップル層を含むレドックスカップル層とから
なるレドックスカップル電極、であって、前記水溶性塩
を含む前記の層が前記塩と親水性重合体バインダーとを
その重合体および塩のための溶媒に溶解した溶液の乾燥
残留物からなるもの:そして (b)前記参照電極と接触している、被検試料と接触す
べき部分が予め定めた均一な厚さを有している疎水性の
イオン選択性膜、ここで、前記の膜は、キャリヤ溶媒中
に溶解したイオンキャリヤを分散含有する疎水性バイン
ダーからなっている; を含んでなる乾式操作可能なイオン選択性電極を提供す
る。
In particular, the invention relates to: (a) a dry internal reference electrode comprising one of the following: (1) a conductive layer of a metal in contact with a layer of an insoluble salt of the metal; and (2) a redox couple comprising an electrically conductive layer and at least two types of water-soluble redox couple layers. a redox-coupled electrode comprising a layer comprising a water-soluble salt, the layer comprising a water-soluble salt formed from the dried residue of a solution of the salt and a hydrophilic polymeric binder in a solvent for the polymer and the salt; and (b) a hydrophobic ion-selective membrane in contact with said reference electrode and having a predetermined uniform thickness in the portion to be in contact with the test sample, wherein said membrane is in contact with said reference electrode. The membrane comprises a hydrophobic binder containing dispersed ion carriers dissolved in a carrier solvent.

この発明のイオン選択性電極は、イ第4度の測定に使用
前、これを予備調整する必要がない。
The ion-selective electrode of the present invention does not need to be preconditioned before use for A-4th degree measurements.

参照電極は、金属/金属塩参照半電池であっても、乾燥
させた単一層もしくは多層のレドックスカップル参照電
極(後記の如く水性試料を適用すると同様に湿潤する)
であっても、よい。
The reference electrode may be a metal/metal salt reference half-cell or a dried single-layer or multi-layer redox-coupled reference electrode (wet as well when applying an aqueous sample as described below).
Even if it is, it's fine.

この明細書で用いる「乾燥させた」なる語は後で定義す
る。
As used herein, the term "dried" is defined below.

疎水性膜は、しかるべきキャリヤ溶媒に溶かした不活性
イオンキャリヤを分散含有する疎水性バインダーからな
るのが好ましい。
Preferably, the hydrophobic membrane comprises a hydrophobic binder containing a dispersed inert ion carrier dissolved in a suitable carrier solvent.

被検試料との接触面は実質的に平らなことが好ましく、
それには、被検試料と接触すべき場所が予め定めた均一
な厚みであるような疎水性膜が好ましい。
The contact surface with the test sample is preferably substantially flat;
For this purpose, it is preferable to use a hydrophobic membrane that has a predetermined uniform thickness in the area where it should come into contact with the test sample.

電極は、場合によっては支持体を有していてもよい。The electrode may optionally have a support.

液の電位差測定による分析用に設計したこの発明の新規
イオン選択性電極は、構造が簡単で、しかるべき低価格
で製造容易であるため使い捨て可能であり、しかも経済
上一回きりの使用が可能であるため、測定毎にイオン選
択性膜は元のままであり、ひいては結果が極めて正確で
ある。
The novel ion-selective electrode of the present invention, designed for potentiometric analysis of liquids, is simple in construction, easy to manufacture at a reasonably low cost, and therefore disposable and economical for one-time use. Therefore, the ion-selective membrane remains intact for each measurement, and thus the results are highly accurate.

後で詳細に説明するが、この発明の電極は、いろんな方
式、形、大きさに製造できる。
As will be explained in detail later, the electrodes of the present invention can be manufactured in a variety of ways, shapes, and sizes.

この発明を完全に理解するには、電極ドリフトの現象を
理解しなければならない。
To fully understand this invention, one must understand the phenomenon of electrode drift.

電極ドリフトとは、イオン含有溶液と接触しているイオ
ン選択性電極が感するポテンシャルの経時変動である。
Electrode drift is a change over time in the potential experienced by an ion-selective electrode in contact with an ion-containing solution.

電極ドリフトは、明らかにいろんな要因、たとえば時間
の経過と共に被検溶液の溶媒(一般には水)がイオン選
択性膜を通過すること、このことにより被検液中のイオ
ン濃度が電極の近傍のところで変動することなどによる
Electrode drift is apparently caused by a number of factors, including the fact that the solvent (generally water) in the test solution passes through an ion-selective membrane over time, which causes the concentration of ions in the test solution to change in the vicinity of the electrode. Due to fluctuations, etc.

イオン選択性電極はすべて多かれ少なかれドリフトする
が、従来の電極では、これを予備調整してテスト条件下
で遭遇すると思われるものに近い平衡状態にすることに
より、ドリフト現象を最少限にしている。
All ion-selective electrodes drift to a greater or lesser extent, but conventional electrodes minimize drift phenomena by preconditioning them to an equilibrium state close to that likely to be encountered under test conditions.

このように、電極を用いる者がドリフトを起す要因を減
することにより、テスト条件下でのドリフトを減じてい
たのである。
In this way, the person using the electrode reduces the factors that cause drift, thereby reducing drift under test conditions.

してみれば、全く予備調整を施さないイオン選択性電極
の使用は、深刻なドリフトを招き、通常は予備調整によ
って達成される平衡状態がテスト条件下で達せられる以
前には、イオン濃度の測定に使用不能であるようなポテ
ンシャル測定値しか得られないであろうと誰しも考える
であろう。
Therefore, the use of ion-selective electrodes without any preconditioning can lead to severe drift, and the measurement of ion concentrations is usually difficult before the equilibrium state achieved by preconditioning is reached under the test conditions. One would think that one would only obtain potential measurements that would be unusable.

この発明によれば、如何なる種類の予備調整も施すこと
なく使用できるイオン選択性電極を製造できること、そ
してその電極が示すドリフトは、場合によっては相当な
ものであることもあるが、これを補正して被検液中の特
定イオンの濃度を正確にかう再現性よく測定できること
がわかった。
According to the invention, it is possible to produce an ion-selective electrode that can be used without any kind of preconditioning, and the drift that the electrode exhibits, which can be considerable in some cases, can be corrected. It was found that the concentration of specific ions in the test liquid can be measured accurately and with good reproducibility.

この明細書中「乾式操作可能な」なる語は、使用前に「
湿潤」貯蔵(すなわち水溶液中に保持)をしたり、予備
調整(すなわち塩溶液中に浸漬)を施さなくても、水溶
被検液のイオン濃度の函数であるイオン活動度を再現性
よくポテンシオメトリー的に測定できるイオン選択性電
極を記載するのに用いる。
In this specification, the term "dry operable" means "dry operable" before use.
The ion activity potential, which is a function of the ion concentration of the aqueous analyte, can be reproducibly adjusted without wet storage (i.e., kept in an aqueous solution) or preconditioning (i.e., immersed in a salt solution). Used to describe ion-selective electrodes that can be measured metrically.

この語の意味するところは、「乾式操作可能な」電極は
、これを予め水和させたり前記の平衡状態にしたりしな
くてもポテンシャルの正確な再現性のある検知可能な測
定値を与え、これを補正して被検水溶液中のイオン活動
度ひいてはイオン濃度を求めることができるということ
である。
What is meant by this term is that a "dry operable" electrode provides an accurate, reproducible, and detectable measurement of potential without having to pre-hydrate it or bring it into said equilibrium state; This means that by correcting this, it is possible to determine the ion activity and, ultimately, the ion concentration in the test aqueous solution.

この発明の電極の多くは、RH20%で貯蔵した直後に
用いた場合ですら、乾式操作可能である。
Many of the electrodes of this invention are dry-operable, even when used immediately after storage at 20% RH.

この語の実用的意味は、以下の記載および具体例からな
お一層間らかになるであろう。
The practical meaning of this term will become even clearer from the following description and specific examples.

この発明の電極の個々の層に関し、この明細書中1薄い
」ないし「薄層」なる語は、厚みが約1.25mm以下
である層を記載するのに用いる。
With respect to the individual layers of the electrodes of this invention, the term "thin" or "thin layer" is used herein to describe a layer having a thickness of about 1.25 mm or less.

かような薄層は厚みが約0.25mm以下、特に約0.
05mm以下のオーダーであるのが好ましい。
Such a thin layer has a thickness of about 0.25 mm or less, particularly about 0.25 mm or less.
Preferably, it is on the order of 0.05 mm or less.

この明細書中、「乾式操作可能な」電極のイオン選択性
膜の厚さに関し「予め定めた均一な」なる語は、その層
の被検試料と接触させるべき場所の厚み許容度を記載す
るのに用いる。
In this specification, the term "predetermined and uniform" with respect to the thickness of the ion-selective membrane of a "dry operable" electrode describes the thickness tolerance of that layer at the point where it is to be in contact with the test sample. used for

この許容度は、そのような層をもった電極が示すドリフ
トが補正できるなら、すなわち、電極を予備調整したり
被検液中に長時間おいて被検液による調整を行ったりし
なくても、再現性のある検出可能なポテンシャル測定値
が得られ、その値から補正により、目的とする測定の許
容誤差範囲内で濃度を求めることができるなら、充足さ
れている。
This tolerance can be achieved if the drift exhibited by an electrode with such a layer can be corrected, i.e. without preconditioning the electrode or leaving it in the test solution for an extended period of time without adjusting it with the test solution. , is satisfied if a reproducible and detectable potential measurement value can be obtained, from which the concentration can be determined by correction within the tolerance range of the intended measurement.

「予め定めた均一な」厚みをもたない電極は、ランダム
なドリフトを示し、ポテンシャル測定値を補正しても直
接イオン濃度を求めることができる結果は得られない。
Electrodes that do not have a "predetermined uniform" thickness will exhibit random drift and correction of potential measurements will not yield results that allow direct determination of ion concentration.

乾式操作に必要な厚みの均一性は、一般には、膜厚の変
動最大値が被検試料と接触させるべき膜の部分において
20%以下でなげればならない。
The uniformity of thickness required for dry operation is generally such that the maximum variation in film thickness is 20% or less in the portion of the film that is to be brought into contact with the test sample.

この明細書中で、この発明の電極の層に関して用いる「
乾燥させた」なる語は、製造時にかような層を乾燥条件
すなわち高温、低蒸気圧等の条件に付し、充分量の溶媒
ないし分散媒を除去して層を、その上に上塗層を施す前
に、塗装業界で通常解釈されている意味での非粘着性に
することによって得られるかような層の物理的状態を示
すものである。
In this specification, "
The term "dried" means that such a layer is subjected to drying conditions, i.e., high temperature, low vapor pressure, etc. during manufacture, and a sufficient amount of solvent or dispersion medium is removed to form the layer and an overcoat layer thereon. refers to the physical state of such a layer obtained by rendering it non-tacky in the sense normally understood in the coatings industry before application.

この溶媒ないし分散媒を除去する乾燥こそが、この発明
の電極に「乾式操作」可能性を付与する主たる一つの要
因である。
Drying to remove this solvent or dispersion medium is one of the main factors that gives the electrode of the present invention the possibility of "dry operation."

何故そうなるかという機構は充分には解明されておらず
、またこの発明の電極はいかなる作用理論によっても伺
ら限定されるものではないが、乾燥工程中に液の損失を
伴って層が収縮したことが、極端な低相対湿度すなわち
20%RHまたはそれ以下といった苛酷な貯蔵条件下に
おいてさえ、「乾燥させた」層とこれに隣接上塗りした
イオン選択性膜との間の緊密な接触を保証するものと思
われる。
Although the mechanism for why this occurs is not fully understood, and the electrode of the present invention is not limited by any theory of operation, the layer shrinks with loss of liquid during the drying process. This ensures intimate contact between the "dried" layer and the adjacent overcoated ion-selective membrane even under harsh storage conditions of extremely low relative humidity, i.e. 20% RH or less. It seems that it will.

この点に関し、製造時の乾燥条件の相対湿度は、予期さ
れる使用条件との関連で選択決定するのが一般に望まし
い。
In this regard, it is generally desirable to select the relative humidity of the drying conditions during manufacturing in relation to the anticipated conditions of use.

そのようにすれば、イオン選択性膜に最適の水和状態を
達成できるであろう。
In so doing, an optimal hydration state for the ion-selective membrane would be achieved.

だが、そのようにしなくても有用な電極は得ることがで
きる。
However, useful electrodes can be obtained without doing so.

この発明の電極のある種の乾燥させた要用のより具体的
な条件および要件については後記する。
More specific conditions and requirements for certain dry requirements of the electrodes of this invention are discussed below.

この明細書でいう乾燥させた層の典型的なものは、次の
条件下で層を形成することにより得られる層である (A)約5ないし約9重量%のゼラチンを含む溶液を約
64?/m2のレベルで適用し、これを次の条件で乾燥
させる。
A typical example of the dried layer referred to herein is a layer obtained by forming the layer under the following conditions: (A) a solution containing about 5 to about 9% by weight gelatin; ? /m2 and dried under the following conditions:

すなわち、(1)約6分間4℃、50%RHの露点で冷
間セットし、そして (2)約4分間21℃、50%RHで乾かす。
(1) cold set at 4° C., 50% RH dew point for about 6 minutes, and (2) dry at 21° C., 50% RH for about 4 minutes.

(B)約5ないし約9重量%のポリビニルアルコールや
ポリアクリル酸2−ヒドロキシエチルを含む溶液を約6
4?/m2のレベルで適用し、これを次の条件で乾燥さ
せる。
(B) About 6% by weight of a solution containing about 5% to about 9% by weight of polyvinyl alcohol or 2-hydroxyethyl polyacrylate.
4? /m2 and dried under the following conditions:

すなわち、(1)約6分間55℃、50%RHでヒート
セットし、そして (2)約4分間35℃、50%RHで乾かす。
That is, (1) heat set at 55° C., 50% RH for about 6 minutes, and (2) dry at 35° C., 50% RH for about 4 minutes.

これらの乾燥条件は 絶対的なものではないが、参照電
解質層用のバインダーとして適切ないろんな重合体マト
リックスを用いて、この明細書に記載した型の乾燥させ
た層を得るのに使用できる代表的条件である。
These drying conditions are not absolute, but are representative of those that can be used to obtain dried layers of the type described herein using various polymeric matrices suitable as binders for the reference electrolyte layer. It is a condition.

このようにして得られる層は、イオン選択性膜適用前の
参照電極層に必要な「乾燥度」を有する。
The layer thus obtained has the "dryness" required for the reference electrode layer before application of the ion-selective membrane.

この発明の電極は、一般に変動係数が約10%よりも小
さい濃度測定値を与える。
The electrodes of this invention generally provide concentration measurements with a coefficient of variation of less than about 10%.

好ましい態様によって製造した電極の場合はこの変動係
数は約3%よりも小であり、かつ特に好ましい態様によ
れば約2%以下の変動係数を達成できた。
For electrodes produced according to preferred embodiments, this coefficient of variation is less than about 3%, and according to particularly preferred embodiments, coefficients of variation of less than about 2% have been achieved.

変動係数とは、標準偏差を平均で割って100を掛けた
ものである。
The coefficient of variation is the standard deviation divided by the mean and multiplied by 100.

平均とは、一連の多数の測定値の算術平均値すなわち測
定値の合計を測定回数で割った値である。
The average is the arithmetic mean value of a series of a large number of measured values, that is, the sum of the measured values divided by the number of measurements.

標準偏差とは、一連の測定で得た各測定値と平均値との
差を求め、各層をそれぞれ二乗し、二乗して得た値を合
計し、測定回数で割り、そしてその結果を開平して得ら
れる数のことである。
Standard deviation is calculated by finding the difference between each measurement value obtained in a series of measurements and the average value, squaring each layer, summing the squared values, dividing by the number of measurements, and then square-rooting the result. It is the number obtained by

既述の如(、従来「固体状態」の電極と呼ばれていたも
のは、内部電解質として、塩の水溶液、水和した塩、ま
たは塩含浸ガラス層のいずれかを含むことがイオン濃度
の測定を行うのに必要であった。
As previously mentioned, what has traditionally been called a "solid state" electrode can contain either an aqueous solution of salt, a hydrated salt, or a salt-impregnated glass layer as the internal electrolyte for the measurement of ion concentrations. It was necessary to do this.

これらの公知電極はいずれも、イオン濃度の演淀に使用
する前に、予備調整を行う必要があった。
All of these known electrodes required preliminary conditioning before being used for ion concentration determination.

この発明によれば、驚くべきことには、「乾燥させた」
内部参照電解質と予め定めた均一な厚みのイオン選択性
膜とを有する電極を用いれば、従来は予備調整を施した
電極でしか達成できなかったレベルの精度でもってイオ
ン濃度のポテンシオメトリー的測定を、外気条件下でし
かも実質的な予備調整ないし湿潤貯蔵を伺ら必要とせず
に、実施できることがわかった。
According to this invention, surprisingly, "dried"
Using an electrode with an internal reference electrolyte and an ion-selective membrane of predetermined uniform thickness, potentiometric measurements of ion concentrations can be made with a level of precision previously only achievable with preconditioned electrodes. It has been found that the process can be carried out under ambient conditions and without the need for substantial preconditioning or wet storage.

この発明のイオン選択性電極は、乾いた固状外観を呈し
、カリたった一滴(すなわち約50μl以下好ましくは
約10μl)の被検液でもって正確な測定を実施できる
The ion-selective electrode of the present invention has a dry, solid appearance and can perform accurate measurements with as little as a single drop (ie, about 50 μl or less, preferably about 10 μl) of test liquid.

この発明の電極は使用前に予備調整する必要がなく、一
般に5分以内で測定を実施でき、しかも価値が安く、一
回きりの測定で廃棄できるため、使用による汚染を回避
でき、新しい測定毎にイオン選択性膜の完全無欠性が保
証されることになる。
The electrodes of this invention do not require pre-conditioning before use, can generally perform measurements within 5 minutes, are inexpensive, can be disposed of after a single measurement, avoid contamination from use, and can be used for each new measurement. This ensures the integrity of the ion-selective membrane.

さらに、この発明のイオン選択性膜を用いる新規測定法
によれば、迅速でしかも正確なイオンの定量を行うこと
ができる。
Furthermore, according to the new measurement method using the ion-selective membrane of the present invention, it is possible to quickly and accurately quantify ions.

以下、この明細書中で一つの層を他の一つの層の上に「
被覆」、「適用」または「塗布」すると記載するが、こ
れらの語は、一層の上に他層を積層ないし沈積すること
ならびに通常の塗布、浸漬または押出技法を用いて各層
を層づみする実際の被覆操作を含む意味であることはい
うまでもない。
Hereinafter, in this specification, one layer is referred to as "on top of another layer".
"coating,""applying," or "spreading" refers to the act of depositing or depositing one layer on top of another, as well as the actual application of each layer using conventional coating, dipping, or extrusion techniques. It goes without saying that the meaning includes the covering operation.

