JPS5865775A - イオン接触防止膜 - Google Patents

イオン接触防止膜

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JPS5865775A
JPS5865775A JP56164682A JP16468281A JPS5865775A JP S5865775 A JPS5865775 A JP S5865775A JP 56164682 A JP56164682 A JP 56164682A JP 16468281 A JP16468281 A JP 16468281A JP S5865775 A JPS5865775 A JP S5865775A
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JP
Japan
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conductor
electrode
membrane
ion
polymer
Prior art date
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Application number
JP56164682A
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English (en)
Inventor
Noboru Koyama
小山昇
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Terumo Corp
Original Assignee
Terumo Corp
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Publication date
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Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 ■ 発明の背景 技術分野 涜1;先行技術および問題点 近時、導電体に膜を@、蛭して導電体に種々の機能を持
たせることがおこなわれるようになった。この膜が被覆
された電極は一般に修飾電極ト呼ばれ、触媒、トランス
ジューサー、センサーなどの用途に対する新しい機能性
を持つ電極として期待されている。その機能を発揮させ
るためには導電体表面に直接被着された電極被覆膜の電
気伝導性やイオン透過性等の性質が考慮されなければな
らない。例えば、イオンセンサー、−センサー等の電極
類にあっては検出すべきイオン種以外の応答を妨害する
イオン種が電極表面に接触しないことが要求される。し
かしながら、従来、このようなイオン接触防止性を持ち
しかも電極の被覆膜として用いて好適な腹材質としては
適当なものが見い出されていなかった。
■ 発明の目的 したがって、この発明の目的は導電体表面に直接被着す
ることができ、しかもイオン伝導性を持ち、導電体表面
への特定イーオンの接触を防止する機能を有する膜を提
供することにある。
この目的を達成するために1この発明では、従来のガラ
ス電極の考え方とは全く異なり、導電体表面を重合体で
化学修飾するという従来はとんどおこなわれていなかっ
た技術を利用している。この化学修飾の技術によって導
電体は溶存イオン種に対し選択的なイオン接触防止性を
持ち、また表面の腐食や溶解が防止され、溶液中のイオ
ン濃度に対して電極電位またはm流変化で応答するとh
う全く新しい機能を発揮する。
この発明は1合体で化学修飾し良導電体の機能のうち特
定イオンに対する接触防止性を利用したものである。
すなわち、この発明は、アニリン、2−アミノベンゾト
リフルオリド、2−アミノピリジン、2.3−シアミノ
ビリジ、4 、4’−ジアミノジフェニルエーテル、4
.4’−メチレンジアニリン、チラミン、N −(o−
ヒドロキシベンジル)アニリンおよびジアミノベンゼン
(す々わち、1.2−11.3−1および1,4−シア
ミノ4ンゼン)から選ばれる少なくとも1種の窒素含有
芳香族化合物から誘導された重合体膜からなり、導電体
表面に直接被着された形態にあり、該導電、体表面への
特定イオンの接触を防止するイオン接触防止膜を提供す
るものである。
上記重合体膜は低インピーダンス化されている。また、
この重合体膜は1!解酸化によって導電体表面上で重合
された電解酸化重合膜であっても、あるいは予め重合し
た重合体を溶媒に溶解し導電体表面に塗布乾燥したもの
であってもよいが、性能の点で前者の方が好ましい。
なお、この明細書で用いられている重合体という飴は単
