JPS63289444A - イオン選択性センサ及びその校正方法 - 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】 本発明はイオン選択性センサ及びその校正方法に関する
ものである。特に、本発明はイオン選択性電極に関する
ものである。

普通、イオン選択性電極は混合イオン溶液中の１種のイ
オンを分析したい場合に分析に使用される。標準基準電
極とイオン選択性電極（ＩＳＥ）との間に電位を設定す
る。この電位は電極／溶液の界面におけるイオン交換に
よって決まる。選択性は、問題とするイオンのみを電極
表面と接触できるようにすることにより、あるいはイオ
ン透過担体を適切に選択することにより達成することが
できる。

最近まで、イオン選択性電極はその構造にガラス膜が使
用されていたため、大型になり、価格が高く、壊れ易い
傾向があった。被覆線電極（ＣＷＥ）はイオン選択性層
、例えばポリ塩化ビニルマトリックス中のイオン透過担
体からなるイオン選択性層で被覆された電線からなる感
応電極を有する。被覆線電極は従来のイオン選択性電極
と結び付いているいくつかの問題を克服することができ
たが、電線と選択性被覆との間の接触が悪いため規定の
「内部」電位を有していない。従って、被覆線電極は使
用前に注意して校正する必要がある。さらに、被覆線電
極は性質が容量性であり、分析混合物中に電荷を分散さ
せることのできるイオンが存在しているために、使用中
に読取り値が変動する傾向がある。

細条状イオン選択性電極は最近になって入手できるよう
になり、イオンセンサの基礎になっている。このような
イオン選択性電極は小型であり、使い捨て可能で、価格
が高くなく、例えば国際公開（ＷＯ）第８５１０２２５
７号に記載されている。細条状センサは本質的に、基準
電極、例えば銀／塩化銀の基準電極と、イオン選択性膜
で被覆することによりイオン選択性にした感応電極とを
具えている。

イオン選択性センサの校正はなお厄介であって、精確に
校正するには使用前にセンサを標準溶液にさらす必要が
ある。次いで標準溶液を取り除（際に、電極が損傷を受
けることがある。

本発明においては、標準濃度のイオンを含有し、電極表
面を被覆する除去可能なヒドロゲル層を細条状センサの
上に設けることにより、細条状センサを簡単に校正する
ことができることを見い出した。

従って、本発明は、第１の点において、基準電極及び感
応電極を具え、さらに既知の濃度の選択されたイオンを
含有しかつ前記両電極を架橋する除去可能な親水性ゲル
すなわちヒドロゲルの層を具えるイオン選択性センサを
提供する。

イオン選択性センサは理想的には使い捨て可能な細条で
あるのが好ましい。感応電極は例えばグラファイトまた
は銀で作ることができ、細条状基板上にこの細条の長さ
に沿って延在する導電性細条として被着させ、例えばス
クリーン印刷によって被着させて、読取り装置と電気的
に接触させることができる。ベースはポリカーボネート
のような適当に不活性な基板で作る。感応電極上に設け
られたイオン選択性膜（例えば、ニブトン・エル・及び
キング・ビー・ニー・　［トレース・アナリシス」工、
第１頁以降（１９８５）参照）が選択性を提供する。残
りの露出している表面はポリカーボネートのような不活
性層で被覆し、これにより保護作用を行いかつ両電極と
の制御されてない接触を防止することができる。

普通、基準電極は従来の材料で作られ、例えば−５＝ 銀／塩化銀を含むことができる。血液中のイオン濃度の
測定に使用する場合に電位の移動を防止するには、基準
電極を適当な疏水性保護層で被覆することができる。

本発明のセンサの好適例では、感応電極の内部電位は電
極とイオン選択性膜との間にヒドロゲル層を存在させる
ことにより一層良好に規定される。

これは、選択されたイオンを使用して膜と電極との接触
を一層緊密にするのに役立つ。また、類似のヒドロゲル
層を基準電極に設けた場合にも、読取り値のレゾリュー
ジョン（ｒｅｓｏｌｕ　Ｌｉｏｎ）が一層改善されるの
が観察される。

従って、本発明の好適例は、さらに感応電極及び基準電
極の上にそれぞれイオン選択性膜及び保護膜を有し、各
膜が上述の親水性ゲル層によってそれぞれの電極から分
離されている、上述のイオン選択性センサを提供する。

この例では除去可能な校正用の層が望ましいが、この層
は必須要件ではなく、校正用の層を有していない例も本
発明の範囲内にある。

性能の改善、すなわち異なる電極に対する読取り値の間
の標準偏差における顕著な驚くべき減少は、ゲルと膜／
電極との間の有効で実質的に全体の電気的接触に起因す
る。膜を電極上に直接設けた場合には、電気的接触の性
質及び一様性を保証することができない。

本発明の一つの利点は、電極を被覆している膜が水和状
態に維持されている点にある。従って、読取り値を校正
し安定化する手段のほか、分析中の読取りに要する時間
を短縮する手段が提供される。これは、先ず膜を水和す
る必要がある場合には、読取りに要する時間がこのため
に少くとも部分的に長くなるからである。