この発明の乾式操作可能なイオン選択性電極は、(a)
乾燥させた内部参照要素と、 (b)その参照電極と接触している疎水性のイオン選択
性膜であって被検液と接触させるべき部分が予め定めた
均一な厚みであるものと、そして(e)場合によっては
さらに支持体と からなる。
The dry-operable ion-selective electrode of this invention comprises (a)
(b) a hydrophobic, ion-selective membrane in contact with the reference electrode, the portion of which is to be contacted with the test liquid having a predetermined uniform thickness; and (e) Depending on the case, it further comprises a support.

参照電極 溶液中のイオン活動度ひいてはイオン濃度の測定に有用
な任意のイオン選択性電極におけると同様に、この発明
の電極も内部参照電極を有する。
As in any ion-selective electrode useful for measuring ion activity and thus ion concentration in a reference electrode solution, the electrode of the present invention also has an internal reference electrode.

内部参照電極は、一定の参照ポテンシャルを示すのであ
るが、この参照ポテンシャルに対して、イオン選択性電
極と被検液との界面で発生するポテンシャルを測定する
わけである。
The internal reference electrode shows a constant reference potential, and the potential generated at the interface between the ion-selective electrode and the test liquid is measured with respect to this reference potential.

この発明によれば、内部参照電極には二つのタイプがあ
り、いずれも有用な結果を達成するのに必要な一定の参
照ポテンシャルを示す。
According to the invention, there are two types of internal reference electrodes, each exhibiting a constant reference potential necessary to achieve useful results.

有用な参照電極は、 (1)金属/金属塩電極(第1図)および(2)レドッ
クスカップル電極(第2図)である。
Useful reference electrodes are: (1) metal/metal salt electrodes (Figure 1) and (2) redox couple electrodes (Figure 2).

金属/金属塩電極 普通に用いられる内部参照電極は、金属をその金属の不
溶性塩と接触させてなり、その不溶性金属塩が電解質す
なわち当該金属塩のアニオンを含む溶液と接触している
Metal/Metal Salt Electrodes A commonly used internal reference electrode consists of a metal in contact with an insoluble salt of the metal, which in turn is in contact with an electrolyte, a solution containing the anion of the metal salt.

極めて普通に用いられるかような要素の一例は、Ag/
AgC1/XMCI−(式中XMC1−は既知C1−濃
度の溶液を示す:で表わすことができ、塩化銀被覆を施
した銀ワイヤーからなる。
An example of such an element that is very commonly used is Ag/
It can be represented by AgC1/XMCI-, where XMC1- indicates a solution of known C1- concentration, and consists of a silver wire coated with silver chloride.

このものはたとえば銀ワイヤーを既知塩素イオン濃度の
水溶液中に浸漬することにより製造できる。
This can be produced, for example, by immersing a silver wire in an aqueous solution with a known chloride ion concentration.

カロメル電極、Hg/Hg2C12/C1−は、この型
の電極の他の一例である。
The calomel electrode, Hg/Hg2C12/C1-, is another example of this type of electrode.

この型の内部参照電極は、大抵のバレル電極において、
また既知のいわゆる「固体状態」の(Genshaw等
への前記米国特許においてそう呼ばれている)電極にお
いて用いられている。
This type of internal reference electrode, in most barrel electrodes,
It is also used in known so-called "solid state" (as so called in the aforementioned US patents to Genshaw et al.) electrodes.

既知の「固体状態」の電極においては、電解質溶液東既
述のとおり、水和したゲル、水和したPVA、疎水性イ
オン交換樹脂等からなる。
In known "solid state" electrodes, the electrolyte solution consists of a hydrated gel, hydrated PVA, a hydrophobic ion exchange resin, etc., as described above.

これに対し、この発明の参照電極は、製造の間に乾燥さ
れ、そして予期できないことであるが、使用前に調整す
る必要がない。
In contrast, the reference electrode of the present invention is dried during manufacture and, unexpectedly, does not require conditioning before use.

この発明によれば、金属/金属塩参照電極は、金属の導
電性層を公知の電極で用いられているようなその金属の
塩の層と接触させたものと、その金属塩層と接触してい
る乾燥させた電解質とを有する。
According to the invention, a metal/metal salt reference electrode comprises a conductive layer of a metal in contact with a layer of a salt of the metal as used in known electrodes; It has a dried electrolyte.

導電性金属層は、この明細書に記載する電極の構造特に
方式と矛盾しない限り、かような電極に従来用いられて
いた周知の型の任意のしかるべき導電性金属からなるこ
とができる。
The conductive metal layer can be comprised of any suitable conductive metal of the known type conventionally used in such electrodes, unless inconsistent with the particular structure of the electrode described herein.

特に有用な導電性金属としては、銀、ニッケル、白金お
よび金のしかるべく薄い層がある。
Particularly useful conductive metals include silver, nickel, platinum and appropriately thin layers of gold.

導電性層と接触している塩層は、導電性層の金属と共に
一定の界面電位を確立するものであれば、導電性層の金
属の任意の不溶性塩から実質的になることができる。
The salt layer in contact with the conductive layer can consist essentially of any insoluble salt of the metal of the conductive layer provided that it establishes a constant interfacial potential with the metal of the conductive layer.

かような層は、周知でありかつ前掲の特許その他の刊行
物に詳しく記載されているが、一般には当該金属の酸化
生成物である当該金属の塩、たとえばAgcl、Hg2
c12等からなる。
Such layers are well known and described in detail in the aforementioned patents and other publications, but generally include salts of the metal that are oxidation products of the metal, such as AgCl, Hg2
It consists of c12 etc.

この発明の特に好ましい態様では、前記周知のAg/A
gnX(式中Xは5−−1CI−1Br−または■−で
nは1または2である)なる界面を用いて参照電極のポ
テンシャルを確立する。
In a particularly preferred embodiment of this invention, the well-known Ag/A
The potential of the reference electrode is established using the interface gnX (where X is 5--1CI-1Br- or ■- and n is 1 or 2).

この型の電極要素は、いろんな周知技法を用いて製造で
きる。
Electrode elements of this type can be manufactured using a variety of well-known techniques.

一例をあげれば、銀の層をワイヤー、箔または支持した
薄層として溶融ハロゲン化銀中に浸漬することにより製
造できる。
By way of example, a layer of silver can be produced as a wire, foil or supported thin layer by dipping it into molten silver halide.

この発明の好ましい態様にあっては、後記する型のしか
るべき支持体、好ましくは絶縁性フィルム上に銀を真空
蒸着し、次いでその銀層の表層を化学的にハロゲン化銀
にかえることにより、前記の銀/ハロゲン化銀カップル
を作成する。
In a preferred embodiment of the invention, silver is vacuum deposited on a suitable support of the type described below, preferably an insulating film, and then the surface layer of the silver layer is chemically converted to silver halide. The silver/silver halide couple described above is created.

一般に金属を化学的に金属ハロゲン化物に加える技法と
しては、金属(この場合には銀)の表面を、形成したい
ハロゲン化物と同一のアニオンを有する塩の溶液に、所
望の化学反応が起るのに充分な時間、充分な温度で接触
ないし照露する方法がある。
Generally, the technique of chemically adding a metal to a metal halide involves placing the surface of the metal (silver in this case) in a solution of a salt containing the same anion as the halide desired to be formed, until the desired chemical reaction occurs. There is a method of contacting or exposing the material for a sufficient period of time and at a sufficient temperature.

この種の化学反応に必要な代表的諸条件は周知であるが
、簡単でかつ好ましい技法を後記の実施例に例示する。
Although typical conditions necessary for this type of chemical reaction are well known, a simple and preferred technique is illustrated in the Examples below.

かような電極を製造する他の有用な技法は、米国特許第
3591482号、同第3502560号および同第3
806439号に記載されている。
Other useful techniques for manufacturing such electrodes include U.S. Pat.
No. 806439.

これらの特許に記載された技法は、いずれも主としてワ
イヤー電極の製造を目的とするものであるが、その技法
を重合体支持体フィルム薄層上に担持した電極の製造に
転用することは当業者に容易であろう。
Although the techniques described in these patents are primarily intended for the production of wire electrodes, it is within the skill of those skilled in the art to transfer the techniques to the production of electrodes supported on thin layers of polymeric support film. would be easy.

別法としては、ハロゲン化銀の島状の層を銀層上に適用
してもよい。
Alternatively, a layer of silver halide islands may be applied over the silver layer.

もつとも銀とハロゲン化銀の間に適正な接触が維持され
ることを条件とする。
Provided that proper contact is maintained between the silver and silver halide.

金属/金属塩界面における金属層と金属塩層との厚さの
比は実質的に任意であるが、充分に緻密な金属塩の層を
保証する好ましい態様においては、不溶性金属塩層の厚
みを導電性金属層全体の厚みの10%以上とするのが好
ましい。
The ratio of the thickness of the metal layer to the metal salt layer at the metal/metal salt interface is virtually arbitrary, but in preferred embodiments to ensure a sufficiently dense metal salt layer, the thickness of the insoluble metal salt layer is The thickness is preferably 10% or more of the total thickness of the conductive metal layer.

真空蒸着した銀層の表層をしかるべき塩にかえるこの発
明の好ましい態様においては、銀層の厚みの約10ない
し約20%を化学的変換技法により銀塩にかえる。
In a preferred embodiment of the invention in which the surface layer of the vacuum deposited silver layer is converted to the appropriate salt, about 10 to about 20% of the thickness of the silver layer is converted to the silver salt by chemical conversion techniques.

この発明の金属/金属塩参照電極における第二の構成要
素は、電解質層からなる。
The second component in the metal/metal salt reference electrode of this invention consists of an electrolyte layer.

この発明の好ましい態様においては、この電解質層は、
乾燥させた親水性層である。
In a preferred embodiment of this invention, the electrolyte layer is
This is a dried hydrophilic layer.

この発明の乾燥させた電解質溶液は、塩と共に固溶液に
なっている親水性バインダーからなる。
The dried electrolyte solution of this invention consists of a hydrophilic binder in solid solution with a salt.

好ましい態様によれば、この塩のアニオンは金属塩層の
塩のアニオンと共通であり、そしてこの塩のカチオンの
少くとも一部は測定すべきイオンと同一である。
According to a preferred embodiment, the anions of this salt are common to those of the salt of the metal salt layer and at least some of the cations of this salt are identical to the ions to be measured.

この明細書でいう「乾燥させた」親水性電解質溶液は、
米国特許第3856649号記載の水和したポリビニル
アルコール層と明確に相異なる。
The "dried" hydrophilic electrolyte solution referred to in this specification is
This is distinctly different from the hydrated polyvinyl alcohol layer described in US Pat. No. 3,856,649.

この発明の「乾燥させた」参照溶液は、塩およびしかる
べき親水性重合体バインダーをそれらの塩および重合体
用の溶媒に溶かした溶液の乾燥残渣からなる。
The "dried" reference solution of this invention consists of the dried residue of a solution of salts and the appropriate hydrophilic polymeric binder in a solvent for the salts and polymers.

この区別は、この発明の電極の製法および使用法につい
ての後記記載によりなお一層明瞭になるであろう 「乾燥させた」参照電解質溶液用のバインダーは、密着
した凝集性のある連続層であって、電解質層の塩と、ま
た被覆によって層を形成するならイオン性塩および重合
体バインダー両者の溶媒系と混和性であるものを形成す
るのに適切な任意の親水性物質からなることができる。
This distinction will become even clearer from the following description of how to make and use the electrodes of this invention. , the salt of the electrolyte layer and, if the layer is formed by coating, any hydrophilic material suitable to form a solvent system that is miscible with both the ionic salt and the polymeric binder.

この型の好ましい物質は、ポリビニルアルコール、ゼラ
チン、アガロース、脱イオン化ゼラチン、ポリアクリル
アミド、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸ヒドロ
キシエチル、ポリメタクリル酸、ヒドロキシエチル、ポ
リアクリル酸等の親水性の天然および合成重合体フィル
ム形成物質である。
Preferred materials of this type are hydrophilic natural and synthetic polymers such as polyvinyl alcohol, gelatin, agarose, deionized gelatin, polyacrylamide, polyvinylpyrrolidone, polyhydroxyethyl acrylate, polymethacrylic acid, hydroxyethyl polyacrylic acid, etc. It is a film-forming substance.

これらの物質中特に好ましいものは、ゼラチン(特に脱
イオン化ゼラチン)、アガロース、ポリビニルアルコー
ルおよびポリアクリル酸ヒドロキシエチルのような親水
性コロイドである。
Particularly preferred among these materials are hydrophilic colloids such as gelatin (especially deionized gelatin), agarose, polyvinyl alcohol and hydroxyethyl polyacrylate.

イオン性塩の残留溶媒が「乾燥させた溶液」中に若干残
って重合体層内の電解買電導度に寄与するに相違ない。
Some residual solvent of the ionic salt must remain in the "dried solution" and contribute to the electrolytic conductivity within the polymer layer.

したがって、残留溶媒が全く無くなるように層を光全に
乾燥してはならない。
Therefore, the layer must not be completely photo-dried so that there is no residual solvent.

一般則としては、水が溶媒である場合は、残留水は、「
乾燥させた溶液」の全重量の約20%未満、好ましくは
20%未満の有意量特に好ましくは1ないし2%であり
、そして「乾燥させた」電解質は非粘着性である。
As a general rule, when water is the solvent, the residual water is
A significant amount of less than about 20%, preferably less than 20%, particularly preferably 1 to 2%, of the total weight of the "dried solution" and the "dried" electrolyte is non-stick.

水星外の溶媒の場合も同様な残留溶媒レベルが望ましい
Similar residual solvent levels are desirable for extra-Mercury solvents.

重合体バインダー溶液中に溶かすイオン性塩は、電極の
金属/金属塩部分6阻成によって定まるであろう。
The ionic salt dissolved in the polymeric binder solution will be determined by the metal/metal salt moiety 6 composition of the electrode.

たとえば、不溶性金属塩としてAgC1を用いたカリウ
ム選択性電極の場合は、塩化ナトリウム等も使用できな
いことはないが、論理上塩化カリウムを選ぶべきである
For example, in the case of a potassium-selective electrode using AgCl as the insoluble metal salt, sodium chloride or the like cannot be used, but potassium chloride should be selected theoretically.

同一構造の装置でナトリウムイオンを測定する場合には
、塩化ナトリウムが有用であろう。
Sodium chloride may be useful when measuring sodium ions with a device of the same construction.

すなわち、塩は、一般に、アンモニウム、アルカリ金属
およびアルカリ土金属ならびに電極が応答するその他任
意のしかるべきカチオンから選んだカチオンを有し、か
つアニオンとしては金属塩層の組成によりハロゲンまた
は硫黄を有する水溶性塩であろう。
That is, the salt generally has a cation selected from ammonium, alkali metals and alkaline earth metals, and any other suitable cation to which the electrode responds, and as an anion a water-soluble salt having a halogen or sulfur, depending on the composition of the metal salt layer. It must be sexual salt.

これらのアニオンの導電性金属塩は通常水に不溶である
These anionic conductive metal salts are generally insoluble in water.

重合体バインダーおよびイオン性基用の適当な溶媒は、
主としてそれらの重合体および塩の種類による。
Suitable solvents for the polymeric binder and ionic groups include:
Mainly depending on the type of their polymers and salts.

一般には、それらの塩および重合体を溶かす極性溶媒で
よい。
In general, any polar solvent that dissolves the salts and polymers will be sufficient.

すなわち、水はポリビニルアルコールやゼラチンのよう
な親水性物質層用の好ましい溶媒である。
Thus, water is the preferred solvent for hydrophilic layers such as polyvinyl alcohol and gelatin.

「乾燥させた」電解質層厚みにより電極の応答特性があ
る程度決まるから、一般には、「乾燥させた」層をどち
らかといえば薄くするのが望ましい。
Since the "dried" electrolyte layer thickness determines to some extent the response characteristics of the electrode, it is generally desirable for the "dried" layer to be relatively thin.

約0.0025mmないし約0.013mmの乾燥厚さ
の層が有用であることがわかった。
A dry layer thickness of about 0.0025 mm to about 0.013 mm has been found useful.

好ましい厚さは約0.005mmである。The preferred thickness is about 0.005 mm.

もちろん、電極の応答特性が重要でない場合には前記層
の厚みを広範に変化でき、その上限および下限は、当業
者の技術常識および出来上った電極の使用条件によって
定まるであろう。
Of course, if the response characteristics of the electrode are not important, the thickness of the layer can vary widely, and the upper and lower limits will be determined by the common general knowledge of those skilled in the art and the conditions of use of the finished electrode.

「乾燥させた電解質層」内におけるイオン性塩の濃度も
また、所要の応答時間等特に重合体の使用量により、広
<変化し得る。
The concentration of ionic salt in the "dried electrolyte layer" can also vary widely, depending on the amount of polymer used, among other things, such as the required response time.

バインダーレベルが約2.4P/m”ないし約lot/
m2である好ましい態様においては、塩濃度は約1,4
0ないし約2.5?/m2であることができる。
Binder level is about 2.4P/m” or about lot/
m2, the salt concentration is about 1,4
0 to about 2.5? /m2.

塩濃度がこのレベルより下の場合には、電極ドリフトが
問題になることがあり、またこのレベルよりも上の場合
には、層の塗布が若干困難になる。
If the salt concentration is below this level, electrode drift may become a problem, and if it is above this level, layer application becomes somewhat difficult.

もちろん、ドリフトがあまり問題でなく、実質的に厚め
の層を用いる場合とか、または塗布以外の技法によって
層を作成する場合には、前記範囲外の塩濃度も使用でき
る。
Of course, salt concentrations outside the above ranges may be used if drift is less of a problem and substantially thicker layers are used, or if the layers are created by techniques other than coating.

一般には、層中全固形分の約30ないし約50重量%の
塩濃度が好ましい。
Generally, a salt concentration of about 30 to about 50 percent by weight of total solids in the layer is preferred.

参照電極を、一層の上に他の一層を塗布することにより
製造する場合には、製造の際の塗布溶液中に界面活性剤
ないし塗装助剤を配合するのが望ましいことがある。
If the reference electrode is manufactured by coating one layer on top of another, it may be desirable to include a surfactant or coating aid in the coating solution during manufacture.

かような添加剤は、一般に非イオン性であるべきであり
、その組成がどのようなものであれ、各電極層界面に存
在する一定の電位差を変更するようなイオンを含んでい
てはならず、カリ電位差測定に対し不活性であるのが好
ましい。
Such additives should generally be non-ionic and, whatever their composition, should not contain any ions that would alter the constant potential difference that exists at each electrode layer interface. , is preferably inert to potash potentiometric measurements.

