JPS61128945A - 経皮血中ガスセンサ− - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）発明の属する技術分野 本発明は経皮血中ガスセンサーに関し、より詳細には２
種類の血中ガス濃度を同時にかつ正確に測定できる経皮
血中ガスセンサーに関する。

（ロ）従来技術とその問題点 ２種類の血中ガス濃度の測定の例として代表的には血中
酸素ガスと炭酸ガス濃度の測定があげられ、以下この例
に関し説明する。第４図および第５図は本出願人の特７
顆昭５８−１２６３９６に示された従来の経皮血中ガス
センサーの一例の断面図およびその電極本体部の端面図
である。２は直径約３１１Ｌ、長さ約６ｕのリチウムガ
ラスメンブレンを持つＰＨガラス電極である。このガラ
ス電極と一体をなす絶縁支持ｗ１の外周上に厚さ約２０
μの白金箔３がエポキシ接着剤で貼付けられている。

また白金箔３の外周にはパイレックスガラス（登録商標
）製の内径的３．１　＊ｘ、外径約５ｇ５ｇ、長さ約５
ｕの絶縁体４がエポキシ接着剤で固定されている。さら
に絶縁体４の外周には銀／塩化銀の参照電極５が配置さ
れ、以上が電極本体部１２を構成している。すなわち、
内側から外側に向かってＰＨガラス電極２、白金電極３
および銀／塩化銀電極５の順に概ね同心状に電極が配置
されている。

なお、銀／塩化銀の参照電極５は基体は銀で構成され、
皮膚の充血を起こさせるための加温機構、すなわちヒー
タ８、および感温素子６が内蔵されている。参照電極５
の電解液に接すべき端面には電極本体部の組立が完了し
た後に０．ＩＮの塩酸中で別の白金線を陰極、参照電極
５０基体の銀を陽極として１　ｍＡｌｔ−の電流密度で
□□□分関分解電解塩化銀を表面に析出させ銀／塩化銀
電極とした。

上記ガラス電極２、白金箔３、絶縁体４および参照電極
５とからなる電極本体部１２はナイロン樹脂製のケーシ
ング１３の内部に収容・固定されプリアンプ７および配
線を含む空間はエポキシ樹脂で充填されている。

また、電極本体部１２の端面は重炭酸イオンを含む電解
液を保持するガス透過性メンズレン１０により覆われ、
メンブレン１０はメンブレンホルダ９およびメンブレン
固定リング１１によりケーシング１３に一体に固定され
ている。以上により経皮血中ガスセンサーが完成されて
いる。

上記経皮血中ガスセンサーにおいて酸素ガス濃度の測定
は白金電極３を陰極、銀／塩化銀電極５を陽極としてポ
ーラログラフ的に行われる。また炭酸ガス製置の測定は
重炭酸イオンを含む電解液を用い、炭酸ガスによる電解
液のＰＨ変化を測定することにより行われる。この際、
電解液のＰＨはＰＨガラス電極２と銀／塩化銀電極５の
電位差により読みとられる。

しかしながら上記従来の経皮血中ガスセンサーにおいて
は酸素ガスと炭酸ガスを同時に検出する場合、炭酸ガス
の測定値に酸素ガス測定による影響が入るという欠点が
あった。すなわち被測定ガス中の炭酸ガス濃度を一定に
保ち酸素ガス濃度のみを変化させた場合、本来一定値を
示すべきセンサーの炭酸ガス測定値が変化するものであ
る。したがって炭酸ガス測定値に誤差が生じることにな
り実用上問題があった。この原因は下記によるものであ
る。すなわち、酸素ガス濃度測定の際白金電極３と銀／
塩化銀電極５の間に電解電流が流れるが電解液層が非常
に薄いため大きな液抵抗をもち両極間に電位勾配を生じ
る。この電位勾配が炭酸酸ガス濃度測定におけるＰＨガ
ラス電極２と銀／塩化銀電極５０°１位差に加算されて
計測されるためである。

