JPS6324151A - 溶液中のイオン測定装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はイオン電極法による溶液中のイオン測定装置に
関する。イオン電極法に用いるイオン電極としては既に
種々なものが開発されている。例えばｒ−ｆｆイオンに
感応する電極としてガラス電極が用いられている。この
電極で材料のガラスの組成を適当にするとアルカリ金属
イオンに感応する電極が得られる。このガラス電極は電
気抵抗がきわめて高いので電極電位差測定回路もきわめ
て高い入力インピーダンスを持たせる必要があって電気
計測部の＋１り成が複雑となり、測定操作も難しくなる
。また溶液中のイオン測定において従来は指示電極と参
照電極とを必要とし、参照電極は液絡部で試料溶液とつ
ながっているので、試料液が侵入する可能性があり、使
い方が容易でない。

本発明は固体膜電極に属するもので、電気抵抗が低くて
電極電位差の測定が容易であり、かつ比較的自由に種々
なイオン応答性を持ったイオン電極が得られるようにす
ると共に、種々なイオン応答性が自由に得られることを
利用して参照電極を用いないで、イオン測定ができるよ
うにすることを口〔自としてなされた。

まず本発明の原理について述べる。本発明イオン電極は
均質膜構造のイオン交換膜を利用したものである。イオ
ン交換膜はアニオン又はカチオン（陽イオン）に対し選
択的をこ大きな透過性を有する合成樹脂性の固体膜で、
カチオンに対する。透過性に比しアニオンの透過性が著
しく大きいものがカチオン交換膜、これと反対の性質を
有するものがアニオン交換膜である。これらのイオン交
換Ｗは電解槽において電解生成物質がもとの電解質溶液
と混合して電解能率を下げるのを防ぐ隔膜として、或は
海水の濃縮、淡水化におけるイオンフィルタとして用い
られている。これらの用法は膜を通して電流を流すこと
によりイオンを駆動してイオンの篩い分けを行うと云う
用法であり、イオン交換膜の良否はその膜を通しての電
気伝導度によって評価される。このようなイオン交換膜
を、その膜に対して特異性を有するイオンの異なる濃度
の溶／（Ｍの境界）こ１ｉｉｉ：いて電流を流さなし・
で、再溶液と膜との境界の電ｆηを測定すると、夫々の
境界の電位は夫々の溶液中に存在する特定イオンあ濃度
に関係し、その電位発生速度は溶液中のイオン濃度の変
化Ｑこ瞬間的（１０ｍ５ｅｃ以下）に対応することが発
見された。また平衡状態において膜の両面の境界面電位
はネルンストの理論式によく一致する。したがって両面
の電位を夫々ｅ１．ｅ２とし、両面に接する溶液中の当
該イオンの活量の比をａｉとすれば、 Ｔ Ｅ−ｅｌ＋ｅ２−Ｅｏ＋２３０３　了ｉΣＪｏｇ　　ａ
ｉ　　ボ／Ｌ’　　トで与えられる。こＮでＲはガス定
数、Ｆはフ７ラディ定数、Ｔは絶対温度、ｎは関与する
イオンの原子価で、−価イオンの場合２５°ＣＡこおい
て上式％式％ となり、膜の片側の溶液のイオン濃度が１０倍変化する
とＥは約５９ｍＶ変化することになる。本発明はイオン
交換膜について見られる上述した現象を利用するもので
ある。

イオン交換膜はアニオン交換膜とカチオン交換膜とがあ
るが、これらの膜は一般に同極性のイオンの中でのイオ
ンの荷電数による選択度には余り差がなく、同極性のイ
オンを荷電数によって選別すると云う性能は持っていな
い。しかし適当な製造法によって一価のイオンを選択的
に透過させるアニオン交換膜或はカチオン交換膜を作る
ことができる。１ＪＴＡ常のイオン交換膜は合成樹脂分
子にアニオン交換基或はカチオン交換基のみを結合させ
であるが、アニオン交換基とカチオン交換基の両方を結
合させた樹脂膜では多価イオンの移動が困難となる。そ
こで両イオン交換基の含有比を適当にすることによって
一価アニオンを選択的シこ透過する一＝　ｆ＋１ｉｉア
ニオン交換膜、−価カチオンを選択的（こ透過する一価
カチオン交換膜が得られ（例特公１１ｔ；３３８５１５
号明細書）、電解におけるイオン選択透過を目的とした
ものが現在市販されている。更に上記したイオン交換基
の配合を適当にすると一価イオンの中で更に選択性を限
定することが可能である。従って電解という現象とは無
関係に、膜に電流を流さないで境界面電位を測定すると
いう本発明の手法）こよれば−価アニオンに選択的に感
応する電（（μ、アニオン全般に感応する電極、−価カ
チオンに感応する電極、カチオン全般に感応する電４；
りλ更には一価アニオン或はカチオンの中でも更に限定
されたグループ）こ感応する電極を任意に＋！’ｊ成す
ることができる。このことを利用するのが本発明の大き
な生、１徴である。