もちろん、各界面における電位差を変更するような添加
剤を用いた場合には、2個の同一イオン選択性電極を用
い、一方は既知イオン濃度の溶液に他方は未知のテスト
溶液に接続して、それらの電極の読みを対比する示差測
定法を用いることにより、前記変更はこれを補正するこ
とが可能である。
Of course, if additives are used that alter the potential difference at each interface, two identical ion-selective electrodes can be used, one connected to a solution of known ion concentration and the other connected to an unknown test solution. By using differential measurements to compare the readings of those electrodes, the modification can correct for this.

前記の目的に対し有用であることが判明した物質の中に
は、サポニンのような天然の界面活性剤、ポリエチレン
グリコールのような合成物質および0fin Math
ieson社から5urfactant10Gという商
品名で市販されている物質があるこの型のその他の有用
な物質としては、Rohm&Haas社が市販している
TX−100、TX−405等のようなオクチルフェノ
キシポリエトキシエタノール類がある。
Among the substances found to be useful for the above purpose are natural surfactants such as saponins, synthetic substances such as polyethylene glycol and Ofin Math.
Other useful materials of this type include octylphenoxypolyethoxyethanols such as TX-100, TX-405, etc., available from Rohm &Haas; There is.

別の態様によれば、有用な金属/金属塩(特にAg/A
gX)参照電極要素は、写真フィルムの製造に常用され
る技法を用いて製造できる。
According to another aspect, useful metals/metal salts, especially Ag/A
gX) The reference electrode element can be manufactured using techniques commonly used in the manufacture of photographic films.

かような操作によれば、金属(すなわち銀)および金属
塩(すなわちハロゲン化銀)の一方または両者は、しか
るべきハロゲン化銀写真乳剤を塗布し、所定の処理を施
すことにより製造できる。
According to such an operation, one or both of the metal (ie, silver) and the metal salt (ie, silver halide) can be produced by coating a suitable silver halide photographic emulsion and subjecting it to a prescribed treatment.

たとえば、有用なハロゲン化銀層は、真空蒸着した銀層
に、通常の細粒塩化銀−ゼラチン乳剤を、ゼラチン0.
054ないし0.54P/m”そして塩化銀として銀1
.16ないし1.83g/m2のカバレジで塗布するこ
とにより製造できる。
For example, useful silver halide layers include a vacuum deposited silver layer with a conventional fine-grain silver chloride-gelatin emulsion, and 0.5% gelatin.
054 to 0.54 P/m” and silver 1 as silver chloride
.. It can be manufactured by coating with a coverage of 16 to 1.83 g/m2.

かような電極は、塩素イオン標準溶液を用いて調べたと
ころ、ネルンストの式に実質上一致する応答を示した(
すなわち、傾きは約59mV/1桁)。
When such an electrode was tested using a chloride ion standard solution, it showed a response that substantially matched the Nernst equation (
In other words, the slope is approximately 59 mV/1 digit).

前記如くしてハロゲン化銀層をオーバーコートできる有
用な銀層は次のようにして製造した。
A useful silver layer capable of overcoating the silver halide layer as described above was prepared as follows.

すなわち、ポリエチレンテレフタレート支持体に細粒塩
化銀−ゼラチン乳剤の層を通常の写真フィルム製造技法
により、塩化銀として銀2.02?/m2そしてゼラチ
ン95〜/m2のカバレジで塗布し丸次いでその塩化銀
層を、Kodak Developer D−19とし
て知られている標準的な白黒現像液中で室温山元条件下
で5分間現像した。
That is, a layer of fine-grain silver chloride-gelatin emulsion is deposited on a polyethylene terephthalate support using conventional photographic film manufacturing techniques to obtain a silver chloride concentration of 2.02? The silver chloride layer was coated with a coverage of 95/m2 gelatin and 95/m2 gelatin and then developed for 5 minutes at room temperature under conditions in a standard black and white developer known as Kodak Developer D-19.

この層を充分水洗し乾燥した後、前記の如く塩化銀乳剤
でオーバーコートした。
After this layer was thoroughly washed with water and dried, it was overcoated with a silver chloride emulsion as described above.

この電極試料の標準塩素イオン溶液に対する応答は満足
すべきであった。
The response of this electrode sample to the standard chloride ion solution was satisfactory.

有用な電極はまた、金、銅およびニッケルの蒸着層上に
塩化銀乳剤を塗布することにより、また細粒臭化銀乳剤
を用いて金属塩層を作成することにより、得ることがで
きた。
Useful electrodes could also be obtained by coating silver chloride emulsions on deposited layers of gold, copper and nickel, and by using fine-grained silver bromide emulsions to create metal salt layers.

酸化還元電極 この発明の実施に有用な第二の型の内部参照電極は、い
わゆる酸化還元電極(以下レドックス電極という)であ
る。
Redox Electrode A second type of internal reference electrode useful in the practice of this invention is a so-called redox electrode (hereinafter referred to as a redox electrode).

レドックス電極は公知であって、一般には同一化学種の
2つ異なる酸化状態のものを含有する溶液中に浸漬して
いる不活性金属ワイヤーからなる。
Redox electrodes are well known and generally consist of an inert metal wire immersed in a solution containing two different oxidation states of the same chemical species.

かような電極の一例は、第一および第二鉄イオンを含有
する溶液中に浸漬している白金ワイヤーからなるもので
ある。
An example of such an electrode is one consisting of a platinum wire immersed in a solution containing ferrous and ferric ions.

この電池は、Pt/Fe十+、Fe+十+と略記できる
This battery can be abbreviated as Pt/Fe+ or Fe++.

電極反応はFe十十++e−=Fe+十である。The electrode reaction is Fe10++e-=Fe+10.

2つの異なる酸化状態で存在する有機分子を用いてもレ
ドックス電極を作成できる。
Redox electrodes can also be created using organic molecules that exist in two different oxidation states.

最も広く用いられているこの型のものは、いわゆるキン
ヒドリ4極であって、この場合レドックス系は であり、電池は Pt/QH2、Q、H+ と略記できる。
The most widely used type of this type is the so-called Golden Quadrupole, in which case the redox system is , and the battery can be abbreviated as Pt/QH2,Q,H+.

この型のレドックス電極もこれを「固体状態」に作成し
、この発明のイオン選択性複合電極の内部参照要素とす
ることができる。
This type of redox electrode can also be made in the "solid state" and serve as the internal reference element of the ion-selective composite electrode of the present invention.

また、かような電極は、溶液中の全イオン濃度の測定に
おいて、標準カロメル(すなわち Hg/HgC12)電極のような通常の外部参照電極の
代りに、外部参照電極として使用することもできる。
Such an electrode can also be used as an external reference electrode in place of a conventional external reference electrode, such as a standard calomel (ie, Hg/HgC12) electrode, in the measurement of total ion concentration in a solution.

米国特許第3730868号には、かようなレドックス
電極も記載されている。
Such a redox electrode is also described in US Pat. No. 3,730,868.

この発明のレドックス電極は、 (a)固体の電導性層を (b)レドックスカップル に接触させてなる。The redox electrode of this invention is (a) Solid conductive layer (b) Redox couple If it comes into contact with

レドックスカップルは、これを電導性層中に溶解ないし
分散させてもよいし、またはこれをしかるべきバインダ
ー中に溶解ないし分散させて別個の固層となし、その固
層を導電性層を導電接触させてもよい。
The redox couple may be dissolved or dispersed in the conductive layer, or it may be dissolved or dispersed in a suitable binder to form a separate solid layer that is brought into conductive contact with the conductive layer. You may let them.

導電性層 レドックス参照電極の導電性層は、電導性物質すなわち
導体(描業界で通常理解されている意味での導体)から
なる。
Conductive Layer The conductive layer of the redox reference electrode consists of an electrically conductive material or conductor (conductor in the sense commonly understood in the drawing industry).

もちろんのことであるが、導電性物質は、レドックス組
成物と、電極の作動に必要な所望のかつコントロールさ
れた方式ですなわち安定な参照ポテンシャルを確立する
ように反応する以外の相互反応をおこしてはならない。
Of course, the conductive material may not interact with the redox composition other than to react in the desired and controlled manner necessary for electrode operation, i.e. to establish a stable reference potential. Must not be.

カーボン、白金、金およびニッケルのような不活性導体
を用いて有用な結果が得られた。
Useful results have been obtained with inert conductors such as carbon, platinum, gold and nickel.

導体は、レドックスカップルと不安定な電気化学的また
はその他望ましくない相互反応を起さないように選択す
る限り、任意のものでよい。
The conductor may be of any type so long as it is selected so as not to cause unstable electrochemical or other undesirable interactions with the redox couple.

特に有用な導体は、後で詳記しかつ実施例かられかると
おり、カーボン(特に粒状カーボン)である。
A particularly useful conductor is carbon (particularly granular carbon), as detailed below and as seen from the examples.

カーボンの場合における如く、不活性導体がバラバラの
導電性粒子の形である場合には、ある種のバインダーな
いしマトリックスによりかような粒子を固層内で電導的
接触に保持する必要があることがある。
When the inert conductor is in the form of discrete conductive particles, as in the case of carbon, it may be necessary to hold such particles in conductive contact in a solid phase by some kind of binder or matrix. be.

バインダーは、緊密な粒子対粒子の接触および導体とレ
ドックスカップルとの導電接触を与える任意の物質であ
ることができる。
The binder can be any material that provides intimate particle-to-particle contact and conductive contact with the conductor and redox couple.

かようなバインダーは、比較的低濃度の親水性重合体た
とえばゼラチン、ポリビニルアルコールやポリビニルピ
ロリドンからなるのが一般的である。
Such binders typically consist of relatively low concentrations of hydrophilic polymers such as gelatin, polyvinyl alcohol and polyvinylpyrrolidone.

だが、シリコーンゴムのような疎水性重合体をバインダ
ーに用いることも可能である。
However, it is also possible to use hydrophobic polymers as binders, such as silicone rubber.

どのようなバインダーを用いるにせよ、導体とバインダ
ーとの比を充分高くし、それにより層の抵抗が低くなり
適正な電導度が保証されるようにしなげればならない。
Whatever binder is used, the ratio of conductor to binder must be high enough to ensure low resistance of the layer and proper conductivity.

これは、導体とバインダーとの重量比を約1:lないし
約3:2とすることにより達成できる。
This can be achieved by using a conductor to binder weight ratio of about 1:1 to about 3:2.

レドックスカップル組成物 レドックスカップル組成物は可溶性レドックスカップル
から成りそして電極が湿潤されかつレドックスカップル
の少くともある部分が溶解し導体と接触するような時間
まで組成物を固体形状に保持する何らかの手段が必要で
ある。
Redox Couple Compositions Redox couple compositions consist of soluble redox couples and require some means to hold the composition in solid form until such time that the electrode is wetted and at least a portion of the redox couple dissolves and comes into contact with the conductor. It is.

この為のその他の手段は一般に、ある種のマトリックス
若しくはバインダ又は、固溶液若しくは分散液としてレ
ドックスカップルを含むその他のマトリックス若しくは
バインダから成る。
Other means for this generally consist of some kind of matrix or binder or other matrix or binder containing the redox couple as a solid solution or dispersion.

本発明のレドックスカップは既述のごと(酸化状態の異
なる一対の同一化学種(通常はイオン)から成る。
The redox cup of the present invention is composed of a pair of identical chemical species (usually ions) having different oxidation states, as described above.

本発明の参照電極のフォーマルポテンシャル即ちある特
定のイオン強度における還元及び酸化成分の等しい濃度
でのレドックスカップルの電気的ポテンシャルは (1)あるレドックスカップル及び (2)酸化成分活動度と還元成分活動度との比により定
まる。
The formal potential of the reference electrode of the present invention, that is, the electrical potential of a redox couple at equal concentrations of reducing and oxidizing components at a certain ionic strength is (1) a certain redox couple and (2) the activity of the oxidizing component and the activity of the reducing component. It is determined by the ratio of

本発明の好ましい態様により、酸化成分と還元成分との
比(即ちある酸化状態の物質とその他の酸化状態の物質
とのモル比)は約1である。
According to a preferred embodiment of the invention, the ratio of oxidized to reduced components (ie, the molar ratio of material in one oxidation state to material in another oxidation state) is about 1.

当然のことながら本願明細書記載の電極を用いて行う測
定の型に依存してこの比は非常に広範囲に可変である。
Naturally, depending on the type of measurement performed using the electrodes described herein, this ratio can vary within a very wide range.

試料溶液で電極が湿潤される時、レドックスカッフルは
、導電性層との間に安定な界面を形成し、安定かつ再現
性のあるポテンシャルを確立できねばならない。
When the electrode is wetted with a sample solution, the redox scuffle must be able to form a stable interface with the conductive layer and establish a stable and reproducible potential.

即ちレドックスカップルは電位差測定回路が閉じた時一
定の様式で導電性層と電子を交換できねばならない。
That is, the redox couple must be able to exchange electrons with the conductive layer in a defined manner when the potentiometric circuit is closed.

導電性層とレドックスカッグルとは共働して、レドック
スカップルと導体との早い電気化学的交換反応において
レドックス化学ポテンシャルを生じる。
The conductive layer and the redox coggle cooperate to create a redox chemical potential in a fast electrochemical exchange reaction between the redox couple and the conductor.

一定のポテンシャルを確立するこの能力を、レドックス
カップルと導伝性層との「適合性(compatibi
lity)Jとしてこの明細書で参照する。
This ability to establish a certain potential can be explained by the ``compatibility'' between the redox couple and the conductive layer.
Reference is made in this specification as .lity)J.

所定の導体でそのような一定のポテンシャルを容易に確
立するレドックスカップルを導体と「適合性(comp
atible)Jがあると言う。
A redox couple that easily establishes such a constant potential in a given conductor is termed "compatibl" with the conductor.
able) J.

好ましい態様に従って当然のことながら保存性のよい電
極とする為にカップルの酸化及び還元型は所望の保存時
間の間安定であらねばならない。
According to a preferred embodiment, it should be understood that the oxidized and reduced forms of the couple must be stable for the desired storage time to provide a shelf-stable electrode.

本発明の首尾よい実施に特に有用であることが分ってい
るレドックスカップルには、 Fe(CN)6−3/Fe(CN)6−4のような第■
/第■鉄イオンカップル及びCo(チルピリジル)2+
3/Co(チルピリジル)2+2(アルピリジルは2・
6−ジー2′−ピリジルピリジンである)のような第■
/第■コバルトカッフルがある。
Redox couples that have been found to be particularly useful in the successful practice of this invention include Fe(CN)6-3/Fe(CN)6-4.
/ferrous ion couple and Co (thylpyridyl)2+
3/Co (tylpyridyl) 2+2 (alpyridyl is 2.
6-di2'-pyridylpyridine)
/Part ■There is a cobalt caffle.

適合性導電性層と電子を交換することができそして有用
な保存性を提供する為に空気酸化に対し十分安定である
レドックスカップルは本発明の首尾よい実施に有用であ
る。
Redox couples that are capable of exchanging electrons with a compatible conductive layer and are sufficiently stable to air oxidation to provide useful storage properties are useful in the successful practice of this invention.

レドックスカップルをマトリックス又はバインダを用い
ることなく固層として直接導電性層へ適用できるけれど
も、多くの有用なレドックスカップル高い溶解度及びこ
の型の物質を固体形状(即ちたとえば結晶等)で導電性
層へ適用する際の困難から、レドックスカップルを適切
に多孔性であるか又は水浸透性バインダ又はマトリック
ス中の分散液又は溶液として適用することが一般に望ま
しい。
Although the redox couple can be applied directly to the conductive layer as a solid phase without the use of a matrix or binder, many useful redox couples have high solubility and this type of material can be applied in solid form (i.e. as a crystal, etc.) to the conductive layer. Because of the difficulties in applying redox couples, it is generally desirable to apply the redox couple as a dispersion or solution in a suitably porous or water-permeable binder or matrix.

レドックスカップル用の好ましい水浸透性マトリックス
はゼラチン、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミ
ド、ポリビニルピロリドン等のような親水性コロイドか
ら成る。
Preferred water-permeable matrices for redox couples consist of hydrophilic colloids such as gelatin, polyvinyl alcohol, polyacrylamide, polyvinylpyrrolidone, and the like.

このコロイドは特に次の(a)及び(b)のようであれ
ば非常に好ましい。
This colloid is particularly preferred if it is as shown in (a) and (b) below.

(a)十分に硬化又は架橋しコロイドと接触しうる水に
よりその実質的な溶解が防がれていること及び (b)導電性金属層との電解質的接触を可能にする程の
十分に親水性であること。
(a) sufficiently cured or cross-linked to prevent substantial dissolution thereof by water that is capable of contacting the colloid; and (b) sufficiently hydrophilic to permit electrolytic contact with the conductive metal layer. Being sexual.

前述のごとく、多孔性の故に湿潤可能であり又はこの多
孔質の故にレドックスカップルの粒状部材間の導電接触
を可能にする疎水性物質の非常に多孔性の層を用いるこ
とも可能である。
As mentioned above, it is also possible to use highly porous layers of hydrophobic material that are wettable due to their porosity or that allow conductive contact between the particulate members of the redox couple due to their porosity.

かくして酢酸セルロース又は8s/1015ポリ(n−
プチルメタクリレートーコー2−アクリルアミド−2−
メチルプロパンスルホン酸−ヨー2−アセトアセトキシ
エチルメタクリレート)のような疎水性物質の水浸透性
で非常に多孔質層をレドックスカップルのバインダ又は
マトリックスとして使用することができる。
Thus cellulose acetate or 8s/1015 poly(n-
Butyl methacrylate toko 2-acrylamide-2-
A water-permeable, highly porous layer of a hydrophobic material such as methylpropanesulfonic acid-io2-acetoacetoxyethyl methacrylate can be used as a binder or matrix for the redox couple.

レドックス参照電極は一般に二層配置(即ち不活性導体
の固層が上に重ねた固体乾燥レドックスカップル層と導
電接触している)で作成するけれども、不活性導体とレ
ドックスカップルとの双方を単一層へ配合し有用な電極
が得られることも分っている。
Although redox reference electrodes are generally made in a two-layer arrangement (i.e., a solid layer of inert conductor is in conductive contact with an overlying solid dry redox couple layer), both the inert conductor and the redox couple are combined in a single layer. It has also been found that useful electrodes can be obtained by blending with

単一層の場合には、合体層のレドックスカップル層と関
連して前記した型の親水性マトリックスを用いることが
好ましい。
In the case of a single layer, it is preferred to use a hydrophilic matrix of the type described above in conjunction with the redox-coupled layer of the coalescing layer.

しかしながら疎水性バインダも有用である。However, hydrophobic binders are also useful.

単一層参照電極の態様は以下の例に記載する。Embodiments of single layer reference electrodes are described in the examples below.

それらの作成及び使用の技法は、本明細書記載の二層又
は二重層電極の作成と同一である。
The techniques for their construction and use are the same as for the construction of bilayer or bilayer electrodes as described herein.

イオン選択性膜 前記内部参照電極のいずれを使用するときでも、イオン
選択性膜は積層、コーティングまたは他の方法でその上
に直接適用される。
Ion-Selective Membrane When using any of the internal reference electrodes described above, the ion-selective membrane is laminated, coated or otherwise applied directly thereon.