（ハ）発明の目的 本発明は上記従来の事情に鑑みなされたものであって、
２穐団の血中ガスを同時に検出する際、一方の測定値が
他方の測定による影響を５けることのない経皮血中ガス
センサーを提供することを目的とする。

に）発明の構成 本発明はＰＨ電極と貴金属電極と銀／塩化銀電極とが概
ね同心状に配置された電極本体部を有する経皮血中ガス
センサーにおいて、銀／塩化銀電極がＰＨ電極と貴金属
電極との間に配置されたことを特徴とする。

これにより２種類の血中ガスを同時に検出する際、一方
の測定値が他方の測定による影響を５けることが防止さ
れる。

（ホ）発明の実施例 第１図は本発明による経皮血中ガスセンサーの一例とし
ての血中酸素ガスおよび炭酸ガス同時測定用センサーの
側面断面図である。本センサーは概略的には電極本体部
２９、メンブレンホルダ部２１、加熱部２４から構成さ
れている。１６は直径約２龍、長さ約５朋のリチウムガ
ラスメンブレンを持つＰＨガラス電極である。このガラ
ス電極の絶縁支持管１５の外周に内径約２ｘｒｘ、外径
約３ｕ、長さ約５１１の銀／塩化銀電極１７が配置され
ている。Ｖ塩化銀電極１７の外周にはパイレックスガラ
ス（登録商標）製の内径約３朋、外径約４．４朋の絶縁
体１９が配置され、さらにその外周には貴金属薄層、た
とえば厚さ約２０μの白金箔または貴金属細線からなる
貴金属電極１８が端面が露出するように配置される。貴
金属細線を用いる場合には、１本でも複数でもよいが、
複数本の場合は、円周上に等間隔に配置されるのが好ま
しい。さらに貴金属電極１８の外周にはパイレックスガ
ラス製の内径約４．５ｎ、外径約６Ｈの絶縁体２０が配
置されている。以上が電極本体部２９を構成している。

なお貴金属電極の材質は白金によらず金でも良い。第２
図は電極本体部２９の構成を端面図で示したものである
。

電極本体部２９の端面ば従来技術で述べたと同様、電解
液２２を保持するガス透過性メンズレン２３により覆わ
れ、メンブレン２３はメンブレンホルダ２１に接着固定
されている。最外周の加熱部２４は皮膚の充血を起こさ
せるためのものでヒーター２５および感温素子２８が内
蔵された熱伝導体より構成されている。上記ガラス電極
１６、銀／塩化銀電極１７、絶縁体１９、貴金属電極１
８および絶縁体２０とからなる電極本体部２９およびプ
リアンプ２６および配線はケーシング２７に収容固定さ
れている。

本発明による経皮血中ガスセンサーにおいても従来技術
で述べたと同様に酸素ガス濃度の測定は貴金属電極１８
を陰極、銀／塩化銀電極１７を陽極としてポーラログラ
フ的に行われ、また炭酸ガス濃度の測定は重炭酸イオン
を含む電解液を用い炭酸ガスによる電解液のＰＨ変化を
ＰＨガラス電極１６と銀／塩化銀電極１７の電位差から
読みとることにより行われる。ここで上記電極配置によ
ればそれぞれの測定に係る電位差は銀／塩化銀電極１７
の互いに反対側に生ずるため、互いに影響を及ぼしあう
ことがなくなるのである。

なお上記実施１ｆｌＪにおいては血中炭酸ガス濃度測定
用のＰＨ電極としてガラス電極を使用した場合を例にと
って説明したが、ＰＨ電極としてはガラス電極の他に酸
化アンチモン、酸化パラジウム、酸化イリジウムなどの
金属酸化物を用いることもできる。

また、本発明における経皮血中ガスセンサーにおいて上
記貴金属電極１８は電極における目的ガスの消費を減ら
すことにより血管中から皮膚表面に至るガス濃度勾配を
小さくし皮膚表面におけるガス濃度を血管中の値にでき
るだけ近似させることができるよう薄い方が好ましく、
資金＾箔の場合は具体的には少な（とも１００μ以下、
できれば２０μ以下が好ましい。また貴金属細線の場合
は１００μ以下できれば２０μ以下が好ましい。ただし
貴金属箔から構成する場合には製作の困難さおよびコス
トの点から数μが限度となり、これより薄くするには物
理的デポジション法により貴金属電極を構成する必要が
ある。

