JPS587325Y2

JPS587325Y2 - イオン活量測定装置

Info

Publication number: JPS587325Y2
Application number: JP10065477U
Authority: JP
Inventors: 越石喜代三
Original assignee: オリンパス光学工業株式会社
Priority date: 1977-07-29
Filing date: 1977-07-29
Publication date: 1983-02-08
Also published as: JPS5428491U

Description

【考案の詳細な説明】本考案はイオン活量ｍ１ｆｆ装置に関するものである。

従来、イオン活量の測定には主にガラス電極が使用され
でいる。

このガラス電極を用いる測定は。測定試料に操作を加え
る必要がなく、ガラス電極を直接電解液に浸すだけで測
定できるため、簡単にしかも連続的に測定試料中の特定
イオンの量を測定できる特徴がある。

しかし、一方ではｍ１ｆｆｌ対象とするイオンの種類に
よっては、非測定対象イオンの妨害による誤差の問題、
すなわちイオンの選択特性や、電極のイオンに対する応
答速度および電気的特性の経時変化等の問題がある。

上述したガラス電極は、ある種のガラスと電解液との界
面で液中の特定のイオン活量に対応して界面電位が生じ
ることを利用するものである。

第１図はガラス電極を用いたイオン活量の測定原理を説
明するための線図で、１はガラス電極、２は対極、３は
飽和カロメル電極、４は飽和ＫＣＪ’液。

５は試料液、６は基準液、Ｔはガラス膜を示す。

すなわち薄いガラス膜７の両側に基準のイオン活量の電
解液６と試料の電解液５とを入れ、ガラスの両側で生じ
る界面電位の差をガラス膜γの抵抗を通して測定する。

この場合ガラス膜γの抵抗は普通数１０ＭΩあるため、
高入力抵抗の増幅器が必要であり、またガラス膜γは薄
いため機械的強度に弱い。

更に微・ト部分のイオン活量測定の場合には、電極面積
が小さいため、特にガラス膜７の抵抗が大きく、先端２
０μ程度のもので１０１０Ωから１０１１Ωにもなる。

このため電極先端以外の部分を絶縁することが難しく、
増幅器も振動容量形のもの等が必要となり、微小部分の
イオン活量の測定が技術的に難しい。

一方、ゲート絶縁形電界効果トランジスタを用い、ゲー
ト絶縁膜をイオン感応層としたイオン選択電極を具える
イオンセンサーによって、電解試料中の各種イオン活量
を選択的に測定するイオン活量測定法が知られでいる。

第２図ａ、ｂは上記イオン選択電極の基本構成を示す平
面図および断面図を示す。

イオン選択電極は適当な半導体基板８、例えばＰ型シリ
コン基板の上に、ドレイン拡散層Ｄ９およびソース拡散
層Ｓ１０をｎ型拡散領域に形成し、これらにそれぞれ引
出し線としてのアルミニウム電極１１を蒸着する。

こ＼で、ソースドレイン間のゲート１２の部分は、電解
液１３と接触して電解試料中のイオンに感応する部分で
あり１面積は２０μ×１００μ程度である。

このゲーロ２の部分にゲート絶縁膜を被着する。

ゲート絶縁膜は三層構造とし、各層の厚さはそれぞれ数
１００人から１０００人であり、半導体と接触する下層
は良好な界面特性ば得られるように熱酸化シリコン層（
Ｓｉ０２）１４を用い、その上には窒化シリコン（Ｓｉ
３Ｎ４）等の耐水性が良くイオンが透過しない中間層１
５を被着する。

これによりゲート表面の安定化を行ない電気的特性の向
上をはかる。

この中間層１５の表面には電解試料１３と接触し、対象
とするイオンを選択的に吸着してイオン活量による界面
電位が生じるイオン感応層１６を被着する。

イオン感応層１６としては、例えばナトリウム、カリウ
ム等のアルカリ金属イオンを対象とする場合には、アル
ミノシリケートガラス（Ａ１２０ｓ、Ｎａ２Ｏ、Ｓ
ｔ０２）−ボロシリケートガラス（Ｂ２０ｓ、
Ｓ１０２）を使用する。

なお第２図においで１７は絶縁層を示す。

上記イオン選択電極を用いる従来のイオン活量測定にお
いては、第３図に示すようにイオン活量を測定すべき電
解試料２１を測定容器５０内１こ収容し、この電解試料
２１内にイオン選択電極１８および電解試料２１の電位
を一定にするための比較電極１９をそれぞれ浸漬し、イ
オン選択電極１８のドレインＤをバイアス電源５１に、
ソースＳを抵抗２２を介してバイアス電源５２にそれぞ
れ接続して利得がほぼ１のソースフォロア回路型構成し
、その出力を電圧計２０で読増るようにしでいる。