独重合体および相互重合体(例えば、共重合体、三元共
重合体等)の双方を含む。
■° 発明の詳細な説明 以下、この発明を添付の図面に沿って詳しく説明する。
第1図に示すようにこの発明の重合体膜よりなるイオン
接触防止膜12は任意形状例えば棒状の導電体11の周
囲をIリオレフインやテフロン等の絶縁体13で被優し
、先端の揮出表m)に直接被着・固定してなるものであ
る。導1′体11は導電性材料で構成される。
導電体11の先端表面に直接被着されている重合体膜1
2は窒素含有芳香族化合物の重合体よりなる。このよう
な窒素含有芳香族化合物はアニリン、2−アミノペンゾ
トリフルオリド、2−アミノピリジン、2,3−シアミ
ノビリジン、4.4’−ジアミノジフェニルエーテル、
4゜4′−メチレンジアニリン、チラミン、N−(。
−ヒドロキシベンジル)アニリンおよびジアミノベンゼ
ンから選ばれる少なくとも1穐である。
以上述べた窒素含有芳香族化合物の重合体膜を導電体1
1表面上に直接被着するためには、窒素含有芳香族化合
物を電解酸化重合法によって導電体11表面上で重合さ
せる方法、予め合成された重合体を溶媒に溶かし、この
溶液を浸漬・塗布および乾燥により尋物′、体表面に固
定する方法、さらには重合体膜を化学的処理、物理的処
理もしくは照射処理によって導電体表面に直接固定する
方法を採ることができる。
上記被着方法のうち最も好都合な方法は!解酸化重合法
による方法である。この電解酸化14合は適当な溶媒中
で窒素含有芳香族化合物を電解酸化重合させ、動作電極
としての所望導電体の表面に重合体膜を被着するもので
ある・例えばジアミノベンゼン、2−アミノペンゾトリ
フルオリドおよび4,4′−ノアξノジフェユルメタン
の電解酸化重合は−7のリン酸緩衝溶液中で、アニリン
の電解酸化重合はピリジンおよび過塩素酸ナトリウムを
含むアセトニトリル溶液中で、4゜4′−ノアミノジフ
ェニルエーテルの電解酸化11合は過塩素酸ナトリウム
を含むアセトニトリル溶液または水酸化ナトリウムを含
むメタノ−ル溶液中でおこなう。
電解酸化重合によって被着した重合体膜は被着安定性が
極めてよく、また膜表面も滑らかである。
重合体膜の厚さに特に制限はないが0.01μないし1
μ程度が適当である。
■ 発明の具体的作用 以上の構成の被覆電極の機能について以下眸しく説明す
る。
イオン種の選択的接触防止と制御 電極を直接被覆する前記重合体膜は、溶液中のイオン種
の膜透過に対して選択性を示す、その測定には、回転円
板電極を使用した、対流がルタンメトリー法が有効であ
る。なぜなら、電極上へのイオン種の物質輸送量は円板
電極の回転数によって制御できるので、被優重付体換を
持った電極と持たない電極で回転数に対する♂ルタモグ
ラムの限界電流値の依存性を調べると、各化学種に対す
る膜透過能を評価できるからである。この挙動は被株重
合体膜の種類および溶存イオン種によって異なるが、一
般に被り重合体膜の厚さが厚い程、イオン種の導電体表
面への接触は妨げられ、また溶存イオン種の容積が大き
い維ど膜透過は抑制される。
その他の機能性として、′FM、極表面に直接被覆した
重合体膜により、電極表面の改質が可能であり、電極触
媒能の向上や表面の腐食と溶解の防止などにも寄与でき
る可能性を持つ・また松榎重合体膜は導電体表面へ適切
な置換基を導入するためのアンカーとしての機能性を持
っ。市。
極表面が有機物等で化合物化するための適切な置換基を
持たない場合、まず電極表面をアルデヒド、アきン等の
置換基を持った重合体で被接する・そして被秒重合体膜
をグラフト重合反応等の反応活性置換基として利用し、
目的とする化合物の固定基質として使用できるし、核種
重合体膜の改質にも使用できる。被柵重合体膜の置換基
がピリジン等の配位子であれば、filli+合体膜は
配位結合能力を持ち、また置換基がスルホン酸や四級化
されたピリジン等のように荷電を持つ場合当核重合体膜
は高分子電解室の性質を持ち、反対に荷電したイオン種
の集積、固定の能力を持つ。よって、これらの重合体膜
で直接被覆された電極は微量の溶存イオン種に対して前
濃縮の作用を持ち次に1電極で酸化あるいけ還元を行な
い電流によって検知することができ、微量イオン種検出
用電極としての可能性を持っている。また、絶縁体とな
っている畿櫟1合体膜に第3の化学種を挿入することに
よって電導性膜に改良改質できる。さらにまた、電極電
位を変えることによって膜中反応活性種の酸化還元状態
を変え、換の色の変化、着色脱色が可能である。
以下、この発明の実施例を示す、なお、全実施例中回転
白金円板電極については面積が44×1O−3cR2の
ものを用いている。
実施例1 まず、白金円板電極を電解前に次の方法で前処理し九、