物理的デポジション法による場合には貴金属層の厚さが
薄い方が製作上有利であるが、導電性を維持し、および
信号電流の減少を防止し測定の信頼性を保つ点から電極
の貴金属層の厚さは０．０２μ以上が望ましい。

第３図はガラス製絶縁管１９外周上に物理的デポジショ
ン法により貴金属電極を形成する方法を示すＯ 前述のガラス製絶縁管１９０表面を塩酸で洗い、次に蒸
留水で洗浄した後エタノール洗浄し乾燥する。次に、こ
のガラス製絶縁管を第３図に示されるイオンスパッタリ
ング装置３４に設置する。なお、本例ではスパッタリン
グのターゲット３５として白金板を用いている。

この白金板は使用に先だって熱塩駿で洗い、続いて蒸留
水および熱エタノールで洗浄し乾燥されている。スパッ
タリング装置はいったんＩ　Ｘ　１０−’ｙｘ＊ＨＩ以
下の真空度まで減圧された後、アルゴンをノズル３６か
ら４．５　Ｘ　１１０−２ｍ１ＬＨのガス分圧になるよ
うに流しつつターゲツト３５〜アース３７間に２．２　
ＫＶの高圧を印加し、ス・モツタリング電流を０．３ｒ
ｎＡに保持スる。スパッタリング中、ガラス製絶縁管１
９は白金ターゲットから７ｃｍの位置におき、２０回転
／分で回転させつつガラス製絶縁管の外周全域に均一に
白金が被覆されるようにする。この条件でス・ξツタリ
ングを３０分間継続し、厚さ０．０７８μの白金層を得
た。こうして得られた白金層を前述の白金箔からなる貴
金属電極１８のかわりに用いることができろ。

なお、貴金属電極形成のための物理的デポジション方法
として上記イオンスパッタリング法の他に公知の真空蒸
着法、スパッタ蒸着法、クラスターイオン蒸着法等を用
いることができる。

次に、本発明にかかわる経皮血中ガスセンサーを便用し
経皮血中ガスａ度を測定した実験データを従来のセンサ
ーと比較して以下に示す。ここで下表中「ＣＯ２測定」
欄はＰＨガラス電極１６と銀／塩化銀電極１７間の電位
差を示し、「０２測定」欄は貴金属電極（白金電極）１
８と銀／塩化銀電極１７間の電流値を示している。

下表１は従来のセンサー（図４，５参照）において酸素
ガス測定を行わず（すなわち白金電極に電流を流さずに
）炭酸ガスのみの測定を行った場合を示す。このときは
酸素ガスの存在し・がんにかかわらず炭酸ガス＃度が一
定であれば一定の炭酸ガス測定値が得られる。

下表２は同じ（従来のセンサーを使用し、炭酸ガス測定
と同時に酸素ガス測定を行った場合を示す。表から分る
ように炭酸ガスと酸素ガスが同時に存在する状態にては
酸素ガス測定電流のため電解液層に電位勾配を生じ、炭
酸ガス測定にて炭酸ガスのみが存在する場合の測定値と
同じ１５　ｍＶを示すべきところが一５５ｍＶと大幅に
測定値の狂いが生じて〜・る。

一方、下表３は本発明のセンサー（図１．２参照）にお
いて酸素ガス測定を行わず（すなわち白金電極に電流を
流さずに）炭酸ガスのみの測定を行った場合を示す。こ
のときは表１の場合と同様、酸素ガスの存在いかんにか
かわらず炭酸ガス濃度が一定であれば一定の炭酸ガス測
定値が得られる。