この発明を効果的に実施するためには、イオン選択性膜
は製作時に適用して、少な(とも試験溶液と接する領域
においてイオン選択性膜と隣接する参照電極の表面とを
密接にかつ均一に確実に接触させて「乾式操作可能な」
電極を得ることが重要である。
In order to effectively carry out this invention, the ion-selective membrane must be applied during fabrication so that the ion-selective membrane and the surface of the adjacent reference electrode are closely and uniformly bonded (at least in the area in contact with the test solution). ``Dry operation possible'' with secure contact
It is important to obtain the electrodes.

イオン選択性膜と乾燥させた内部参照電極との製作時の
このような緊密な接触は、イオン選択性膜と試験溶液と
が接触するとほとんど直ちに応答する参照電極−イオン
選択性膜の界面を生成する。
Such intimate contact during fabrication of the ion-selective membrane and the dried internal reference electrode creates a reference electrode-ion-selective membrane interface that responds almost immediately upon contact between the ion-selective membrane and the test solution. do.

この発明に有用な型のイオン選択性膜を記載する特許お
よび刊行物のうちで、次のものがある:米国特許第35
62129号、同第 3753887号、同第3856649号:英国特許第
1375446号: ドイツ国特許公開第2251287号: Morf、W、E、、Kohr、G、およびSimon
、Wo、”Reduction of the Ani
on Interference in Neutra
l Carrier Liquid−Membrane
Electrodes Re5ponsive to
Cations”、Analytical Lett
ers、 Vol、7、No、1、pp、9−22(1
974); Morfow、El、Ammann、Dl、Prets
ch。
Among the patents and publications describing ion-selective membranes of the type useful in this invention are: U.S. Pat.
62129, 3753887, 3856649: British Patent No. 1375446: German Patent Publication No. 2251287: Morf, W. E., Kohr, G., and Simon
, Wo, “Reduction of the Ani”
on Interference in Neutra
l Carrier Liquid-Membrane
Electrodes Re5ponsive to
"Cations", Analytical Lett
ers, Vol, 7, No. 1, pp. 9-22 (1
974); Morfow, El, Ammann, Dl, Prets
Ch.

Eo、およびSimon、W、、”Carrier A
ntibiotics and Model Comp
ounds as Components of Io
n−3ensitive Electrodes”、P
ure and Applied Chemistry
、Vol、36、No、4、pp、421−39(19
73); Amman、D、、Pretsch、Eo、およびSi
mon、W、”Sodium Ion−3electi
ve Electrodes Ba5edon Neu
tral Carrier”、Analytical
Letters Vol、7、No、扁1、pp。
Eo, and Simon, W., “Carrier A.
ntibiotics and Model Comp
ounds as Components of Io
n-3ensistive Electrodes”, P
ure and Applied Chemistry
, Vol. 36, No. 4, pp. 421-39 (19
73); Amman, D., Pretsch, Eo, and Si
mon, W, “Sodium Ion-3electi
ve Electrodes Ba5edon Neu
tral Carrier”, Analytical
Letters Vol. 7, No. 1, pp.

23−32(1974); Cattrall、 RoWo、およびFreiser
、H,、Anal、Chem、、土3,1905(19
71);および James、Hl、Carmack Go、およびFr
eiser、H,、Anal、Chem、、44.85
6(1972)。
23-32 (1974); Cattrall, RoWo, and Freiser
,H,,Anal,Chem,,Sat3,1905(19
71); and James, Hl, Carmack Go, and Fr.
eiser, H,, Anal, Chem,, 44.85
6 (1972).

よく知られたこの型の膜は、一般にその中に分散したイ
オンキャリヤをもつ不活性な疎水性バインダーまたはマ
トリックスを含む。
This type of well-known membrane generally comprises an inert hydrophobic binder or matrix with ion carriers dispersed therein.

イオンキャリヤは膜に選択性を付与する。The ion carrier imparts selectivity to the membrane.

キャリヤはキャリヤ溶媒中に溶けていて膜中の適切なイ
オン移動度を提供する。
The carrier is dissolved in a carrier solvent to provide adequate ion mobility in the membrane.

また、キャリヤ溶媒は膜のバインダーに対して可塑剤と
して作用する。
The carrier solvent also acts as a plasticizer for the membrane binder.

この発明のイオン選択性膜に使用するバインダーには、
十分な透過性をもってイオノフオアおよびイオノフオア
溶媒とともにそれを横切る見掛けのイオン移動度を生ず
る薄いフィルムを形成できる疎水性の天然または合成の
重合体が含まれる。
The binder used in the ion-selective membrane of this invention includes:
Included are hydrophobic natural or synthetic polymers that are sufficiently permeable to form thin films with ionophores and ionophore solvents to produce apparent ion mobility across them.

詳細には、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン承りア
クリロニトリル、ポリウレタン(と(に芳香族ポリウレ
タン)、ポリ塩化ビニルとポリ酢酸ビニルとの共重合体
、ポリ塩化ビニルとポリ塩化ビニリデンとの共重合体、
ポリビニルブチラールポリビニルホルマール、ポリ酢酸
ビニル、シリコーンニジストマー、ポリビニルアルコー
ルの共重合体、セルロースエステル、ポリカーボネート
、塩化ビニルのカルボキシル化重合体ならびに有用であ
ることがわかっているこのような物質の混合物および共
重合体である。
In detail, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, acrylonitrile, polyurethane (and aromatic polyurethane), copolymers of polyvinyl chloride and polyvinyl acetate, copolymers of polyvinyl chloride and polyvinylidene chloride,
Polyvinyl butyral, polyvinyl formal, polyvinyl acetate, silicone distomers, copolymers of polyvinyl alcohol, cellulose esters, polycarbonates, carboxylated polymers of vinyl chloride and mixtures and copolymers of such materials which have proven useful. It is a combination.

イオンキャリヤとキャリヤ溶媒を含むこのような物質の
フィルムは、ふつうのフィルムコーティング法またはキ
ャスト法を用いて製造でき、そして実施例に示されてい
るように、内部参照電極またはある適当な中間層上に直
接にコーティングおよびフィルム形成スることにより、
あるいは別個に形成しかつそれに積層することによって
形成できる。
Films of such materials containing ion carriers and carrier solvents can be produced using conventional film coating or casting techniques and coated on an internal reference electrode or on some suitable intermediate layer, as shown in the examples. By coating and film forming directly on
Alternatively, it can be formed by forming them separately and laminating them.

イオン選択性膜に使用するイオンキャリヤは、一般に所
望の特定のアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオ
ン、アンモニウムイオンまたは他のイオンとそれ自体優
先的に連合または結合できる物質である。
The ion carrier used in ion-selective membranes is generally a substance that is capable of preferentially associating or binding itself with the particular alkali metal ion, alkaline earth metal ion, ammonium ion, or other ion desired.

イオンがキャリヤと連合するようになる仕方は完全には
理解されないが、一般に配位またはイオン交換による立
体的捕捉現象の錯化であると考えられる。
The manner in which ions become associated with carriers is not completely understood, but is generally thought to be complexation, steric trapping phenomena by coordination or ion exchange.

適当なイオンキャリヤーは。下により詳しく説明する。What is a suitable ion carrier? This will be explained in more detail below.

特定のイオンに対する電極の選択性はイオンキャリヤー
の化学的性質によるので、帯電しないイオンキャリヤー
として異なる化学的成分を使用すると異なるイオンに対
して特異性であるイオン選択性電極に使用するための異
なる膜が得られる。
Since the selectivity of an electrode for a particular ion depends on the chemical nature of the ion carrier, the use of different chemical components as uncharged ion carriers will result in different membranes for use in ion-selective electrodes that are specific for different ions. is obtained.

このような成分の例は多数あり、抗生物質であるとし知
られているそれらのいくつかには次のものがある: (1)バリツマイミン、カリウム選択性(ナトリウム以
上)、この発明に従って構成された膜に10−4程度の
カリウムイオン選択性と10−2程度のアンモニウムイ
オン選択性(ナトリウム以上)を付与するイオンキャリ
ヤ: (2)膜をリチウム、ルビジウム、カリウム、セシウム
またはナトリウムに対して選択性とする種種の構成の環
式ポリエーテル:および (3)パリノマイシンに類似するイオン選択性をもつ他
の物質、たとえばパリノマイシン群の他の物質、テトラ
ラクトン、マクロリドアクチン(モナクチン、ノナクチ
ン、ジナクチン、トリナクトン)、エンニナチン群(エ
ンニナチンA。
Examples of such ingredients are numerous, and some of those known to be antibiotics include: (1) Valithumimin, potassium selective (over sodium), constructed in accordance with this invention; Ion carrier that gives the membrane selectivity for potassium ions of the order of 10-4 and selectivity for ammonium ions (over sodium) of the order of 10-2: (2) Makes the membrane selective for lithium, rubidium, potassium, cesium, or sodium. and (3) other substances with ion selectivity similar to palinomycin, such as other substances of the palinomycin group, tetralactones, macrolidoactin (monactin, nonactin, dinactin, trinactin). ), enninatine group (enninatin A.

B)、シクロヘキサデプシペプチド、グラミシジン、ニ
ゲリシン、ジアネマイシン、ニスタチン、モノンシン、
アンタマニドおよびアラメチシン(環式ポリペプチド)
B), cyclohexadepsipeptide, gramicidin, nigericin, dianemycin, nystatin, mononsin,
Antamanid and alamethicin (cyclic polypeptide)
.

また、次式の物質の1種または混合物も使用できる: R2ニー(CH2)n−C0O−CH2−CH3n=1
ないし10 ■ R’ニーCH3 R2: (CH2)6−CHs ■R1=R2ニーCH2−CH2−CH3■ R’ニー
CH2−CH2−CH3 R2ニーCH2−C−(CH3)3 他の有用なイオンキャリヤーの例は第4級ボレート(こ
とにテトラフェニルホウ素)および第4級アンモニウム
塩である。
It is also possible to use one or a mixture of substances of the following formula: R2ni(CH2)n-C0O-CH2-CH3n=1
to 10 ■ R'nee CH3 R2: (CH2)6-CHs ■ R1=R2nee CH2-CH2-CH3 ■ R'nee CH2-CH2-CH3 R2nie CH2-C-(CH3)3 Other useful ion carriers Examples are quaternary borates (especially tetraphenylboron) and quaternary ammonium salts.

トリフルオロアセチル−p−アルキルベンゼンのような
化合物は米国特許第3723281号に、HCO3−に
ついて記載されている。
Compounds such as trifluoroacetyl-p-alkylbenzene are described in US Pat. No. 3,723,281 for HCO3-.

また、次の構造式の化合物は、イオノフオア−として有
用である: (ただし式中 (a)R=CH2CON(CH2CH2CH3)2これ
らの物質はAmman、D、、B1551g、Ro、G
11zzi、M、、PretSch、E、、Simon
W、、Borowitz、 1.J、、Weiss、
L、、He1v。
Compounds of the following structural formula are also useful as ionophores: (where (a) R=CH2CON(CH2CH2CH3)2
11zzi, M., PretSch, E., Simon
W., Borowitz, 1. J., Weiss,
L,, He1v.

Chim、Acta、58−1535(1975)に記
載されている。
Chim, Acta, 58-1535 (1975).

多数の他の有用な物質は前記刊行物および特許、ならび
にこの主題に関する他の文献に記載されている。
Numerous other useful materials are described in the aforementioned publications and patents, as well as other literature on this subject.

膜中のイオンキャリヤの濃度は、もちろん、使用する特
定のイオンキャリヤ、イオンが行う分析、キャリヤ溶媒
などともに変化するであろう。
The concentration of ion carriers in the membrane will, of course, vary with the particular ion carrier used, the analysis to be performed on the ions, the carrier solvent, etc.

しかしながら、一般に、膜の厚さがここで好ましいと仮
定して、膜1m2当り約0.11以下のキャリヤ濃度は
限界の、一般に望ましくない結果を生ずる。
However, in general, assuming the film thickness is preferred here, carrier concentrations below about 0.11 per square meter of film produce marginal and generally undesirable results.

約0.3〜約o、5y/m2のイオンキャリヤ濃度は好
ましい。
Ion carrier concentrations of about 0.3 to about 0.5 y/m2 are preferred.

イオンキャリヤはこれより非常に高いレベルで加えるこ
とができるが、これらの物質の多くのコストのため、こ
のようなレベルは経済的に不利である。
Ion carriers can be added at much higher levels, but the cost of many of these materials makes such levels economically disadvantageous.

キャリヤ溶媒は膜中のイオン移動度を提供する。The carrier solvent provides ion mobility within the membrane.

このような膜内のイオン移動機構は完全には理解されな
いが、キャリヤ溶媒の存在はすぐれたイオンの移送を得
るために明らかに必要である。
Although the mechanism of ion transport within such membranes is not completely understood, the presence of a carrier solvent is clearly necessary to obtain excellent ion transport.

キャリヤ溶媒は、もちろん、膜のバインダーと相溶性で
あり、キャリヤに対する溶媒でなくてはならない。
The carrier solvent must, of course, be compatible with the membrane binder and be a solvent for the carrier.

この発明の構造において、2つの他の特性が最も望まし
い。
Two other characteristics are most desirable in the structure of this invention.

1つはキャリヤ溶媒は十分に親水性であって、それに適
用する水性試料で膜を急速にぬらして、試料と膜との間
の界面を横切るイオンの移動を許すことである。
One is that the carrier solvent is sufficiently hydrophilic to rapidly wet the membrane with an aqueous sample applied to it, allowing the movement of ions across the interface between the sample and the membrane.

別法として、膜と接する試料iキャリヤとの間の接触を
改良する適当な非妨害性表面活性剤の作用により、キャ
リヤを親水性としなげればならない。
Alternatively, the carrier must be made hydrophilic by the action of a suitable non-interfering surfactant which improves the contact between the membrane and the sample i carrier.

他の高度に望ましい鞘生は、キャリヤ溶媒は水に十分に
不溶性であって、以後説明するように膜の表面と接触し
た水性試料中に有意に移動しないということである。
Another highly desirable advantage is that the carrier solvent be sufficiently insoluble in water that it will not migrate significantly into the aqueous sample in contact with the surface of the membrane, as discussed below.

一般に、水中への溶解性の上限は約4.o?/lであり
、好ましい限界は約1?/l以下に存在する。
Generally, the upper limit of solubility in water is about 4. o? /l, and the preferred limit is about 1? /l or less.

これらの限界内で、バインダーとも相溶性であるイオン
キャリヤに対する溶媒の実質的に任意のものを使用でき
る。
Within these limits, virtually any solvent for the ion carrier that is also compatible with the binder can be used.

前述のように、もちろん溶媒はバインダーの可塑剤であ
ることも好ましい。
As mentioned above, it is of course also preferred that the solvent is a plasticizer for the binder.

また、キャリヤ溶媒は実質的に非揮発性であって電極に
延長した貯蔵寿命な与えることが望ましい。
It is also desirable that the carrier solvent be substantially non-volatile to provide the electrode with an extended shelf life.

有用な溶媒のうちにはフタレート、セバケート、芳香族
および脂肪族のエーテルおよびアジペートがある。
Among the useful solvents are phthalates, sebacates, aromatic and aliphatic ethers and adipates.

以下の実施例8に示すように、特定の有用なキャリヤ溶
媒の例はブロモフェニルフェニルエーテル、3−メトキ
シフェニルフェニルエーテル、4−メトキシフェニルフ
ェニルエーテル、ジメチルフタレート、ジブチルフタレ
ート、ジオクチルフェニルホスホネート、ビス(2−エ
チルヘキシル)フタレート、オクチルジフェニルホスフ
ェート、トリトリルホスフェートおよびジブチルセバケ
ートである。
As shown in Example 8 below, examples of specific useful carrier solvents include bromophenyl phenyl ether, 3-methoxyphenylphenyl ether, 4-methoxyphenylphenyl ether, dimethyl phthalate, dibutyl phthalate, dioctyl phenyl phosphonate, bis( 2-ethylhexyl) phthalate, octyl diphenyl phosphate, tritolyl phosphate and dibutyl sebacate.

このクラス内でとくに好ましいものは、イオンキャリヤ
としてパリノマイシンを使用するカリウム電極に対スル
ブロモフェニルフェニルエーテルである。
Particularly preferred within this class is sulbromo phenyl phenyl ether for potassium electrodes using palinomycin as the ion carrier.

多数の他の有用な溶媒は前記参考書に詳述されており、
これらの参考書はイオン選択性膜の製造について記載し
ており、ここに記載する型の電極の組み立てを許すこれ
らの膜の任意のものをこの発明の実施において有効に使
用できる。
Numerous other useful solvents are detailed in the reference books cited above;
These references describe the manufacture of ion-selective membranes, and any of these membranes that permit construction of electrodes of the type described herein can be effectively used in the practice of this invention.

膜中のキャリヤ溶媒の濃度も一定の膜の成分とともに大
きく変化するであろうが、約1:l〜約5:2のキャリ
ヤ溶媒対バインダーの重量比は有用な膜を提供する。
Although the concentration of carrier solvent in the film will also vary widely with a given film component, a carrier solvent to binder weight ratio of about 1:1 to about 5:2 provides useful films.

膜の厚さは下に多少より詳しく説明するように電極の応
答に影響をおよぼすであろう。
The thickness of the membrane will affect the response of the electrode, as explained in more or less detail below.

この層の厚さは約0.125mm以下、好ましくは約0
.025mm以下に維持することが好ましい。
The thickness of this layer is less than or equal to about 0.125 mm, preferably about 0.
.. It is preferable to maintain it at 0.025 mm or less.

より詳しく後述するように、イオン選択性膜の厚さの均
一性はここに記載する型の電極の最適利用において重要
な役割を演する。
As discussed in more detail below, the uniformity of the thickness of the ion-selective membrane plays an important role in the optimal utilization of electrodes of the type described herein.

したがって、貯蔵可能性と応答時間の短かいことにおい
て最大の利益を得ようとする場合、イオン選択性膜は上
に規定したように比較的均一であるべきである。
Therefore, if maximum benefit is to be obtained in storability and short response times, the ion-selective membrane should be relatively uniform as defined above.

支持体 好ましい態様に従うと、この発明のイオン選択性電極は
支持体を含み、この支持体は直接にまたはある介在する
接着改良層により以後詳述する電極の他の必要な部分を
支持できる任意の材料からなることができる。
Support According to a preferred embodiment, the ion-selective electrode of the present invention comprises a support which can support any other necessary parts of the electrode as hereinafter detailed, either directly or by some intervening adhesion improving layer. It can be made of materials.

したがって、支持体はセラミックス木材、ガラス、金属
、紙、または注形、押出しもしくは成形したプラスチッ
クもしくは重合体物質などからなることができる。
Thus, the support may consist of ceramic wood, glass, metal, paper, or cast, extruded or molded plastic or polymeric materials, and the like.