親水性の校正用の層はヒドロゲルであるのが好都合であ
り、この層は標準量の選択されたイオン、例えば、カリ
ウム電極の場合には１　ｍＭの塩化カリウムのようなカ
リウム塩を含有する。

校正用の層は電極製造中に設けることができ、生成した
組立体は使用する必要が生じるまで、密封袋または密封
容器のなかのような湿田条件下に維持する。最初の測定
を行い、次いで層を除去し、試験混合物を入れ替え、分
析を行う。

本発明は、その第２の点において、既知濃度の選択され
たイオンを含有する除去可能な親水性ゲル層が基準電極
と感応電極とを架橋している状態において、センサから
読取りを行うイオン選択性センサの校正方法を提供する
。

次に本発明を図面を参照して例について説明する。

第１図に示すように、感応電極１及び基準電極２はポリ
カーボネート基板３の上に長手方向の導電性細条として
印刷されている。基準陰イオン（ｒｅｆｅｒｎｃｅ　ａ
ｎｉｏｎ）の親油性塩、例えば、テトラ−（オクタデシ
ル）アンモニウム化合物を含有する疏水性膜、または薄
いイオン透過性膜が基準電極細条２の上に流込み成形（
ｃａｓｔ）またはスクリーン印刷されており、同様にイ
オン選択性膜５が感応電極細条１の上に流込み成形また
はスクリーン印刷されている。選択されたイオンを含有
するヒドロゲルキャリブレーク層６が図示するように両
電極の上に設けられている。実際に、キャリブレータ層
６はセンサ細条と平坦に積層させ、使用前に校正読取り
を行う。次いでキャリブレータ層６を除去し、分析を行
う。

第２図では、さらに絶縁層７がセンサを被覆しており、
膜４及び５（図示せず）のみがキャリブレータ層６及び
分析溶液に対して露出している。

この場合には、両電極上の特定の区域に対する分析溶液
の接触が限定され、従って両導電性細条間の短絡が防止
される利点がある。

第３図は電極電位（標準カロメル電極に対するｍＶで測
定）と試料中のカリウムイオン濃度（Ｌｏｇ　ｍＭ）と
の関係を示す片対数グラフである。

この関係は線状であり、従って簡単な読取り装置を使用
できることが分る。

第４図では第１図の場合と同じ部材を同じ符号で示した
。ただし、絶縁層７が導電性細条を保護し、膜４及び５
のみが露出している。

第５図は第４図の線ｘ−ｘに沿った断面図であって、一
定濃度の選択されたイオンを含有する内＝９一 部ヒドロゲル８を示している。これは電極／膜の界面を
標準化する作用をする。従って、膜４及び５はそれぞれ
ヒドロゲル８によって導電性細条１及び２から分離され
ている。

第６図は第４図及び第５図の内部で標準化されているセ
ンサを使用した場合に、誤差限界が小さくなることを示
す。この場合には３個のセンサを使用した。第６図にお
いても、片対数プロットは電極電位（（Ｅ　−４０）　
／　ｍＶ）と試料中に存在するカリウムイオン濃度（Ｌ
ｏｇ　ｍＭ）との関係を示す。

電位差測定値の分布は極めて狭く、従ってこのタイプの
センサを使用すると高度の再現性が得られることが分る
。

次に本発明のセンサの製造方法及び使用方法を実施例に
ついて説明する。

第７図に断面が示されているセンサは、２個の０．５　
ｍｍポリカーボネート層３，７をアクリル系トランスフ
ァー接着剤によって貼合せ、眼中に５％の塩化銀を存在
させた導電性細条用子ンクーによって下層３上に銀／塩
化銀電極細条１を設け、これにより一端における接触部
によって電気的に接続させ、この電極細条１が感応端に
おける上層７中の孔１４を通って露出するようにするこ
とにより、製造した。上層７中の孔１４すなわち井戸に
はカリウム含有ヒドロゲル８（グリセリンを含有してい
るゼラチンゲルである）が満たされ、銀／塩化銀電極細
条１に関して安定な「内部」電位が与えられた。

次いで、ポリ塩化ビニルと可塑剤（例えば、セバシン酸
ジオクチル）との溶液から製造した基準電極膜４及び感
応電極膜５で孔１４を封鎖した。感応電極膜にはパリノ
マイシン及びテトラキス（４−クロロフェニル）ホウ酸
カリウムを含有させ、基準電極膜はさらに溶媒を使用し
て一層薄い膜にすることによりイオン透過性にした。こ
れらの膜を校正用のヒドロゲル層６で被覆し、この層が
なお溶融状態にある間に細かいナイロン網１３をヒドロ
ゲル層６の上に載置してこの層中にキー止めした。この
ようにして校正後にヒドロゲル層を引離すために使用さ
れるタブを作った。