下表４は同じく本発明のセンサーにおいて炭酸ガス測定
と同時に酸素ガス測定を行った場合を示す。炭酸ガスお
よび酸素ガスが同時に存在している状態においても炭酸
ガス測定値は炭酸ガスのみが存在する場合と同一の値に
保たれ酸素ガス測定による影響を全く５汁ていないこと
が証明される。

表１ 表２ 表３ 表４ 以上の本発明の実施例においては、電極本体部の構成と
し℃内周から外周に向かってＰＨ電極、銀／塩化銀電極
そして貴金属電極の順で配置されていたが、上記実施例
と逆に内周から外周に向かって貴金属電極、銀／塩化鋏
電極そしてＰＨ電極の順で配置することも可能である。

また本発明による経皮血中ガスセンサーの適用対象とし
ては、前述したように、一般には常時血液中に含まれて
いる酸素、炭酸ガスの測定が代表的である。特別な場合
として循環器系および呼吸の状態を調べるため、体内に
水素ガスをいれ水素ガスが体内から抜けていく状態を調
べる、いわゆる水素クリアランステストにおいて、水素
ガスを対象とした測定が行なわれる場合がある。本発明
による経皮血中ガスセンサーは電極電圧等の条件を変え
るだけで経皮水素および炭酸ガス濃度測定にも適用可能
である。

（へ）発明の効果 以上のように本発明はＰＨ電極と貴金属電極と銀／塩化
銀電極とが概ね同心状に配置された電極本体部を有する
経皮血中ガスセンサーにおいて、銀／塩化銀電極がＰＨ
電極と貴金属電極との間に配置されたことを特徴とする
。

これにより第１と第２の血中ガスの濃度を同時に測定す
る場合、第１の血中ガス濃度測定において貴金属電極と
銀／塩化銀電極との間に生ずる電位勾配と第２の血中ガ
ス濃度測定においてＰＨ電極と銀／塩化銀電極との間に
生ずる電位差とが互いに影響を及ぼしあうことがなくな
るので、第１と第２の血中ガス濃度を同時測定する場合
において一方の測定が他方の測定値に影響を与えること
が避けられ、したがって両者を同時にかつ正確に測定す
ることが可能とされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかわる経皮血中ガスセンサーの側面
断面図、第２図は第１図に示すセンサーの電極本体部の
端面図、第３図はガラス製絶縁管の外周上に物理的デポ
ジション法により貴金属電極を形成する方法を示す概念
図、第４図は従来の経皮血中ガスセンサーの側面断面図
、第５図は第４図に示すセンサーの電極本体部の端面図
。 ２．１６・・・ＰＨ電極　　　５，１７・・・銀／塩化
銀電極３．１８・・・貴金属電極　　１２　、２９・・
・電極本体部特許出願人　住友電気工業株式会社 （外５名）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＰＨ電極と貴金属電極と銀／塩化銀電極とが概ね
   同心状に配置された電極本体部を有する経皮血中ガスセ
   ンサーにおいて、銀／塩化銀電極がＰＨ電極と貴金属電
   極との間に配置されたことを特徴とする経皮血中ガスセ
   ンサー。
2. （２）ＰＨ電極が銀／塩化銀電極の内周側に配置された
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の経皮血
   中ガスセンサー。
3. （３）貴金属電極が銀／塩化銀電極の内周側に配置され
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の経皮
   血中ガスセンサー。
4. （４）貴金属電極が貴金属線または貴金属箔または物理
   的デポジション法により形成された貴金属層からなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項に記載
   の経皮血中ガスセンサー。
5. （５）ＰＨ電極がＰＨガラス電極または金属酸化物電極
   からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
   ３項に記載の経皮血中ガスセンサー。
6. （６）物理的デポジション法がイオンスパッタリング法
   、真空蒸着法、スパッタ蒸着法またはクラスターイオン
   蒸着法のいずれかであることを特徴とする特許請求の範
   囲第４項に記載の経皮血中ガスセンサー。
7. （７）貴金属電極が白金または金からなることを特徴と
   する特許請求の範囲第４項に記載の経皮血中ガスセンサ
   ー。