マず、シリコンカーバイト紙およびアルミナ粉末(03
μm)で研磨して平滑にし、希王水−で洗滌した抜き溜
水で水洗いし005Mの酢酸溶液に浸す。次にこの電極
を動作電極とし、対極として白金網、基準′wL極とし
て食塩飽和カロメル電極を用いた通常の3電極式H型セ
ルを使用して、′wL極への印加電圧を一〇、6vから
+1.OVの間で約10回はど往復させ電極表面を活性
化した後熟溜水で洗浄し、次にメタノールで洗浄し乾燥
する。
電合体膜被榎電極の作成は、上述の前処理の済んだ動作
電極を上述と同様の電解セル中に浸漬し、白金円板電極
表面への11M酸化重合反応t−10mM4 、4’−
ノア建ノゾフェニルエーテルおよび0.1 M過塩素酸
ナトリウムを含むアセトニトリル溶媒(を層液)中でお
こなった。電解液は電解前にアルコ0ンガスで十分に脱
酸素した。
4.4′−ジアミノジフェニルエーテル単量体の酸化反
応が白金電極で生起していることを確餡したのち、印加
電圧t+1.20ボルト(対食地飽和カロメル電極)で
静止させ、10分間定電解し1!他の露出端面に酸化重
合物を被覆させた。
その後、電極表面を蒸溜水で3回以上洗滌し所望の電解
酸化重合体(以下これをポリ(巣1体)の形で示す)膜
で被覆された電極を作製した。
実施例2,3.4 実施例1と同様にして、ジアミノベンゼン(1,2−1
1,3−または1.4−/アきノベンゼン)の電解酸化
重合を、I QmM  ジアミノベンゼンを含む50m
Mリン酸緩衝液(pH=7.0)中で印加電圧を1.0
カルト(対食塩飽和カロメル1!極)で3分間定電解し
、それぞれ所望のIす(ジアミノベンゼン)膜で被覆さ
れた白金円板11極を作製した。
対流がルタンメトリー法によると、重合体膜で被覆され
ていない回転白金円板電極上での水素イオンの電解還元
反応は1電子反応で進み、その拡散限界電流は次のレビ
ツチ式 %式% (ここで、nは反応に関与する電子数、Fは)727”
一定数(F)、Aは電極の面積〔cWL2〕、νは溶液
の動粘度係数[ex”/秒]、Dは還元体の拡散係数〔
cTIL2/秒〕、ωは!極の回転数〔ラジアン/秒〕
、およびCH+は溶液中の水素イオン濃度〔モル/傭5
〕)を満足する。従って、限界電流の逆数(1/zzi
m )を回転数の平方根の逆数(1/Vτ−)に対して
プロットすると、原点を通る直線が得られる。
一方、重合体膜被覆白金円板電極を使用すると、水素イ
オン還元反応の対流ボルタモダラムから得られた限界電
流値について1/’jzim−1斥τのプロットをおこ
なうと、切片を持つ1自線が得られる。全電極反応過程
に表面律速過程が含まれることがわかる。この場合、ク
ーテッキー−レピッチによれば、次の関係式 1式% (ここで、tl+rnは限界電流値、jdifは拡散律
速限界電流値、および1/fkinは表面律速限界電流
値)が満足される。
次に、いくつかの溶存酸化還元化学種について、前記実
施例1および2の重合体膜被a寛極を使用して対流がル
タンメトリー法(円板電極゛ の回転数4s9r、pm
)Kよりその重合体膜のイオン接触防止性を検討したe
 /す(4、4′−ノアミノジフェニルエーテル)被覆
電極について得られたがルタモグラムを第2図に、そし
てポリ(1,2−ジアミノベンゼン)被覆電極について
得られたがルタモグラムを第4図に示す。
それぞれの対流ボルタモダラムから得られた限界電流値
(’Akm )を回転数の平方根(〆;)に対してプロ
ットしたグラフをそれぞれ第3図および第5図に示す、
第2図ないし第5図において、線すおよびgは各重合体
膜て被覆された電極についてのもの、そして線& 、e
 T dl ’ 1およびfは非被覆電極についてのも
のである。
また、各試料はいずれも25℃で0.2 M CF3C
O0Na f支持電解質として含み、かつアルコ°ンを
吹き込ンテ脱気し、WAaとbは2)r++28−→H
2の反応を−3,05で測定した本のを線CはFe(e
dta) + e  −+Fe(edta)’−の反応
(NaFe(edta) 2.0mM ) k pH3
,0で測定したもの金、線dはre(cN)i−+e−
→Fe(CN)i  の反応(x S F e(CN)
b 2.Om M )k Pl(7,Oで測定したもの
を、線eはll’e+2−* F e”−1−e−の反
応(FeSO42mM ) t pHえ 3.0で測定したものをそしてifとgは4By7−e
Br+2e−の反応(Nair2.omM)をpi−1
3,0で測定したものを示す、−の調整はCF 、C0
OHを用いておこなった。
以−トの結果かられかるように、水素イオンや臭素イオ
ンに比べて鉄アコイオンは重合体膜をほとんど透過せず
、限界電流値は観測されない。