支持体はその上に横たわる電極の成分を支持でき、不活
性であり、すなわち、たとえばコントロールされない方
法で上に横たわる物質の1つと反応することにより観測
される指示ポテンシャルを妨害しないかぎり、支持体の
組成は重要ではない。
The support is capable of supporting the components of the electrode overlying it and is inert, i.e., unless it interferes with the observed indicating potential, for example by reacting with one of the overlying substances in an uncontrolled manner. Composition is not important.

多孔質物質、たとえば木材、紙またはセラミックスの場
合において、上に横たわる電極成分を適用する前に孔を
密封することが望ましいことがある。
In the case of porous materials, such as wood, paper or ceramics, it may be desirable to seal the pores before applying the overlying electrode component.

このようなシーリングを形成する手段はよく知られてお
り、さらに説明することはここでは不必要である。
The means of creating such a seal are well known and need no further explanation here.

電気絶縁支持体は好ましいが、後述するように、多目的
に役立つ金属の伝導性支持体は等しく有用であり、事実
電極の構造を簡素化しうる。
Although electrically insulating supports are preferred, as discussed below, versatile metallic conductive supports are equally useful and may in fact simplify the construction of the electrode.

この発明の高度に好ましい態様によれば、支持体は絶縁
性重合体物質のシートまたはフィルムからなる。
According to a highly preferred embodiment of the invention, the support consists of a sheet or film of insulating polymeric material.

種々のフィルム形成重合体物質、たとえハセルロースア
セテート、ポリ(エチレンテレフタレート)、ポリカー
ボネート、ポリスチレンなとはこの目的によく適する。
Various film-forming polymeric materials are well suited for this purpose, such as hacellulose acetate, poly(ethylene terephthalate), polycarbonate, and polystyrene.

重合体の支持体は任意の適当な厚さ、典型的には約0.
05〜約0.5mmであることができる。
The polymeric support may be of any suitable thickness, typically about 0.5 mm.
0.5 mm to about 0.5 mm.

同様に他の前述の物質の薄い層または表面も使用できる
Thin layers or surfaces of other aforementioned materials can be used as well.

このような層の形成法は技術分野でよく知られている。Methods for forming such layers are well known in the art.

ある場合において、分離した明確な支持体を形成する必
要はない。
In some cases, it is not necessary to form a separate, distinct support.

このような場合は電極の1または2以上の層が十分な機
械的強さを発揮して電極の残りの部分を支持するときに
起こる。
Such cases occur when one or more layers of the electrode exhibit sufficient mechanical strength to support the rest of the electrode.

たとえば、金属/不活性金属塩電極を内部参照電極とし
て使用するとき、金属層は自己支持性フォイルの形であ
ることができる。
For example, when using a metal/inert metal salt electrode as the internal reference electrode, the metal layer can be in the form of a self-supporting foil.

この金属フォイルは支持体、内部参照電極の一体部分な
らびに電極の接点として作用する。
This metal foil acts as a support, an integral part of the internal reference electrode as well as a contact point for the electrode.

電極の製造 先行技術のソリッド・ステート電極は、出発材料として
導線を使用し、この導線を連続的に一般的に個々の仕上
げ電極層の成分の高度に粘性な溶液に浸漬して球根状多
層「ソリッド・ステート」電極を構成することによって
、普通に衷情されている。
Manufacturing of ElectrodesPrior art solid-state electrodes use a conductive wire as the starting material, and this conductor is successively immersed in a highly viscous solution of the components of the individual finishing electrode layers to form a bulbous multilayer. This is commonly achieved by constructing "solid-state" electrodes.

たとえば、米国特許第3856649号参照。See, eg, US Pat. No. 3,856,649.

あるいは、米国特許第3649506号に示されている
ように、イオン選択性ガラスの個々の層は導電性針金の
先端に適用される。
Alternatively, individual layers of ion-selective glass are applied to the tip of a conductive wire, as shown in US Pat. No. 3,649,506.

これらの場合のいずれにおいても、生じたイオン選択性
膜は、イオン活動度を測定すべき水溶液と接触させよう
とする領域が比較的不均一な厚さである。
In both of these cases, the resulting ion-selective membrane has a relatively non-uniform thickness in the area that is to be brought into contact with the aqueous solution whose ion activity is to be measured.

米国特許第3856649号(第2欄第1〜3行)には
、同様な多層ソリッド・ステート電極は非導電性支持体
の金属化フィルムまたは金属フォイル上のようにシート
またはウェブの形状で製造できるであろうという示唆が
存在するが、このような電極の証明は存在せず、ここに
記載する均一層構造の注意して製造した電極の独特かつ
新規な貯蔵および使用特性についての認識が確かに存在
しない。
U.S. Pat. No. 3,856,649 (column 2, lines 1-3) teaches that similar multilayer solid-state electrodes can be fabricated in sheet or web form, such as on a metallized film or metal foil on a non-conductive support. Although there are suggestions that such electrodes may not exist.

針金電極の構造はこの発明の範囲にはいる。The structure of the wire electrode falls within the scope of this invention.

しかしながら、このような電極を製造するとき、後述す
る新規な測定法において望ましくない結果を与えるかも
しれない層の厚さの不一致などを(ここに記載する許容
範囲内に)減少するように注意を払わなければならない
However, when manufacturing such electrodes, care should be taken to reduce (within the tolerances described here) such as layer thickness discrepancies, which may give undesirable results in the novel measurement method described below. have to pay.

この発明の電極は、ふつうの方法で種々の個々の層を頂
次コーティング、積層または他の方法で適用することに
よって製造する。
The electrodes of the invention are manufactured by top coating, laminating or otherwise applying the various individual layers in a conventional manner.

したがって、金属/不溶性金属塩参照要素電極を製造す
る典型的な方法は、不溶性金属塩の層を非導電性支持体
または金属フォイル上のコーティングの形の適合性導電
性金属の層に化学的に変えるかまたは他の方法で該層へ
適用し、この金属塩層を電解質溶液の層でオーバーコー
テイングし、このように適用した層を乾燥させて溶媒を
除去しく上の「乾燥させた」の定義参照)、そして引き
続いてイオン選択性膜の成分の溶液をオーバーコーテイ
ングし、乾燥させて完全な電極を形成することからなる
Therefore, a typical method of manufacturing a metal/insoluble metal salt reference element electrode is to chemically apply a layer of an insoluble metal salt to a layer of a compatible conductive metal in the form of a coating on a non-conductive support or metal foil. the metal salt layer is overcoated with a layer of electrolyte solution, and the layer so applied is dried to remove the solvent. ) and subsequent overcoating with a solution of the components of the ion-selective membrane and drying to form the complete electrode.

別法として、層間の緊密な接触が達成されかつ維持され
、そしてイオン選択性膜の厚さの均一性が得られるかぎ
り、各層は積層できる。
Alternatively, the layers can be laminated as long as intimate contact between the layers is achieved and maintained and uniformity of the thickness of the ion-selective membrane is obtained.

任意の特定のイオン選択性電極の製造において内部参照
電極に適用しなければならない特定の乾燥条件は、電極
の層の組成、使用する特定のバインダー、層を形成する
のに使用する溶媒または分散媒体に依存して大きく変化
することはもちろんであり、そしてこれらを熟練者は容
易に決定できるであろう。
The particular drying conditions that must be applied to the internal reference electrode in the manufacture of any particular ion-selective electrode depend on the composition of the electrode's layers, the particular binder used, and the solvent or dispersion medium used to form the layer. Of course, these will vary greatly depending on, and these will be readily determined by the skilled person.

典型的な条件は後述の実施例においてそこに記載する組
成物の層について説明されている。
Typical conditions are described in the Examples below for layers of the compositions described therein.

種々の電極層のコーティングは、ここに記載する電極の
独特に簡単なしかも効率よい製送法を提供する。
The various electrode layer coatings provide a uniquely simple and efficient method of fabricating the electrodes described herein.

よく知られた技術を用い、高度に正確な層の組成、乾燥
度および層の厚さ、これらはここに記載する電極を効果
的に製造するためにきわめて重要であるが、これらを提
供する非常に注意してコントロールされた条件の下で種
々の層を析出できる。
Using well-known techniques to provide highly accurate layer composition, dryness and layer thickness, which are critical to the effective fabrication of the electrodes described here, Various layers can be deposited under carefully controlled conditions.

電極が柔軟な支持体上に製造される場合、平らなまたは
実質的に平らな形状で通常行うコーティングによりいっ
たん製造されると、電極は切断、曲けなどによりほとん
ど任意の形状にすることができ、これによりイオン選択
性膜を試験溶液と接触できる。
If the electrode is manufactured on a flexible support, once manufactured by coating, which is usually done in a flat or substantially flat shape, the electrode can be cut, bent, etc. into almost any shape. , which allows the ion-selective membrane to be contacted with the test solution.

後述するように、電極を使用する好ましい技術は、試験
溶液の滴(約50μlより少量)をイオン選択性膜に適
用することによる実質的に平らな形状である。
As discussed below, a preferred technique for using the electrode is in a substantially flat configuration by applying a drop (less than about 50 μl) of the test solution to the ion-selective membrane.

使用において、液体の電位差測定分析は2つの前述の電
極を第4図に描いた型のフレームに間隔を置いた関係で
設置することによって実施できる。
In use, potentiometric analysis of liquids can be carried out by placing the two previously described electrodes in spaced relationship in a frame of the type depicted in FIG.

図示されているように、フレーム20は平たん部材22
の形であり、これは自動処理装置とともに使用するとき
積み重ねと貯蔵が容易となる。
As shown, the frame 20 includes a flat member 22
shape, which facilitates stacking and storage when used with automated processing equipment.

2つの長方形の空どうは平たん鵬第22の底表面23内
に形成されていて、破線で示す2つの同様に成形された
電極24,26を間隔を置いた関係で収容しかつ支持す
る。
Two rectangular cavities are formed in the bottom surface 23 of the flat bottom 22 to house and support in spaced relationship two similarly shaped electrodes 24, 26, shown in dashed lines.

電極24,26は構造が同じであり、第1図または第2
図のいずれかに示す型である。
The electrodes 24 and 26 have the same structure and are similar to those shown in FIG. 1 or 2.
It is of the type shown in either of the figures.

第1図において1は支持体、2は金属、3は不溶性金属
塩、4は参照電解質そして5はイオン選択性膜を示し、
一方第2図において11は支持体、12は導電性層、1
3はレドックスカップル層そして15はイオン選択性膜
を示す。
In FIG. 1, 1 is a support, 2 is a metal, 3 is an insoluble metal salt, 4 is a reference electrolyte, and 5 is an ion-selective membrane.
On the other hand, in FIG. 2, 11 is a support, 12 is a conductive layer, 1
3 indicates a redox couple layer and 15 indicates an ion-selective membrane.

フレームは非導電性材料、好ましくはプラスチックで製
作されていて電極をお互いに電気的に隔離する。
The frame is made of a non-conductive material, preferably plastic, to electrically isolate the electrodes from each other.

平たん部材22の上表面30に、孔32および34が形
成されていて電気メーター40のリード線36および3
8をそれぞれ電極24および26の導電層に電気的に接
触させることができる。
Holes 32 and 34 are formed in the upper surface 30 of the flat member 22 to accommodate leads 36 and 3 of the electric meter 40.
8 can be in electrical contact with the conductive layers of electrodes 24 and 26, respectively.

電気メーターのリード線36および38と電極24およ
び26の導電層または金属層との間の電気的接触を促進
するため、電極の上層(すなわち、第1図の態様におい
てイオン選択性膜、参照電解質および不溶性金属塩、あ
るいは第2図の態様においてイオン選択性膜およびレド
ックスカップル層)は孔32および34付近において電
極構造中に存在しないことが望ましい。
To facilitate electrical contact between the electricity meter leads 36 and 38 and the conductive or metallic layers of the electrodes 24 and 26, the upper layer of the electrode (i.e., the ion-selective membrane, reference electrolyte in the embodiment of FIG. and insoluble metal salts, or ion-selective membranes and redox couple layers in the embodiment of FIG. 2) are preferably not present in the electrode structure near holes 32 and 34.

また、部材22の上表面30中には、円形の孔Aおよび
Bが形成されており、それらは各電極の真上に存在し、
イオン選択性膜と連絡する。
Additionally, circular holes A and B are formed in the upper surface 30 of the member 22, which are located directly above each electrode;
Communicating with an ion-selective membrane.

これらの孔を通して参照液体と試験液体の単一の滴を電
極と接触させる。
Single drops of reference and test liquids are brought into contact with the electrodes through these holes.

表面30を横切る滴の拡大を防ぐため、孔AおよびBを
広げて境界のヘリで傾斜表向をつくる。
To prevent droplet expansion across surface 30, holes A and B are widened to create a sloped surface at the edge of the boundary.

電位差測定において要求されるような、孔AおよびB上
に位置した液状温間のイオンの動きを可能とするため、
「ブリッジ」を孔AおよびBの間に形成する。
To enable the movement of ions between the liquid warms located on holes A and B, as required in potentiometric measurements,
A "bridge" is formed between holes A and B.

このようなブリッジは孔AおよびBの間の表面30に形
成されたみぞ42の形である。
Such a bridge is in the form of a groove 42 formed in the surface 30 between holes A and B.

好ましくは、みぞ42はイオンの移動を促進することが
できる表面活性剤でコーティングする。
Preferably, grooves 42 are coated with a surfactant capable of promoting ion migration.

フレームのグラスチックが疎水性であるとき、適当な表
面活性剤の例は「トリトンX−100J、ローム・アン
ド・バース社製のオクチルフェノキシポリエトキシエタ
ノール、または[オリン(OLin)10GJ、オリン
ーマチーソン(01in−Mathieson)社製の
ノニルフェノキシエタノールである。
When the frame glass is hydrophobic, examples of suitable surfactants are Triton Nonylphenoxyethanol manufactured by 01in-Mathieson.

次いで、滴は毛管作用のため一緒に流れて接合部をつく
るであろう。
The drops will then flow together to create a junction due to capillary action.

別法として、みぞ42をイオン多孔性物質でコーティン
グできる。
Alternatively, grooves 42 can be coated with an ionic porous material.

このイオン多孔性物質は、たとえば、バインダー、増粘
剤とポリカーボネートまたはポリアミドのような物質か
らなり、この物質はアトマイズドシリカまたはガラス粉
末と混合されている。
The ionic porous material consists of, for example, a binder, a thickener and a material such as polycarbonate or polyamide, which material is mixed with atomized silica or glass powder.

さて、第5図の断面図について説明すると、参照液体の
滴50と試験液体の滴51はそれぞれ孔AおよびB上に
刺着させ、滴は電極24,260イオン選択性膜上を広
がる傾向がある。
Referring now to the cross-sectional view of FIG. 5, a drop of reference liquid 50 and a drop of test liquid 51 are deposited on holes A and B, respectively, and the drops tend to spread over electrodes 24, 260 and the ion-selective membrane. be.

削減しないと、これらの滴からの液体は電極のヘリから
流れ下り、これにより種々の層を短絡する。
If not reduced, liquid from these droplets will flow down the edges of the electrodes, thereby shorting out the various layers.

これは誤まった電気メーターの読みを生成するであろう
This would produce erroneous electricity meter readings.

このような流れを削減するため、エンドレス環状みぞ5
2を平たん部材22の下表面23に形成し、このような
環状みぞは孔AおよびBを取り囲み、電極収容空どう内
に位置する。
To reduce this flow, endless annular grooves 5
2 is formed in the lower surface 23 of the flat member 22, such an annular groove surrounding the holes A and B and located within the electrode receiving cavity.

みその内側レース58により形成されたプラットフォー
ム56は電気表面から多少(たとえば0.25mmの距
離)引っ込んでいる。
The platform 56 formed by the inner race 58 is somewhat recessed from the electrical surface (eg, a distance of 0.25 mm).

この構造の効果はプラットフォーム56と電極のイオン
選択性表面との間にメニスカスを生成することであり、
このようなメニスカスは液体が表面張力効果のため電極
のヘリへ向かつてさらに流れるのを防ぐ作用をする。
The effect of this structure is to create a meniscus between the platform 56 and the ion-selective surface of the electrode;
Such a meniscus acts to prevent the liquid from flowing further toward the edge of the electrode due to surface tension effects.

流れを凸面にする効果的な拘束を与えるため、環状みぞ
は少なくとも0.025cmの最小幅をもつこと、そし
て内側レースのヘリ59は鋭く形成することが好ましい
Preferably, the annular groove has a minimum width of at least 0.025 cm and the edges 59 of the inner race are sharp to provide effective convex flow constraint.

別法として、環状みぞを接着剤の環状ストリップと置き
換えることができる。
Alternatively, the annular groove can be replaced with an annular strip of adhesive.

約10マイクロリツトルの滴体積に対してプラットフォ
ーム56の典型的表面積は、孔AおよびBの直径約2.
0mmと環状みぞの内径約5.0mmで典型的には規定
されるように、はぼ20平方ミリメートルである。
For a droplet volume of about 10 microliters, the typical surface area of platform 56 is approximately 2.5 mm in diameter for holes A and B.
0 mm and the internal diameter of the annular groove is typically about 5.0 mm, which is approximately 20 square millimeters.

塗料、可塑剤などのような他の添加剤は、電極の層また
は成分の機能を妨害しないかぎり、必要に応じて層に加
えることができる。
Other additives such as paints, plasticizers, etc. can be added to the layer as desired, provided they do not interfere with the function of the layer or components of the electrode.

後述する疎水性膜の層は一般に親水性参照電極上に直接
コーティングするので、ここに言臓する電極のある態様
では、これらの2層間の接着の問題が時々起こることが
完全には予測されないことはない。
Because the hydrophobic membrane layer described below is generally coated directly onto the hydrophilic reference electrode, it is not entirely anticipated that adhesion problems between these two layers will sometimes occur with certain embodiments of the electrodes discussed herein. There isn't.

このような場合において、参照電極と疎水性膜との間に
薄い接着改良層または下塗り層を加えることは有用であ
ろう。
In such cases, it may be useful to add a thin adhesion improving layer or subbing layer between the reference electrode and the hydrophobic membrane.

このような層は膜と内部参照電極との間の伝導性接触を
妨害しないこと、そして参照電極に確立された固定ボテ
、ツヤルを妨害しうる物質が導入されないことを確保す
るように注意をもちろんしなければならない。
Care must, of course, be taken to ensure that such a layer does not interfere with the conductive contact between the membrane and the internal reference electrode and that no substances are introduced that could interfere with the fixation established on the reference electrode. Must.

電解質層は、電極が乾式操作可能である場合、上に横た
わるイオン選択性膜を施こする前に、乾燥させることが
重要である。
It is important that the electrolyte layer is dried before applying the overlying ion-selective membrane if the electrode is dry operable.