しかし、イオン選択電極１８は被測定イオンに感応する
と同時に光にも感応するため、第３図に示すように測定
容器５０内に電離試料２１を収容して測定する場合には
、外光の変化が測定結果に重大な影響を及ぼす欠点があ
る。

このような欠点を除去する方法としては、測定容器５０
．イオン選択電極１８および比較電極１９全体を暗箱で
囲って測定することが考えられるが、この場合には装置
全体が大形になる不具合がある。

また、第３図のよう昏こ電解試料２１を測流容器５０に
収容しで測定する場合には多量の電解試料２１が必要と
なり、このため電解試料２１が臨床検査における血液等
の体液である場合には、被検者からの採取量が多くなる
欠点がある。

他方、ガラス電極を用いるイオン活量測定装置として、
貫流形のものが提案されでいる。

この装置は測定すべき複数の電解試料を順次吸引して排
出する流路の一部に比較的容積の大きいセルを設け、こ
のセルにガラス電極および比較電極を増付けたものであ
る。

このような貫流形のイオン活量測定装置はガラス電極の
代わりに、上述したゲート絶縁形電界効果トランジスタ
構造のイオン選択電極を用いて構成することもでき、こ
の場合にはセルを非透光性とすることにより上述した光
による悪影響を容易に除去することができる。

しかし。この装置においではセルの容積が大きいため、
上述したと同様多量の電解試料が必要となり、またこれ
を解決するためにセルの容積を小さくすると。

セルを通しでの電解試料の貫流が困難になったり。

セル内に気泡が混入し易くなって高精度の測定ができな
くなったり、セル内を順次の電解試料の共沈（こよって
洗浄する場合には十分な洗浄する場合には十分な洗浄が
できなくなってコンタミが生じ易くなる等の不具合が発
生する恐れがある。

本考案の目的は上述した欠点を除去し、光に影響されず
、しかも微量のサンプルで常に安定かつ正確にイオン活
量の測定を行ない得るよう適切（こ構成配置したイオン
活量測定装置を提供せんとするにある。

以下図面を参照して本考案を詳細に説明する。

第４図は本考案イオン活量測定装置の一例の構成を示す
断面図である。

本例では電極セル本体２３を非透光部材で円柱状に形成
し、その内部の上面および下面にはそれぞれ円柱状の突
部２５ａ。

２５ｂを一体に形成してこれら突部によって画成される
微小間隔のチャンネル２６を空胴部２４のほぼ中央部に
形成する。

本体２３の上面には突部２５ａを通してチャンネル２６
のほぼ中央に連通ずる遮光筒２Ｔを設け、この遮光筒２
７を介してチャンネル２６と接してイオン電極２８を突
部２５ａに取り付ける。

なお本例に示すイオン電極２８は第３図に示した比較電
極とゲート絶縁形電界効果トランジスタより成るイオン
選択電極とを具える。

このイオン選択電極は、第３図に示したと同様にそのド
レインにはバイアス電源２９を接続し、ソース（こは抵
抗３０およびバイアス電源３１を接続しで出力抵抗の低
いソースフォロア回路を構成し、その出力を直接電圧計
３２で計測できるようＯこする。

また本体２３の下面台こは突部２５ｂを通してサンプル
カップ３３に収容されたサンプル３４をポンプ３５によ
って前記チャンネル２６のほぼ中央でイオン電極２８と
対向する位置から供給するための導入口３６を設けると
共に。

測定に供給するための導入口３６を設けると共に、測定
終了したサンプルを空胴部２４を軽で本体２３の外部へ
排出するための排出口３Ｔを設ける。

更に本体２３の側面には、コンプレッサー３８に連結し
たノズル３９を設け、前記チャンネル２６に供給された
サンプルをノズル３９からの空気噴射によって空胴部２
４を経て排出口３７から排出するように構成する。

次に上述したイオン活量測定装置の動作を説明する。

先ず、ポンプ３５およびコンプレッサー３８をほぼ同時
に作動させで、測定すべきサンプル３４を吸引してこれ
を毛管現象によりチャンネル２６内に満たすと共に、こ
のチャンネル２６内に満たされたサンプル３４をコンプ
レッサー３８の作動によるノズル３９からの空気噴射に
より空胴部２４に吹き飛ばしでチャンネル２６およびイ
オン電極２８を洗滌する。