測定は、センサを電圧測定装置に挿入し、このセンサを
校正用ヒドロゲル層６で被覆して試験電位を記録するこ
とにより行った。次いでヒドロゲル層６を除去し、この
代りに分析試料を置いた。

得られた平衡電位を正しく記録した。使い捨て細条状セ
ンサ間の小さい差を除くために校正を行った値を第１表
に２個の測定値間の差（Δ）として示す。

いくつかのバッチからの細条状センサを使用し、このよ
うにして７　ｍＭＫｃｊ！／１４０　　ｍＭＮａ　Ｃ１
中のに″溶液を測定した結果は、次の通りであった。

９　　　４７．１　　　２．１９　　　　　　５５．７
　　　０．６５１１　　　４６．０　　　３．１７　　
　　　　５５．０　　　２．０９１０　　　４９．９　
　　２．９５　　　　　５Ｂ、４．０．７１１０　　　
４３．３　　　２．８９　　　　　　５３．５　　　１
．５６同様にして、血液試料：４．２　　ｍＭＫ”を使
用し、ツバ（商品名、Ｎ０ＶＡ）分析装置によって行っ
た比較分析結果： ｕ　　　９４．４　　４．０１　　　　９９．９　　１
．４３ただし、ｎ−試験した所定のバッチからの電極数
。比較分析はツバ１１型Ｎａ”　、Ｋ”　、Ｌｉ＋分析
装置を使用して行った。

それぞれの場合に、各ロフト間の使い捨て細条状センサ
間の差を除くことにより、各群における測定値の標準偏
差が有意に小さくなることが分る。

同様にして、これらの細条状センサを使用し、多数の血
液試料のに゛濃度を測定して相関関係を検討した。使い
捨て細条状センサがらの結果をこのようにして補正した
場合に、相関関係（Ｒ）及びｓｙｘ値（Ｘの平均値に基
づく回帰線に関するデータ（Ｙ）の残留標準偏差）は有
意に改善された。

第８図のグラフは下記の第２表中の補正値の基礎になる
結果を示す。ｙ軸はｍＶ−６０（ｙ）で表わした電位差
を示し、ｙ軸はＬｏｇ　　（Ｋ”　／　ｍＭ）　ｘｌｏ
を示す。

第−Ｉ−表 末■正■至　　　　　　難−正一重 ＲＯ，９７４０’、９８８ ｓｙｘ　　２．６１ｍＶ　　　　　　　’　　１．７８
　　ｍＶ

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のセンサの一例の斜視図、第２図は第１
図のセンサの縦断面図、 第３図は第１図のセンサを使用した場合の電極電位とカ
リウム濃度との関係を示すグラフ、第４図は本発明のセ
ンサの他の例の斜視図、第５図は第４図のセンサの線Ｘ
−Ｘに沿った断面図、 第６図は第４図のセンサにおける校正用グラフ、第７図
は本発明のセンサのさらに他の例の第５図と同様な断面
図、 第８図は第７図のセンサを使用して得た試験結果を示す
グラフである。 １・・・感応電極（導電性細条） ２・・・基準電極（導電性細条） ３・・・基板（下層、ポリカーボネート層）４・・・疏
水性膜（基準電極膜） ５・・・イオン選択性膜（感応電極膜）６・・・キャリ
ブレータ層（ヒドロゲル層）７・・・絶縁層（上層、ポ
リカーボネート層）８・・・ヒドロゲル　　　　１３・
・・ナイロン網１４・・・孔 ＦＩＧ、２゜ Ｆ　Ｉ　Ｇ、６゜ ＦＩＧ　７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基準電極及びイオン選択性電極を具えるイオン選択
   性センサにおいて、 既知濃度の選択されたイオンを含有する除 去可能な親水性ゲル層が校正のために検体と接触してい
   る前記両電極の部分を架橋していることを特徴とするイ
   オン選択性センサ。 ２、センサが使い捨て細条状センサである請求項１記載
   のセンサ。 ３、ゲルがヒドロゲルである請求項１または２記載のセ
   ンサ。 ４、イオン選択性がイオン選択性膜によって提供されて
   いる請求項１〜３のいずれか一つの項に記載のセンサ。 ５、基準電極は基準陰極イオンの親油性塩を含有してい
   る疏水性保護膜を有する請求項４記載のセンサ。 ６、疏水性膜は高可塑化ポリ塩化ビニルで作られている
   請求項５記載のセンサ。 ７、ゲル層が膜と電極とを分離している請求項４〜６の
   いずれか一つの項に記載のセンサ。 ８、除去可能なゲル層を有していない請求項７記載のセ
   ンサ。 ９、カリウムイオンを検出するための請求項１〜８のい
   ずれか一つの項に記載のセンサ。 １０、請求項１〜７のいずれか一つの項に記載のセンサ
   を校正するに当り、 電極を架橋しているゲル層を除去する前に、前記センサ
   を校正するために読取りを行うことを特徴とするセンサ
   の校正方法。