Fe2ゼ3+アコイオン、Fe(edta)’−/2ス
Fe(CN)”+および他の遷移金属イオン等の比較的
大きな金属イオンはこれらの膜を透過できず、これらイ
オン鴇に対する酸化還元波は観測されなかった。
以上の結果を表1にまとめて示す。遷移全域イオンはポ
リ(4、4’−ジアミノジフェニルエーテル)膜を透過
できないことがわかり、この膜で被覆された白金電極を
使用した場合、平衡電位に対する遷移金属イオンの影響
はみられず、溶液中の水素イオンのみの平衡電位を観測
することができた。
実施例5 また、実施例2で得九重合体膜被覆電極の交流インピー
ダンス測定結果を表2に示す、?す(1,2−ジアミノ
ベンゼン)重合体膜をコートする前後での抵抗成分、容
置成分の変化が少なく極めて低インピーダンスの膜被徨
電極が提供されていることが認められる。なお測定条件
は−=7.0の50mMリン酸緩衝溶液中で白金を電極
として用いた。
表2 交流インピーダンス測定結果 ■ 発明の具体的効果 以下、この発明のイオン接触防止膜の効果を列挙する。
(1)  この発明のイオン接触防止膜はイオン伝導性
を持ち、しかも導電体表面に対するイオンの接触を選択
的に防止できるので、試料浴液中に電極を挿入した場合
、これらの防止膜で@櫟することによって溶存酸化還元
化学種による平衡電位応答を制御できる。すなわち、例
えば、基準電極としてこれらのイオン接触防止膜で被覆
されたものを用いた場合、その電位を一定に保持できる
か、あるいはイオンセンサーとしての応答におけるよう
に、特定イオン種のみt選択的に電極に接触させること
ができる。
(2)電極を腐食させるよう表溶存イオン種の直接接触
を防止することができ、電極表面の腐食および溶解防止
に寄与できる。
(3)  また電極表面に直接強固に被着されているの
で、電極表面における化学糧の均一性に寄与すると考え
られる。
(4)粘着性溶存物質および気泡の表面被着を防止でき
る。
(5)電極表面の保護膜として使用できる。
(6)電極の加工限界まで微小化できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明のイオン接触防止膜を導電体表面に直
接被着した形態で示す図、第2図および第4図祉それぞ
れ刈株の重合体膜で被覆された回転円板白金電極につい
て得られた対流〆ルタモダラム、第3図および第5図は
それぞれ第2図および第4図の対流ゾルタモグラムから
得られた限界電流値(itlm )を電極の回転数の平
方根に対してグロットしたグラフ。 11・・・導電体、12・・・イオン接触防止膜113
・・・絶縁体。 出願人代理人  弁理士 鈴 江 武 彦第1 因 12 112!!!11 13 図 14 図 箇5!!I

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)アニリン、2−アミノペンゾトリフルオリト1.
    2−アミノピリジン、2,3−ジアミノピリジン、4.
    4’−ジアミノジフェニルエーテル、4 、4’−メチ
    レンジアニリン、チラミン、N−(0−ヒドロキシベン
    ジル)アニリン、およびゾアンノベンゼンから選ばれる
    少なくともlaiの窒素含有芳香族化合物から誘導され
    た重合体膜からなり、導電体表面KIL接被着された形
    態にあり、該導電体表面への特定イオンの接触を防止す
    るイオン接触防止膜。
  2. (2)重合体膜が低インピーダンス化されている特許請
    求の範囲第1項記載のイオン接触防止膜・
  3. (3)  重合体膜が電解酸化によって導電体表面上で
    重合された電解酸化重合膜である特許請求の範囲m1項
    記載のイオン接触防止膜。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60501262A (ja) * 1983-05-06 1985-08-08 コミツサレ・ア・レナジイ・アトミツク ポリアニリンの製法、この方法により得たポリアニン及び電気化学的発電機の製造における用途
GB2262524A (en) * 1991-12-18 1993-06-23 Sandoz Ltd Pharmaceutically active 2-hydroxy-benzylamines

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5832155A (ja) * 1981-08-19 1983-02-25 Terumo Corp イオン選択透過膜およびイオンセンサー

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