試料は一般瘉ことのようなイオンを含んでいるか予め判
っており、その中の特定のイオンの濃度を測定したいと
云う場合が多い。そのようなとき本発明に係るイオン電
極を適当に組合せると目的が＋＋ 達せられる。例えば多価イオンとしてはＣａ　　のみを
含んでおり一価カチオンとして色々なものが＋＋ 含まれている試料でＣａ　　の濃度を知りたいときはカ
チオン交換膜を用いたカチオン一般に感応する電極と一
価カチオン交換膜を用いた一価カチオン感応電極と参照
電極とにより、この４　ａｈ、電極と上記各イオン電極
間の電位差を測定し、その測定値の一方に適当な倍数を
掛けて両側定値の差を求＋＋ めれば−価カチオンの影響が消去され、Ｃａ　　のによ
って本発明を詳説する。図に本発明の一実施例装置伝承
す。１は指示電極槽、２は基準電極槽、３はイオン濃度
を測定しようとづる試料溶酸である。指示室６ｆｉ＋’
！Ｖｌの底）２１開口とし７、そこにイオン交換膜４を
張設し、指示電極槽１内に電極内部１夜５を入れ、イオ
ン交換膜４が試料溶液３と電極内部液５との境界をなす
ようにする。電極内部液５としてはイオン交換膜４の選
択性に従い、そのイオンの既知濃度（または既知活量）
の溶液を用いる。例えば−価アニオンの測定が目的の場
合、イオン交換膜４としては一価アニオン交換膜が用い
られ、電極内部液５にはＣｌイオンのような一価アニオ
ンの溶液としてＫＣＩの溶液等を用いる。電極内部液５
内に電極６を挿入する。内部電極６としては一般にカロ
メル電極や塩化銀電極のよ・うな単極電位の安定なもの
を用い、これを直接電極内部液５内に挿入する。基準電
極槽２は指示電極槽て挿入する。

血液中のＣａイオン濃度を測定しようとする場合、血中
の二価カチオンとしてはＣａイオンが大部分を占めるか
ら、指示電極槽１にはカチオン交換膜をイオン交換膜４
として張設し電極内部液５としてＣａＣｌ２溶液を用い
、他方の基準電極槽２には一価カチオン交換膜をイオン
交換膜４として張設し電極液としてＮａＣ１溶液を用い
、夫々の電極内部液にはカロメル電極を挿入する。カチ
オン交換膜を張設した指示電極槽のカロメル電極の電位
は血中のＣａ　、　Ｎａ　＋　Ｋ等のカチオン全体の濃
度に応じたものであり、−価カチオン交換膜を張設し。

た指示電極槽のカロメル電極の電位はＣａ　（オンを除
いた一価カチオン全体の濃度に応じたものである。予め
血中カチオンと同じカチオンを既知濃度で含む試験液を
用いて」ユ記２つの測定値の差が既知Ｃａイオン濃度を
示すように回路調節を行っておくと、任意の血中Ｃａ　
（オン濃度の指示が９！Ｊられる。

一般に測定しようとするカチオン或はアニオンを含みカ
チオン或はアニオン全般又は或る範囲のカチオン或はア
ニオンに選択性を持つイオン交換膜を一方の電極に用い
、測定しようとするイオン或はそれを含む一群のカチオ
ン或はアニオンに選択性を持たないイオン交換膜を他の
重臣に用いることによって目的以外のイオンによる電位
を相殺してＬＩ的イオンの測定を行うことができる。

イオン交換膜は電解質溶液中で導電性をもつから、イオ
ン電極とした場合電気抵抗が低く、電位差測定回路は高
入力インピーダンスとする必要がなく電極電位差の測定
が容易である。また前述したように多種類のイオン選択
性を持ったイオン電極を任意に作ることができるので、
それらの電極の組合せで参照電極なしに色々な特定イオ
ンの測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例装置の縦断側面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 測定しようとするイオンを含み広い範囲のイオンに対し
   選択的に透過性を有するイオン交換膜を一方の電極の電
   極膜とし、測定しようとするイオン或はそのイオンを含
   む或る範囲のイオンに対して透過性を有さず、他のイオ
   ンについては上記イオン交換膜と同様の透過性を有する
   イオン交換膜を他方の電極の電極膜として、両電極間の
   電位差を測定するようにしたことを特徴とする溶液中の
   イオン測定装置。