疎水性イオン選択性膜を、先行技術が示唆するようにま
だ湿っているかまたは完全に水和している参照電極子に
施こすと、電極を周囲条件で貯蔵するとき、参照電極中
に存在する水は電極から移動して出るであろう。
When a hydrophobic ion-selective membrane is applied to a reference electrode element that is still wet or fully hydrated as suggested by the prior art, the ion-selective membrane present in the reference electrode when the electrode is stored at ambient conditions Water will migrate out of the electrode.

電解質層は親水性すなわち水膨潤性であるので、それか
らの蒸発のさい電解質層は明らかに収縮するが、これに
対してオーバーコーテイングした疎水性層は実質的に収
縮しない。
Since the electrolyte layer is hydrophilic, i.e. water-swellable, upon evaporation therefrom, the electrolyte layer clearly shrinks, whereas the overcoated hydrophobic layer does not shrink substantially.

したがって、参照電極と疎水性膜との間にすき間または
空げき(すなわち、網状しわ)が生ずる可能性があり、
これらは参照電極と疎水性膜とを電解的接地から部分的
に排除し、次いで親水性電解質溶液は再水和され、もう
1度膨潤して内部参照電極と膜とは再び接触する。
Therefore, gaps or voids (i.e., reticular wrinkles) may occur between the reference electrode and the hydrophobic membrane;
These partially exclude the reference electrode and the hydrophobic membrane from electrolytic ground, and the hydrophilic electrolyte solution then rehydrates and swells once more to bring the internal reference electrode and membrane into contact again.

この現象は米国特許第3856649号における要件に
導びく。
This phenomenon leads to the requirements in US Pat. No. 3,856,649.

この要件は膜を電解質層がまだ水和されている間にその
上にコーティングするということである。
This requirement is that the membrane be coated onto the electrolyte layer while it is still hydrated.

この米国特許は疎水性膜を「乾いた」親水性参照電極に
適用し、引き続いて使用のため水和すると、膜がふくれ
ることまたは裂けることを明らかにしている。
This US patent reveals that when a hydrophobic membrane is applied to a "dry" hydrophilic reference electrode and subsequently hydrated for use, the membrane blisters or tears.

レドックス参照要素を用いる電極は、金属/不溶性金属
塩参照電極について前述したものに類似する技術を用い
て製造する。
Electrodes using redox reference elements are manufactured using techniques similar to those described above for metal/insoluble metal salt reference electrodes.

すなわち、金属の針金またはフォイル、あるいは粒状の
導体、たとえば炭素の分散物であることができる不活性
導電層を、レドックス種含有層の溶液または分散液でコ
ーティングし、この後者の層を乾燥させ、前述のように
これにイオン選択性膜を施こす。
That is, coating an inert conductive layer, which can be a metal wire or foil, or a dispersion of particulate conductors, e.g. carbon, with a solution or dispersion of a layer containing redox species, drying this latter layer, This is coated with an ion-selective membrane as described above.

別法として、不活性導体とレドックス種の両方をマトリ
ックスまたはバインダーの組成物に混入し、そして単一
層をコーティングして所望の参照要素を形成する。
Alternatively, both the inert conductor and the redox species are incorporated into the matrix or binder composition and coated in a single layer to form the desired reference element.

もちろん、個々の層を導電接触関係において積層して、
同様に有用な構造物を形成できる。
Of course, the individual layers may be laminated in conductive contact relationship.
Similarly useful structures can be formed.

使用 膜電極のイオン選択性は、次に概略的に示した電池の配
置において溶液1と溶液2(両方とも通常水溶液)の間
の電気的ポテンシャルの定常状態水溶液)の間の電気的
ポテンシャルの定常状態の差を測定することによって観
測できる: 参照電極l/溶液l//膜// 溶液2/参照電極2 溶液2(一般に未知濃度の溶液)のイオン活動度を決定
するのに要する計算は、よ(知られたNernstの等
式から導ひかれ、前記のPungor編の参考書中の論
文、SimonおよびMorf、”Cation 5e
lectivity of Liquid Membr
ane、 Electrodes Ba5ed upo
n New Organic Ligands”に詳細
に論じられている。
The ion selectivity of the membrane electrode used is determined by the steady state of the electrical potential between solution 1 and solution 2 (both usually aqueous solutions) in the cell arrangement shown schematically below. It can be observed by measuring the difference in states: Reference electrode l/solution l//membrane// solution 2/reference electrode 2 The calculations required to determine the ionic activity of solution 2 (generally a solution of unknown concentration) are: (Derived from the known Nernst equation, cited in the above-mentioned reference book edited by Pungor, Simon and Morf, “Cation 5e.
Lectivity of Liquid Member
ane, Electrodes Ba5ed upo
n New Organic Ligands”.

ここに記載する電極は、第2参照電極、ポテンシャル指
示装置および連結配線以外は電位差測定の定量を行なう
のに必要な実質的にすべての成分がその構造中に組み込
まれてびるので、使用のさいユーザーは試料をイオン選
択性膜に接触させる準備をすることが単に必要なだけで
あり、ここで好ましくは少量の分析すべき試料(く50
μl程度)をイオン選択性膜に塗布し、適当なリード線
を接続する。
The electrode described herein has substantially all components necessary to perform potentiometric quantifications other than a second reference electrode, a potential indicator, and connecting wires incorporated into its structure, making it easy to use. The user merely needs to prepare the sample for contacting the ion-selective membrane, where preferably a small amount of the sample to be analyzed (50
(approximately μl) is applied to the ion-selective membrane, and an appropriate lead wire is connected.

コントロールされた量の試料を電極の適当な位置に施こ
す自動化されたディスペンサーは知られており、任意の
このようなディスペンサー、または注意を払った手によ
るディスペンシングを用いて試料を電極に接触させるこ
とができる。
Automated dispensers for applying controlled amounts of sample to the appropriate locations on the electrode are known, and any such dispenser or careful manual dispensing can be used to contact the sample with the electrode. be able to.

詳しくは、米国特許第3572400号に開示された型
のデイペンサーは少量(すなわち、滴〕をこの発明の電
極の表面に施こすのに適合する。
In particular, a dispenser of the type disclosed in US Pat. No. 3,572,400 is adapted to dispense small amounts (i.e., drops) onto the surface of the electrodes of this invention.

他の適当なディスベンザ−はドイツ国特許公開第255
9090号に記載されている。
Other suitable dispensers include German Patent Application No. 255
No. 9090.

別法として、針金、シリンダー、ロッドなと、すなわち
スポットできる平たんな表面以外の表面からなる構造物
を電極に使用するとき、電極は実際には分析する溶液中
に沈めるかまたはその表面に接触させることができる。
Alternatively, when the electrode is a structure consisting of a wire, cylinder, rod, etc., i.e. a surface other than a flat surface capable of spotting, the electrode is actually submerged in or in contact with the surface of the solution to be analyzed. can be done.

この発明の一体電極と組み合わせて使用する飽和カロメ
ル電極のような第2参照電極もよく知られている。
Second reference electrodes, such as saturated calomel electrodes, for use in combination with the integral electrode of this invention are also well known.

このような電極のほかに、内部参照電極としてここに記
載されている型の参照要素も第2または外部参照電極と
して使用できる。
In addition to such electrodes, reference elements of the type described herein as internal reference electrodes can also be used as second or external reference electrodes.

同様に、この発明のイオン選択性電極中に発生したポテ
ンシャルを読むことができる電位差計はよく知られてお
り、後述するように適切に接続すると、ポテンシャルの
感覚上の指示を与えることができ、この指示から未知溶
液中のイオン活動度を計算できる。
Similarly, potentiometers that can read the potential developed in the ion-selective electrodes of this invention are well known and, when properly connected as described below, can give a sensory indication of the potential. From this instruction, the ion activity in the unknown solution can be calculated.

電位差測定装置に計算能力を組み込むことにより、溶液
中0持定のイオン濃度をイオン活動度の関数として直接
読むことができることはもちろんである。
Of course, by incorporating computing power into the potentiometer, the zero-hold ion concentration in solution can be directly read as a function of ion activity.

ここに何回も述べたように、この発明の電極が高度に予
期されない性質を示すのはその使用においてである。
As stated many times herein, it is in its use that the electrode of the present invention exhibits highly unexpected properties.

すなわち、多くの先行技術の電極は使用前に予備調整、
湿式貯蔵または平衡化を要するが、この発明の電極は、
明らかなようにその乾燥させた内部参照電極およびその
イオン選択性膜の予め決めた均一な厚さのため、従来の
予備調整、湿式貯蔵または平衡化を必要としないで使用
できる。
That is, many prior art electrodes are preconditioned before use;
Although requiring wet storage or equilibration, the electrodes of this invention
Apparently, because of the predetermined uniform thickness of the dried internal reference electrode and the ion-selective membrane, it can be used without the need for conventional preconditioning, wet storage or equilibration.

さて、この発明によれば、ここに記載した型の電極は実
験室の環境において通常直面する周囲条件(最も一般的
にはRH約65%以下)のもとで貯蔵し、引き続いて再
現性ある既知の条件下で前述の水性イオン含有液体の試
料をスポットするか他の方法でこの試料と接触させると
、この電極が示すポテンシャルの再現性ある図形は第3
図に示すようなポテンシャル対時間の図形を規定するこ
とが発見された。
Now, in accordance with the present invention, electrodes of the type described herein can be stored under ambient conditions normally encountered in a laboratory environment (most commonly below about 65% RH) and subsequently When spotted or otherwise contacted with a sample of the aqueous ion-containing liquid described above under known conditions, the reproducible pattern of the potential exhibited by this electrode is
It was discovered that it defines a potential versus time diagram as shown in fig.

この曲がった形で表わされる現象は、以後定義する「ド
リフト」である。
This phenomenon represented by a curved shape is "drift", which will be defined hereinafter.

任意の特定の電極が生成する曲線Q形はその組成と形状
によって決定される。
The curve Q shape produced by any particular electrode is determined by its composition and shape.

前述のように、ドリフト、とくにここに記載する電極に
おけるドリフトは、電極の水の浸透速度を調整するイオ
ン逆折性膜の厚さと組成に主として関係すると理論1け
られる。
As mentioned above, it is theorized that drift, particularly in the electrodes described herein, is primarily related to the thickness and composition of the ion refraction membrane, which adjusts the rate of water permeation of the electrode.

したがって、組成と形状(たとえば、電極の厚さのよう
な物理的寸法)は、任意の電極または電極の組によって
規定される図形において非常に有意な役割を演する。
Therefore, composition and shape (eg, physical dimensions such as electrode thickness) play a very significant role in the shape defined by any electrode or set of electrodes.

このような厚さを変えて得られた特定結果を実施例47
に示す。
Example 47 shows the specific results obtained by changing the thickness.
Shown below.

したがって、一連の使い捨て1回使用の電極を使用して
精確な測定を行う場合、イオン選択性膜の厚さと組成を
注意してコントロールし、電極ごとにある予め決めた均
一な厚さにかつ試験試料と接触させようとする単一電極
の領域内に維持することが重要であることが明らかであ
ろう。
Therefore, when making precise measurements using a series of disposable, single-use electrodes, the thickness and composition of the ion-selective membrane must be carefully controlled to ensure that each electrode has a predetermined uniform thickness and It will be clear that it is important to maintain within the area of a single electrode that is intended to be in contact with the sample.

このような予定ノコントロールされた厚さの均一性に欠
けるとここに説明したように検量できない不規則なまた
はでたらめなドリフトが示されるであろう。
A lack of such scheduled and controlled thickness uniformity will exhibit irregular or random drift that cannot be calibrated as described herein.

このようなドリフトは、不可能でないにしても、一連の
電極を目盛定めすることを困難とするであろうなぜなら
、電極ごとの膜厚さの変動はイオン活動度または濃度に
意味をもたない方法で関係づける異なる形状の検量線を
生ずるからである。
Such drift would make it difficult, if not impossible, to calibrate a series of electrodes, since variations in film thickness from electrode to electrode have no significance on ion activity or concentration. This is because the method produces calibration curves of different shapes that are related.

第3図を研究すると、ある適焔な間隔後、一般に約10
分後、ここに記載した型の電極の形状において、種々の
電極が示すポテンシャルは安定化しはじめ(すなわち、
傾斜が一定となり)、このようにして電極内の平衡の初
期段階の到達が示される。
Studying Figure 3 shows that after some moderate interval, generally about 10
After a few minutes, the potential exhibited by the various electrodes begins to stabilize (i.e.,
(the slope becomes constant), thus indicating that an initial stage of equilibrium within the electrode has been reached.

湿式貯蔵後または予備調整後、先行技術の電極を用いて
ポテンシャルの測定を行い、この測定値からNerns
tの等式を用いてイオン濃度を計算したのは、電位差測
定曲線のこの安定化部分の極限にある。
After wet storage or preconditioning, measurements of the potential are carried out using prior art electrodes and from this measurement the Nerns
It is at the limit of this stabilizing portion of the potentiometric curve that the ion concentration was calculated using the t equation.

この発明の電極を周囲条件下で貯蔵後使用すると、ドリ
フトは実際に計算できること。
When the electrodes of this invention are used after storage under ambient conditions, the drift can actually be calculated.

そして「目盛定めしたドリフト」を用いて、電極の表面
を試験水溶液とほとんど接触直後にイオン濃度を再現性
をもってかつ正確に定量できることをわれわれは発見し
た。
We have now discovered that, using ``calibrated drift,'' ion concentrations can be reproducibly and precisely quantified almost immediately after contact of the electrode surface with a test aqueous solution.

このような結果は、ふつうの実験室のガラス器具類や装
置についてなすような汚れの防止以外、使用前に電極の
なんらの特別な貯蔵処置に従わないで、達成される。
Such results are achieved without following any special storage procedures for the electrodes before use other than to prevent contamination as is done with common laboratory glassware and equipment.

トラフの深さと幅は使用の周囲条件(主として湿度)と
種々の層(主に疎水性膜)の厚さに依存して多少変化す
るであろう。
The depth and width of the trough will vary somewhat depending on the ambient conditions of use (mainly humidity) and the thickness of the various layers (mainly hydrophobic membranes).

しかしながら、これらの変更は、未知試料のイオン濃度
と同時に同一電極に適用した既知イオン濃度の同様な試
料(すなわち、目盛定め物質または標準)のイオン濃度
を比較する示査測定によって、または一定の周囲条件の
組に対する電極についての検量線を初めに導びき出し、
次いで個々の測定の条件をこのような検量線に関係づけ
ることによって、容易に補正される。
However, these changes can be made by means of index measurements that compare the ion concentration of an unknown sample with the ion concentration of a similar sample of known ion concentration (i.e., a calibration material or standard) applied to the same electrode at the same time, or at a constant ambient temperature. First derive a calibration curve for the electrodes for a set of conditions,
The conditions of the individual measurements are then easily corrected by relating them to such a calibration curve.

後記の実施例に記載するように、米国特許第38566
49号に記載されるように製造した電極を「乾いた」状
態、すなわち約65%以下の相対湿度で貯蔵し、ちょう
ど説明したように使用したとき、多少類似するドリフト
が観測された。
No. 38,566, as described in the Examples below.
A somewhat similar drift was observed when electrodes prepared as described in No. 49 were stored in "dry" conditions, ie, at relative humidity below about 65%, and used as just described.

しかしながら、これらの場合において、ドリフトは不規
則カリでたらめであり、電極ごとに実質的に変化し、一
般に「検量線を作成できない」結果を与えた。
However, in these cases, the drift was random and varied substantially from electrode to electrode, generally giving ``no calibration curve'' results.

この理由はほとんどこのような電極の層の厚さの不均一
性および参照電極を水和または平衡化させたのち内部参
照電極と疎水性膜との間の真のかつ均一な接触を生じさ
せることの必要性にあると思われる。
The reason for this is mostly due to the non-uniformity of the layer thickness of such electrodes and the fact that after hydrating or equilibrating the reference electrode a true and uniform contact between the internal reference electrode and the hydrophobic membrane occurs. This seems to be due to the necessity of

きわめて明らかなように、浸漬技術を用いて予め定めた
均一な厚さの層をもつ電極を製造することは困難である
が、このような電極は高度にコントロールされた粘度の
コーティング溶液を用い、不均一な厚さの球根構造の形
成を防ぐように浸漬した加工物を回転することによって
製造できると考えられる。
Quite obviously, it is difficult to produce electrodes with a predetermined and uniform layer thickness using dipping techniques, but such electrodes can be manufactured using coating solutions of highly controlled viscosity. It is believed that it can be produced by rotating the immersed workpiece in a manner that prevents the formation of bulbous structures of non-uniform thickness.

このような技術を用いることは困難であるので、この発
明においては電極を平面の形態で作ることが好ましい。
Since it is difficult to use such a technique, it is preferred in the present invention that the electrodes be made in planar form.

このようにすると製造技術が簡単化されるばかりではな
く、かつまた平面電極上に非常に少量(すなわち、約5
oμlより少ない程度のマイクロ量)を簡単に付着させ
、それから測定することによって平面電極を使用できる
This not only simplifies the manufacturing technique, but also allows only a very small amount (i.e. about 5
Planar electrodes can be used by simply depositing micro-amounts (of the order of less than 0 μl) and then measuring.

次の実施例によって、この発明をさらに具体的に説明す
る。
The present invention will be explained in more detail with the following examples.

例I Ag/AgX電極 ポリエチレンテレフタレート支持体上に金属銀を真空蒸
着させた試料(〜10mgAg/da”)を製造した。
Example I Ag/AgX Electrode A sample of vacuum deposited metallic silver (~10 mgAg/da'') on a polyethylene terephthalate support was prepared.

この試料を5分間次の溶液で処理した。氷酢酸
0.45m1水酸化ナトリウム
0.202フェリシアン化カリウム o、so
y臭化カリウム 2.501蒸留水
11にする量次いで流れている蒸留
水中でこの試料を5分間洗浄した。
This sample was treated with the following solution for 5 minutes. glacial acetic acid
0.45ml sodium hydroxide
0.202 Potassium ferricyanide o, so
y Potassium bromide 2.501 Distilled water
The sample was then washed in running distilled water for 5 minutes.

肉眼で調べたところ、支持体に隣接したところは金属銀
の層のままであったが、銀の一部は臭化銀になっていた
Upon visual inspection, the layer of metallic silver remained adjacent to the support, but some of the silver had become silver bromide.

電気的接点を作成するため、試料の端縁部をチオ硫酸塩
の浴に暫く浸漬して銀層を裸出した。
To make electrical contacts, the edges of the samples were briefly immersed in a thiosulfate bath to expose the silver layer.

Br−活動度の異なる小量水溶液試料を臭化銀層へ適用
することにより電気化学的応答を測定した。
The electrochemical response was measured by applying small aqueous samples of different Br-activities to the silver bromide layer.

理論的傾き(ネルンストの式)と略々一致する線型応答
が観察された。
A linear response was observed that roughly matched the theoretical slope (Nernst's equation).