空胴部２４をこ吹き飛ばされたサンプルは、排出口３γ
を通して電極セル本体２３から排出される。

チャンネル２６およびイオン電極２８の洗滌後、コンプ
レッサー３８の作動を停止すると共１こ、このコンプレ
ッサー３８の作動停止から所定時間経過後ポンプ３５の
作動を停止し、測定すべきサンプル３４をチャンネル２
６内に満たすと共に、これをその表面張力によってチャ
ンネル２６内に保持し、この状態でイオン電極２８によ
るサンプル３４のイオン活量の測定を開始する。

以後、上述した動作を順次繰返し行なうことにより、複
数のサンプルを順次測定することができる。

第４図に示すイオン活量測定装置によれば、イオン電極
２８は非透光性の電極セル本体２３の内部に設けられた
チャンネル２６を形成する突部２５ａ（こ保持されでい
ると共１こ更に遮光筒２７で包囲されているから、外部
光の影響を受けることはない。

また、チャンネル２６はサンプル３４を毛管現象により
満たし、これをその表面張力によって保持するよう昏こ
微小間隙で形成されでいるから、サンプル量が極めて微
量で済むと共に、チャンネル２６の周囲は空胴部２４に
連通しでいるから、サンプル３４内に混入しでいた気泡
は空胴部２４に容易に逃げ、チャンネル２６内にとどま
ることはない。

更に、イオン電極２８と導入口３６とはチャンネル２６
を介して対向しでいるから。

イオン電極２８は常に導入口３６から供給されるサンプ
ル３４に最初に晒されることになると共Ｑこ。

上述したようにチャンネル２６はその周囲が空胴部２４
に連通しているから、イオン電極２８およびチャンネル
２６をほぼ完全に洗滌することができる。

以上述べたように本考案によれば５サンプル量が微量で
済むと共に、イオン電極の光による影響やサンプル中へ
の気泡の混入を有効に防止でき。

しかも洗滌も確実に行なうことができるから、イオン活
量を常に安定かつ正確に測定することができる。

なお１本考案は上述した例にのみ限定されるものではな
く幾多の変形または変更が可能である。

例えば電極セル本体２３は非透光性であればよいから、
これを透光性部材で形成してその外面に黒色の塗料等を
塗工することにより非透光性としてもよい。

また、第４図においてはサンプル３４を突部２５ｂを貫
通してチャンネル２６に導入したが、突部２５ａを貫通
してサンプル３４を導入しでもよく、またノズル３９と
同様（こ側面にサンプル導入口を設けでもよい。

また１本例では突部２５ａ、２５ｂの形状を円柱状とし
たが、サンプル３４はチャンネル２６に表面張力によっ
て保持されるのであるから、その形状は任意に選択可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図はガラス電極の原理を示す線図、第２図ａおよび
ｂはゲート絶縁形電界効果トランジスタのゲート絶縁膜
をイオン感応層としたイオン選択電極の基本構成を示す
平面図および断面図、第３図は第２図に示したイオン選
択電極を用いて電解試料中のイオン活量を測定する場合
の回路図、第４図は本考案イオン活量測定装置の一例の
構成を示す断面図である。２３・・・・・・電極セル本体、２４−・・・・・空胴
部、２５ａ、２５ｂ・・・・・・突部、２６・・・・・
・チャンネル２１・・・・・・遮光筒、２８・・・・・
−イオン電極、２９゜３１・・・・・・バイアス電源、
３０・・・・・・抵抗、３２・・・・・−電圧計、３３
・・・・・−サンプルカップ、３４・・・・・・サンプ
ル、３５・・・・・・ポンプ、３６・・・・・・導入口
、３γ、・。・・・排出口、３８・・・・・・コンプレッサー３９
・・・・・・ノズル

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

ゲート絶縁形電界効果トランジスタ構造を有するイオン
電極を用いてサンプルのイオン活量を測定するイオン活
量測定装置において、非透光性の電極セル本体と、この
電極セル本体内の互いに対向する面の少く共一方に形成
され、測定すべきサンプルを保持するための微小間隙の
チャンネルを画成する突起部と、前記チャンネルにサン
プルを供給する手段と、前記電極セル本体からサンプル
を排出する手段とを具え、前記イオン電極を前記チャン
ネルに露出するように前記電極セル本体に保持したこと
を特徴とするイオン活量測定装置。