例2 塩化クロム酸カリウム8.45?/lを含有する溶液中
で30秒処理した以外は例1に記載のようにして半電池
を製造した。
Example 2 Potassium chloride chromate 8.45? A half-cell was prepared as described in Example 1, except that it was treated for 30 seconds in a solution containing 0.25%.

電気化学的応答を測定したところ、C1−及びAg+活
動度の変化に対するポテンシャル反答は、線型であった
When the electrochemical response was measured, the potential response to changes in C1- and Ag+ activities was linear.

例3 イオン選択性積層電極 ポリエチレンテレフタレート上に銀−塩化銀フィルムを
例2に記載のとと(作成した。
Example 3 Ion-selective laminated electrode A silver-silver chloride film on polyethylene terephthalate was prepared as described in Example 2.

銀の総量は7.6?/m2のであり、AgC1(1,1
6P/m2)への転換率は15%であった。
The total amount of silver is 7.6? /m2, and AgC1(1,1
The conversion rate to 6P/m2) was 15%.

次いで5%ポリビニルアルコール(PVA)−0,2M
KCI溶液を塗布した。
Then 5% polyvinyl alcohol (PVA)-0.2M
KCI solution was applied.

(1,51KC1,5,0PPVA/m”)。10分間
54℃に加熱してPVA層を乾燥した後、パリノマイシ
ン(VAL)0.50f/m2、ポリビニルクロリド(
PVC)40.41/m2およびキャリヤ溶媒としての
ブロムフェニルフェニルエーテル100.2g/m2か
ら成る前もって成形したイオン選択性膜をフィルム被覆
の上に手で積層した。
(1,51KC1,5,0PPVA/m”). After drying the PVA layer by heating to 54°C for 10 minutes, palinomycin (VAL) 0.50f/m2, polyvinyl chloride (
A preformed ion-selective membrane consisting of 40.41 g/m2 of PVC) and 100.2 g/m2 of bromphenylphenyl ether as carrier solvent was hand laminated onto the film coating.

得られたイオン−選択性電極は、 Ag/AgC1/PvA−KC1/イオン選択性膜とし
て示されるが、これを次の(1)及び(2)により試験
した。
The resulting ion-selective electrode, designated as Ag/AgC1/PvA-KC1/ion-selective membrane, was tested according to (1) and (2) below.

(1)銀−塩化銀フィルムを電圧計の高インピーダンス
入力端へ接続しそして (2)飽和NaNO3塩橋の先端から測定すべきKCI
溶液−滴(25−50μl)をたらし、そしてその滴
を電極表面へ接触させる。
(1) Connect the silver-silver chloride film to the high impedance input of the voltmeter and (2) KCI to be measured from the tip of the saturated NaNO3 salt bridge.
A drop of solution (25-50 μl) is applied and the drop is brought into contact with the electrode surface.

前記塩橋は、外部参照電極(Hg/Hg2CI2)に接
続されており、その外部参照電極は電圧計の参照入力側
に接続されている。
The salt bridge is connected to an external reference electrode (Hg/Hg2CI2), which is connected to the reference input side of the voltmeter.

電位差測定を行う電池全体は次のとおり表わされる。The entire cell for potential difference measurement is expressed as follows.

Hg/HgCl2/KCI(XM)被検液/イオン選択
性膜/PVA−KCl/AgC1/Agカリウムイオン
に対する半対数的な線型応答が観察された。
Hg/HgCl2/KCI(XM) test solution/ion selective membrane/PVA-KCl/AgC1/Ag A semi-logarithmic linear response to potassium ions was observed.

pK十が1ないし4の範囲では、ポテンシャルの傾きは
カリウムイオン濃度1桁当り57mvであった。
In the range of pK0 from 1 to 4, the slope of the potential was 57 mV per digit of potassium ion concentration.

例4 イオン選択性被覆電極 VALO,58?/m2、塩化ポリビニル22.9?/
m2及びBPPElll、2g/m2から成るイオン選
択性膜を、例3に記載のごとく積層するよりもむしろ直
接KCl−PVA層上へ被覆した以外は、例3に記載の
ごとく電極を作成した。
Example 4 Ion selective coated electrode VALO, 58? /m2, polyvinyl chloride 22.9? /
An electrode was prepared as described in Example 3, except that an ion-selective membrane consisting of m2 and BPPEll, 2 g/m2, was coated directly onto the KCl-PVA layer rather than laminated as described in Example 3.

この一体型電極を例3に記載のごとく試験したところ、
カリウムイオンに対する半対数的な線型応答が観察され
た。
This integrated electrode was tested as described in Example 3 and found that
A semi-logarithmic linear response to potassium ions was observed.

曲線の傾きはカリウムイオン濃度1桁当り50mVであ
った。
The slope of the curve was 50 mV per digit of potassium ion concentration.

例5 参照電解液組成の変更 参照電解質溶液中の界面活性剤及びKCIの結合剤とし
ての水溶性重合体をいろいろかえて、一連の電極を作成
した。
Example 5 Changes in Reference Electrolyte Composition A series of electrodes were made by varying the surfactant in the reference electrolyte solution and the water-soluble polymer as the binder for KCI.

用いた重合体はポリビニルアルコール(PVA)、脱イ
オン化ゼラチン及びポリアクリルアミド(PAM)であ
った(表1参照)。
The polymers used were polyvinyl alcohol (PVA), deionized gelatin and polyacrylamide (PAM) (see Table 1).

特にことわらない限りすべての電極にはKCI 1.5
P/m”が含まれていた。
KCI 1.5 for all electrodes unless otherwise noted
P/m” was included.

これらの電極を次いで前もって成形した例3に記載の組
成のイオン選択性膜と積層した。
These electrodes were then laminated with a preformed ion-selective membrane of the composition described in Example 3.

得られた電極を例3に記載のごとく評価した結果を次の
表1に示す。
The resulting electrode was evaluated as described in Example 3 and the results are shown in Table 1 below.

表1のデーターによれば、記載のごとく製造した電極は
、カリウムイオンに対し傾きが51ないし57−mv/
(カリウムイオン濃度1桁)である線型応答を示すこと
がわかる。
According to the data in Table 1, the electrodes prepared as described have slopes of 51 to 57 mv/mv for potassium ions.
It can be seen that a linear response is shown (at a single-digit potassium ion concentration).

例6−16 イオン選択性膜の組成 積層及び被覆した数多くの電極を作成し電極の応答に関
するイオン選択性膜組成の変更の影響をしらべた。
Example 6-16 Composition of Ion-Selective Membrane A number of laminated and coated electrodes were prepared and the effect of changing the composition of the ion-selective membrane on electrode response was investigated.

要素を例3に記載のとと(評価した。The elements were evaluated as described in Example 3.

結果を次の表2に示した。The results are shown in Table 2 below.

表2のデータによれば、電極処方中のVAL、BPPE
及びPVCを変化させると、次のような影響があること
がわかる。
According to the data in Table 2, VAL, BPPE in the electrode formulation
It can be seen that changing PVC has the following effects.

A、膜中のパリノマイシンが0.2?/m’未満の場合
にはほとんど又は全くカリウムイオンに対し応答はない
A. Palinomycin in the membrane is 0.2? /m', there is little or no response to potassium ions.

B、BPPE/PVC比が1:1未満の場合ニハ乾いた
応答のない膜となる。
B. When the BPPE/PVC ratio is less than 1:1, the film becomes dry and unresponsive.

一般にキャリヤ溶媒と重合体との比を1:1ないし5:
2とすると、有用な膜層が得られる。
Generally, the ratio of carrier solvent to polymer is between 1:1 and 5:1.
2, a useful film layer is obtained.

例17−23 イオン選択性膜の組成 積層及び被覆した数多くの電極を製造し、電極のイオン
選択性膜層中のその他の重合体の有用性を示した。
Examples 17-23 Composition of Ion Selective Membranes A number of laminated and coated electrodes were prepared to demonstrate the utility of other polymers in the ion selective membrane layers of electrodes.

試験した重合体には、Butvar B76(モノサン
トケミカル社により販売されているポリビニルブチラー
ル)、Estane 5107F1(B、F、グツドリ
ッチ社により販売されている芳香族ポリウレタン、VY
NS(ユニオンカーバイド社により販売されているPV
C/PVAc*−90/10共重合体)及び5ilas
tic■ 731RTV(ミシガン州、ミツドランドの
ダウコーニング社からのシリコーンゴム)があった。
Polymers tested included Butvar B76 (polyvinyl butyral sold by Monosanto Chemical Company), Estane 5107F1 (B, F, aromatic polyurethane sold by Gutdrich Company, VY
NS (PV sold by Union Carbide)
C/PVAc*-90/10 copolymer) and 5ilas
tic■ 731RTV (silicone rubber from Dow Corning, Midland, Michigan).

作製の後電極を例3に記載のごとく評価した。After fabrication, the electrodes were evaluated as described in Example 3.

結果を下記の表3に示した。The results are shown in Table 3 below.

* PVAc−ポリ酢酸ビニル 表3のデーターにより試験したすべての重合体が本発明
の電極配置に有用であることが示されている。
*PVAc-Polyvinyl Acetate The data in Table 3 indicates that all polymers tested are useful in the electrode configuration of the present invention.

例24−38 イオン選択性膜の組成 (キャリヤ溶媒) 一連の電極を製造し、ブロモフェニルフェニルエーテル
(BPPE)と膜層のその他の可能なキャリヤ溶媒とを
比較した。
Examples 24-38 Composition of Ion Selective Membranes (Carrier Solvents) A series of electrodes were fabricated to compare bromophenyl phenyl ether (BPPE) with other possible carrier solvents for the membrane layer.

試験したその他の溶媒には、3−メトキシフェニルフェ
ニルエーテル(3MPPE)、l−メトキシフェニルフ
ェニルエーテル(4MPPE)、ジメチルフタレート(
DMF)、ジブチルフタレート(DBP)、ジオクチル
フェニルホスホネート(DOPP)及びビス(2−エチ
ルヘキシル)フタレート(BEHP)及びジブチルセバ
ケート(DBS)がある。
Other solvents tested included 3-methoxyphenylphenyl ether (3MPPE), l-methoxyphenylphenyl ether (4MPPE), dimethyl phthalate (
DMF), dibutyl phthalate (DBP), dioctyl phenylphosphonate (DOPP) and bis(2-ethylhexyl) phthalate (BEHP) and dibutyl sebacate (DBS).

一体型電極を例3に記載のごと(評価した結果を表4に
示した。
The integrated electrode was evaluated as described in Example 3 (the results are shown in Table 4).

キャリヤ溶媒としてフェニルエーテル、フタール酸塩、
セバシン酸塩を用いることにより、カリウムイオンに対
して良好に応答する電極が得られることが表4のデータ
により示される。
Phenyl ether, phthalate, as carrier solvent
The data in Table 4 shows that the use of sebacate provides an electrode that responds well to potassium ions.

例39 膜層中でキャリヤ溶媒と被覆溶媒との種々に配合を用い
、例3に記載のごとく電極を作製しそして評価した。
Example 39 Electrodes were prepared and evaluated as described in Example 3 using various formulations of carrier solvent and coating solvent in the membrane layer.

結果を表5に示す。BEHP=ビスエチルへキシルフタ
レートTHF−テトラヒドロフラン MEK=メチルエチルケトン DDP−ジドデシルフタレート 膜の組成の次の通りであった 0、48?/m2 パリノマイシン 9.76グ/m2 塩化ポリビニル 0.15グ/m2 キャリヤ溶媒 例40 電極の感度 被覆電極を例3に記載のごとく製造しそして以下に記載
するような選択性試験を行った。
The results are shown in Table 5. BEHP = bisethylhexyl phthalate THF - tetrahydrofuran MEK = methyl ethyl ketone DDP - didodecyl phthalate The composition of the film was as follows: 0,48? /m2 Palinomycin 9.76 g/m2 Polyvinyl chloride 0.15 g/m2 Carrier Solvent Example 40 Sensitivity of Electrode A coated electrode was prepared as described in Example 3 and subjected to selectivity testing as described below.

評価 血清中のカリウムイオンの正常量は約4ml?/lであ
り、一方ナトリウムはその30ないし40倍である。
Is the normal amount of potassium ions in the evaluation serum approximately 4 ml? /l, while sodium is 30 to 40 times that amount.

それ故ナトリウムイオンがカリウムイオン測定を妨害し
ないことが重要である。
It is therefore important that sodium ions do not interfere with potassium ion measurements.

ナトリウムイオンがカリウムイオンに対する応答を妨害
する程度を調べる為に次式 により定義される選択係数KK+/Na+を上記被覆に
関して測定した。
To determine the extent to which sodium ions interfere with the response to potassium ions, the selectivity coefficient KK+/Na+, defined by the following equation, was determined for the coating.

一定の妨害方法を用いてこの被覆に関する測定を行った
結果0.15MNaC1中で1X10−3の値が得られ
た。
Measurements on this coating using a certain disturbance method gave a value of 1.times.10@-3 in 0.15 M NaCl.

K+5mM及びNa+150mMを含有する溶液中では
、この被覆が示すナトリウム応答は約3%の妨害を示す
In a solution containing K+5mM and Na+150mM, this coating exhibits approximately 3% inhibition of the sodium response.

かくして臨床範囲(即ちNaO,12Mないし0.16
Mに亘る範囲内のNa十のわずかな変動では、妨害の変
動は1%未満である。
Thus, the clinical range (i.e. NaO, 12M to 0.16
For small variations in Na+ within a range over M, the disturbance variation is less than 1%.

例41 脱イオン化ゼラチン(9,7P/m2)、粒状炭素(1
5,5?/m’)及びトライトンX−100(ロームア
ンドハース社により販売されているポリエトキシエタノ
ール)(0,28?/m)導電性層並びに結合剤として
脱イオン化ゼラチン(4,85P/m2)、フェリシア
ン化カリウム(54meq/m2)及びフェロシアン化
カリウム(5,4meq/m2)から成るレドックス層
でポリ(エチレンテレフタレート)フィルム基体を被覆
することにより二重層構造を有するレドックス参照電極
を作製した。
Example 41 Deionized gelatin (9,7 P/m2), granular carbon (1
5,5? /m') and Triton A redox reference electrode with a double layer structure was prepared by coating a poly(ethylene terephthalate) film substrate with a redox layer consisting of potassium cyanide (54 meq/m2) and potassium ferrocyanide (5,4 meq/m2).

得られた参照電極を手で積層して、パリノマイシン(V
AL)(0,49P/m2)、ビス(2−エチルヘキシ
ル)フタレート(BEHP)(14,5?/m2)及び
ポリ塩化ビニル(PVC)(9,2f/m2)から成る
イオン選択性膜を予備成形した。
The resulting reference electrodes were laminated by hand and palinomycin (V
AL) (0,49P/m2), bis(2-ethylhexyl) phthalate (BEHP) (14,5?/m2) and polyvinyl chloride (PVC) (9,2f/m2). Molded.

得られた複合イオン選択性電極を次の電池内で試験した
The resulting composite ion-selective electrode was tested in the following cell.

2分における起動によりカリウムイオン濃度に依存して
線型半対数が示される。
Starting at 2 minutes shows a linear semi-logarithm depending on the potassium ion concentration.

その傾きは57mv/カリウムイオン濃度1桁である。The slope is 57 mv/one digit of potassium ion concentration.

被験液50μlを要素にスポットした後時間と共にポテ
ンシャルはドリフトする。
The potential drifts over time after 50 μl of the test solution is spotted onto the element.

再生成しうるドリフトの大きさは2ないし10分の間約
0.1mv/分である。
The magnitude of the reproducible drift is about 0.1 mv/min for 2 to 10 minutes.

例42 単一層Fe(H)/Fe(■)参照電極を用いたイオン
選択性電極 結合剤として脱イオン化ゼラチン(4,3g/m2)、
粒状炭素(6,9?/m2)、オクチルフェノキシポリ
エトキシエタノール(0,12?/m2)、フェリシア
ン化カリウム(7,5meq/m2) 、及びフェロシ
アン化カリウム(7,5meq/m2)から成る層でポ
リエチレンテレフタレートフィルム支持体を被覆するこ
とにより単一層構造を有する参照電極を作成した。
Example 42 Deionized gelatin (4.3 g/m2) as ion-selective electrode binder using a single layer Fe(H)/Fe(■) reference electrode,
polyethylene with a layer consisting of granular carbon (6,9?/m2), octylphenoxypolyethoxyethanol (0,12?/m2), potassium ferricyanide (7,5 meq/m2), and potassium ferrocyanide (7,5 meq/m2). A reference electrode with a single layer structure was made by coating a terephthalate film support.

得られた参照電極を次いでパリノマイシン(0,49?
/m2)、BEHP(14,5?/m”)及びPVC(
9,21/m2)から成る予備成形イオン選択性膜に手
で積層した。
The resulting reference electrode was then treated with palinomycin (0,49?
/m2), BEHP (14,5?/m”) and PVC (
9,21/m2) by hand onto a preformed ion-selective membrane.

得られた一体型電極を例40に記載のごとく評価し次の
結果を得た。
The resulting integrated electrode was evaluated as described in Example 40 with the following results.

2分における起電力によりカリウムイオン濃度に依存し
て線型半対数が示される。
The electromotive force at 2 minutes shows a linear semi-logarithm depending on the potassium ion concentration.

その傾きはS5.V/(カリウムイオン濃度1桁)であ
る。
The slope is S5. V/(potassium ion concentration, single digit).

この単一層型のポテンシャルは、約1.omv/分の速
度で2ないし10分の間ドリフトする。
The potential of this single layer type is approximately 1. Drift for 2 to 10 minutes at a speed of omv/min.

例43 二重層Co(■)/Co(■)参照電極を用いた電極 結合剤として脱イオン化ゼラチン(9,8f/m2)、
粒状炭素(15,6グ/m2)、サポニン(0,2g/
m2)及ヒビス(ビニルスルホニルメチルエーテル)(
0,1y/m2)から成る伝導性層で引き続いて脱イオ
ン化ゼラチン(io、8?/m2)、オクチルフェノキ
シポリエトキシエタノール(0,22?/m2) 、ビ
ス(ビニルスルホニルメチル)エーテル(0,22?/
m2)、コ(チルピリジル)2(BF4)2(210フ
ィクロモル/m2)から成るレドックス層でポリエチレ
ンテレフタレートフィルム基体を被覆することにより二
重層構造を有する参照電極を作成した。
Example 43 Deionized gelatin (9,8 f/m2) as electrode binder using double layer Co(■)/Co(■) reference electrode,
Granular carbon (15,6 g/m2), saponin (0,2 g/m2)
m2) and Hibis(vinylsulfonyl methyl ether) (
A conductive layer consisting of deionized gelatin (io, 8?/m2), octylphenoxypolyethoxyethanol (0,22?/m2), bis(vinylsulfonylmethyl) ether (0, 8?/m2) and a conductive layer consisting of 22?/
A reference electrode with a double layer structure was prepared by coating a polyethylene terephthalate film substrate with a redox layer consisting of 2), co(thylpyridyl)2(BF4)2 (210 phycromol/m2).

次いで得られた被覆を0.1NKIに30分間浸し、2
4時間室内雰囲気で乾燥しそして、VAL(0,4?/
m2)、BEHP(14,5g/m2)及びPVC(9
,2g/m2)から成る予備成形イオン選択性膜へ手で
積層した。
The resulting coating was then immersed in 0.1 NKI for 30 minutes and
Dry in indoor atmosphere for 4 hours, and then VAL(0,4?/
m2), BEHP (14,5 g/m2) and PVC (9
, 2 g/m2) by hand onto a preformed ion-selective membrane.

作成工程中の前記浸液工程は、この例ではカリラムイオ
ンをレドックス層中へ吸収させ膜の平衡を保たせる方法
として組み込まれている。
In this example, the immersion step in the preparation process is incorporated as a method for absorbing calylum ions into the redox layer to maintain equilibrium of the membrane.

例40及び41ではフェロ/フェリシアナイド緩衝液を
カリウム塩を用いて調製したのでこの工程は不必要であ
った。
In Examples 40 and 41, this step was unnecessary because the ferro/ferricyanide buffer was prepared using a potassium salt.

要素の評価を例40に記載のごとく行い次の結果を得た
Evaluation of the elements was performed as described in Example 40 with the following results.

2分における起電力によりカリウムイオン濃度に依存し
て線型半対数が示される。
The electromotive force at 2 minutes shows a linear semi-logarithm depending on the potassium ion concentration.

その傾きは57mv/(カリウムイオン濃度1桁)であ
る。
The slope is 57 mv/(potassium ion concentration in one digit).

ポランシャルは、約0.1mv/分の速度で約3ないし
10分の間ドリフトする。
The polarants drift for about 3 to 10 minutes at a rate of about 0.1 mv/min.

例44 米国特許第3856649号記載のごと(電極を作製し
た。
Example 44 An electrode was prepared as described in US Pat. No. 3,856,649.

作成の間及び後に電極を38℃及び相対湿度66%に保
持した。
The electrodes were maintained at 38° C. and 66% relative humidity during and after fabrication.

作成の後ただちにこの電極の評価を行った結果ドリフト
がわずかで、10−4ないし10−IMKCIに亘って
線型傾きが約6omv/(カリウムイオン濃度1桁)の
応答が示された。
Immediately after fabrication, this electrode was evaluated, and as a result it showed a response with a slight drift and a linear slope of about 6 omv/(potassium ion concentration of one digit) over 10-4 to 10-IMKCI.

■ないし15日間相対湿度約35−40%の実験室の外
気条件下で同一の電極を貯蔵し次いで電極をKCI濃度
が既知の溶液中へ浸しそして前記例3に記載のごとく測
定した結果24mv/分の乱調子のドリフトが示された
■ The same electrode was stored under laboratory ambient conditions of about 35-40% relative humidity for 15 days, then the electrode was immersed in a solution of known KCI concentration and measured as described in Example 3 above. A random drift of minutes was shown.

ドリフト速度は約10−14分後までに低下し一方電極
は1mv/分の比較的安定な正のドリフトを示した。
The drift rate decreased after about 10-14 minutes while the electrode exhibited a relatively stable positive drift of 1 mv/min.

同じ電極を引き続いて使用することによりドリフトはよ
り小さくなった。
Drift became smaller with subsequent use of the same electrode.

即ち使用の際内部参照が水和するにつれ電極は予想通り
に平衡状態になる傾向を示しかくして湿潤が継続するに
つれ更に正確な測定値が得られた。
That is, in use, as the internal reference became hydrated, the electrode tended to equilibrate as expected, thus providing more accurate measurements as wetting continued.

例45 イオン選択性膜を適用する前に57℃で10分間電極を
乾燥した以外は、本発明による電極の作成にまねて、G
enshaw等により提案された浸液技法を用いて一般
に球根状形状を有するワイヤ電極を作成した。
Example 45 The preparation of an electrode according to the present invention was simulated using G
Wire electrodes having a generally bulbous shape were made using the immersion technique proposed by enshaw et al.

その際親水性層を層の厚さの均一性をコントロールする
ことなく、イオン選択性膜の適用前に乾燥した。
The hydrophilic layer was then dried before application of the ion-selective membrane without controlling the uniformity of the layer thickness.

室内条件(即ち相対湿度35−40%)でこれらの電極
を保ちそして引き続いて使用することにより、2ないし
10分の間16ないし57mv/(カリウムイオン濃度
4桁)の最初非常にランダムなドリフトを示す曲線が得
られた。
By keeping these electrodes in room conditions (i.e. 35-40% relative humidity) and subsequent use, we observed an initial highly random drift of 16 to 57 mv/(4 orders of magnitude potassium ion concentration) for 2 to 10 minutes. The curve shown was obtained.

10−IMKClに浸すと、Genshaw等により記
載されたごと(外膜が水ふ(れになるか又は張り裂ける
現象が浸液してからたった9日目に見られた。
When immersed in 10-IMKCl, the phenomenon of oozing or tearing of the outer membrane was observed only 9 days after immersion, as described by Genshaw et al.

張り裂ける前に最初の数時間の浸液後l−11−1O+
の範囲に亘って線型のネルンストの応答が見られた。
l-11-1O+ after the first few hours of soaking before bursting.
A linear Nernstian response was observed over the range of .

例46 イオン選択性膜を57℃のかわりに29℃で乾燥した以
外は例45に記載のごとくワイヤ電極を作成した。
Example 46 A wire electrode was prepared as described in Example 45 except that the ion selective membrane was dried at 29°C instead of 57°C.

予備コンヂショニングを行うことなく相対湿度約80%
未満の予備選定した室内条件で保持した後使用した時、
これらの電極は約15ないし16分まで非常にランダム
な変動を示した。
Relative humidity approximately 80% without preconditioning
When used after being kept under preselected indoor conditions of less than
These electrodes showed very random fluctuations up to about 15 to 16 minutes.

その後ドリフトは安定化しそして線型ネルンスト応答が
見られた。
After that, the drift stabilized and a linear Nernstian response was observed.

Gen3haw等により記載された技法に従って作成し
た電極は、適切に予備コンヂショニングを行って水和状
態にした時線型ネルンスト応答を示すことが前述から明
きらかであろう。
It will be apparent from the foregoing that electrodes made according to the technique described by Gen3haw et al. exhibit a linear Nernstian response when properly preconditioned and hydrated.

しかしながらそのような予備コンヂショニングを行わな
い場合は電極の挙動はランダムで不定であり、適切な誘
導期間なしには正常な室内使用条件下で補正不可能であ
る。
However, without such preconditioning, the behavior of the electrode is random and erratic and cannot be corrected under normal indoor use conditions without an appropriate induction period.

分析用の試料と接触する電極の領域が種々な厚さである
イオン選択性膜から成る、使行技術に記載のごとく製造
した電極は前記例44−46に示すごとく補正不可能な
不定のドリフトを示す。
Electrodes prepared as described in the technique used, in which the area of the electrode in contact with the sample for analysis consists of ion-selective membranes of varying thicknesses, exhibit uncorrectable drifts as shown in Examples 44-46 above. shows.

例47 参照電解液層及びイオン選択性膜の組成が以下のごとく
である被覆電極を例4に記載のごとく作成した。
Example 47 A coated electrode was prepared as described in Example 4, in which the reference electrolyte layer and ion selective membrane compositions were as follows.

参照電解液層 PVA 4.8P/m2
KCI 〜2.4?/m2 イオン選択性膜 PVC9,7?/m2 DDP 14.6f/m” パリノマイシン 0.5グ/m2 第3図はそれぞれの組成の成分の一方又は他方を二倍に
することにより前記層の厚さを変化させることによって
得られた時間に対するEの曲線を示す。
Reference electrolyte layer PVA 4.8P/m2
KCI ~2.4? /m2 Ion selective membrane PVC9,7? /m2 DDP 14.6 f/m” Palinomycin 0.5 g/m2 Figure 3 shows the time obtained by varying the thickness of said layer by doubling one or the other of the components of each composition. shows the curve of E for

これらの曲線は種々な形状をとりうるがそれぞれ補正可
能でありそしてそれらによってイオン活動度及び濃度に
関するポテンシャルの正確な値を得ることができること
が理解されよう。
It will be appreciated that these curves may take on a variety of shapes, each of which can be corrected and thereby provide accurate values of the potential for ion activity and concentration.

例48 参照電解液層及びイオン選択性膜の組成が以下のごとく
である被覆電極を例4に記載のごとく作成した。
Example 48 A coated electrode was prepared as described in Example 4 with the following compositions of the reference electrolyte layer and ion selective membrane.

ナトリウムイオン水溶液の滴サイズの試料をこの電極へ
適用した時57mv/(カリウムイオン濃度1桁)のネ
ルンストの傾きが観察された。
When a droplet-sized sample of an aqueous sodium ion solution was applied to this electrode, a Nernst slope of 57 mv/(single digit potassium ion concentration) was observed.

例49 イオン選択性膜の組成が以下のごとくである被覆電極を
例48に記載のごとく作成した。
Example 49 A coated electrode was prepared as described in Example 48 in which the composition of the ion selective membrane was as follows.

CO3−を含む水性試料をイオン選択性膜へ適用した時
この電極は27mv/(カリウムイオン濃度1桁)の傾
きを示した。
When an aqueous sample containing CO3- was applied to the ion-selective membrane, this electrode exhibited a slope of 27 mv/(single digit potassium ion concentration).

例50 イオン選択性膜の組成が以下のごとくである被覆電極を
例48に記載のごとく作成した。
Example 50 A coated electrode was prepared as described in Example 48 in which the composition of the ion selective membrane was as follows.

CI−イオンを含む水溶液と接触した時、この電極は5
smv/(カリウムイオン濃度1桁)のネルンストの傾
きを示した。
When in contact with an aqueous solution containing CI- ions, this electrode
The Nernst slope of smv/(single digit potassium ion concentration) is shown.

本発明の各層電極要素は、アルカリ金属及びアルカリ土
類金属イオンの電位差定量と関連して主に記載されてき
たが、本願明細書記載の構造、組成及び技法はまた主に
イオン選択性膜に適切なイオン特異性キャリヤを選ぶこ
とによってNH4+のようなその他のカチオン及びSO
3−のようなアニオンの分析用の電極組体に適用可能で
ある。
Although the layered electrode elements of the present invention have been primarily described in connection with potentiometric quantification of alkali metal and alkaline earth metal ions, the structures, compositions, and techniques described herein are also primarily applicable to ion-selective membranes. Other cations such as NH4+ and SO by choosing appropriate ion-specific carriers
It is applicable to electrode assemblies for analysis of anions such as 3-.

そのような電極は明きらかに本発明の範囲内である。Such electrodes are clearly within the scope of the present invention.

更に電極に防御上層を組み込むことも本発明の範囲内で
ある。
Additionally, it is within the scope of the invention to incorporate a protective overlayer into the electrode.

この上層により電極表面の保護が単に助けられるか又は
機械強度の増大が助けられる。
This top layer simply helps protect the electrode surface or increases mechanical strength.

また、前記上層は特定イオンへの選択的浸透を可能にす
るか又は酸素芳しくは二酸化炭素のような、試験下の溶
液のあるガス状成分のみへ浸透可能にするような多数の
その他の目的の助けとなる。
The upper layer may also be used for a number of other purposes, such as allowing selective penetration of specific ions or only certain gaseous components of the solution under test, such as oxygen or carbon dioxide. Helpful.

本願明細書記載の型の電極を、基体上で働いて電極によ
り定量可能なイオンを特異的にかつ選択的に放出する酵
素を含有する上層と組み合せて用いることが有用であろ
う。
It may be useful to use electrodes of the type described herein in combination with an upper layer containing an enzyme that acts on the substrate to specifically and selectively release ions that can be quantified by the electrode.

本発明をその好ましい態様を参照して詳細に説明したが
、本発明の精神の範囲内でその改変がなしうるであろう
ことが理解されよう。
Although the invention has been described in detail with reference to preferred embodiments thereof, it will be understood that modifications may be made thereto within the spirit of the invention.

【図面の簡単な説明】 第1図は、この発明のイオン選択性電極の一例の断面図
であり、第2図は、この発明のイオン選択性電極の他の
一例の断面図であり、第3図は、この発明のイオン選択
性電極を例47に記載のようにして用いて得られる代表
的なポテンシャル対時間の関係を示すグラフであり、第
4図は、この発明の電極を用いて測定を行う場合に使用
できる装置の一例を示す実物大寸法の図であり、そして
第5図は、第4図の線V〜■に沿った断面図である。 第1図において1は支持体、2は金属、3は不溶性金属
塩、4は参照電解質そして5はイオン選択性膜を示し、
一方第2図において11は支持体、12は導電性層、1
3はレドックスカップル層そして15はイオン選択性膜
を示す。
[BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS] FIG. 1 is a cross-sectional view of an example of the ion-selective electrode of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of another example of the ion-selective electrode of the present invention. Figure 3 is a graph showing typical potential versus time obtained using the ion-selective electrode of the present invention as described in Example 47, and Figure 4 is a graph showing typical potential versus time obtained using the ion-selective electrode of the present invention as described in Example 47. 5 is a full-size view of an example of an apparatus that can be used in making measurements, and FIG. 5 is a sectional view taken along line V--■ of FIG. 4; In FIG. 1, 1 is a support, 2 is a metal, 3 is an insoluble metal salt, 4 is a reference electrolyte, and 5 is an ion-selective membrane.
On the other hand, in FIG. 2, 11 is a support, 12 is a conductive layer, 1
3 indicates a redox couple layer and 15 indicates an ion-selective membrane.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1(a)下記のいずれか一方からなる乾燥内部参照電極
: (1)金属の導電性層をその金属の不溶性塩の層と接触
させたものと、アニオンとして前記金属塩層のアニオン
を有する水溶性塩を含む電解質層とからなる金属/金属
塩電極、又は(2)導電性層と、最低2種類の水溶性レ
ドックスカップル塩を含むレドックスカップル層とから
なるレドックスカップル電極、であって、前記水溶性塩
を含む前記の層が前記塩と親水性重合体バインダーとを
その重合体および塩のための溶媒に溶解した溶液の乾燥
残留物からなるもの:そして (b)前記参照電極と接触している、被検試料と接触す
べき部分が予め定めた均一な厚さを有している疎水性の
イオン選択性膜、ここで、前記の膜は、キャリヤ溶媒中
に溶解したイオンキャリヤを分散含有する疎水性バイン
ダーがらなっている: を含んでなる乾式操作可能なイオンj天択性電極。 2 前記疎水性バインダーがポリ塩化ビニル、ポリウレ
タン、カルボキシル化ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニル
とポリ酢酸ビニルとの共重合体、シリコーンエラストマ
ー、ポリカーボネート、セルロースエステル、ポリ塩化
ビニルとポリ塩化ビニリデンとの共重合体、ポリビニル
ブチラールおよびポリビニルホルマールからなる群から
選んだ重合体である特許請求の範囲第1項記載の電極。 3 前記イオンキャリヤがパリノマイシン、環式%式% ラクトン、マクロリドアクチン、環式ポリペプチド、第
四級アンモニウム塩、次式の化合物:(ただし式中、 I R’:CH3 R2ニー(CH2)n−C0O−CH2−CH3n=l
ないし10 ■ R’ニーCH3 R2ニー(CH2)6−CH3 ■ R’=R2ニーCH2−CH2−CH3■ R1ニ
ーCH2−CH2−CH3 R2ニーCH2−C−(CH3)3 (ただし式中 (a)R−CH2CH2(CH2CH2CH3)2から
なる群から選んだものである特許請求の範囲第1項記載
の電極。 4 前記キャリヤ溶媒が芳香族エーテル、脂肪族エーテ
ル、フタル酸エステル、アジピン酸エステルおよびセバ
シン酸エステルからなる群から選んだものである特許請
求の範囲第1項記載の電極。 5 前記親水性バインダーがポリビニルアルコール、ゼ
ラチン、アガロース、ポリアクリルアミド、ポリビニル
ピロリドン、ポリメタクリル酸ヒドロキシエチル、ポリ
アクリル酸ヒドロキシエチルおよびポリアクリル酸から
なる群から選んだ一員である特許請求の範囲第1項記載
の電極。 6 前記レドックスカップルがフェリ/フェロシアン化
鉄イオン対または第一/第二コバルトターピリジルイオ
ンである特許請求の範囲第1項記載の電極。
Claims: 1(a) A dry internal reference electrode consisting of one of the following: (1) an electrically conductive layer of a metal in contact with a layer of an insoluble salt of the metal, and the metal salt as an anion; or (2) a redox couple electrode consisting of a conductive layer and a redox couple layer containing at least two types of water-soluble redox couple salts. , wherein said layer comprising said water-soluble salt consists of the dry residue of a solution of said salt and a hydrophilic polymeric binder in a solvent for said polymer and salt; and (b) a hydrophobic ion-selective membrane having a predetermined uniform thickness in the part to be contacted with the test sample in contact with said reference electrode, said membrane being in a carrier solvent; A dry operable ion selective electrode comprising: a hydrophobic binder containing dispersed ion carriers. 2 The hydrophobic binder is polyvinyl chloride, polyurethane, carboxylated polyvinyl chloride, copolymer of polyvinyl chloride and polyvinyl acetate, silicone elastomer, polycarbonate, cellulose ester, copolymer of polyvinyl chloride and polyvinylidene chloride. 2. The electrode of claim 1, wherein the electrode is a polymer selected from the group consisting of polyvinyl butyral, polyvinyl butyral, and polyvinyl formal. 3 The ion carrier is palinomycin, a cyclic lactone, a macrolide actin, a cyclic polypeptide, a quaternary ammonium salt, a compound of the following formula: (wherein, I R':CH3R2(CH2)n -C0O-CH2-CH3n=l
or 10 ■ R' knee CH3 R2 knee (CH2)6-CH3 ■ R' = R2 knee CH2-CH2-CH3 ■ R1 knee CH2-CH2-CH3 R2 knee CH2-C-(CH3)3 (However, in the formula (a )R-CH2CH2(CH2CH2CH3)2.4 The carrier solvent is an aromatic ether, an aliphatic ether, a phthalic ester, an adipate ester, and sebacin. The electrode according to claim 1, wherein the hydrophilic binder is selected from the group consisting of acid esters. 5. The hydrophilic binder is polyvinyl alcohol, gelatin, agarose, polyacrylamide, polyvinylpyrrolidone, polyhydroxyethyl methacrylate, polyacrylic acid. 6. The electrode of claim 1, which is a member selected from the group consisting of hydroxyethyl and polyacrylic acid. 6. The redox couple is a ferri/ferroferrocyanide ion pair or a primary/secondary cobalt terpyridyl ion. An electrode according to claim 1.
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