JPS6351503B2 - - Google Patents

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JPS6351503B2
JPS6351503B2 JP56190456A JP19045681A JPS6351503B2 JP S6351503 B2 JPS6351503 B2 JP S6351503B2 JP 56190456 A JP56190456 A JP 56190456A JP 19045681 A JP19045681 A JP 19045681A JP S6351503 B2 JPS6351503 B2 JP S6351503B2
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JP
Japan
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electrode
pair
temperature
redox
potentiometric
Prior art date
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Expired
Application number
JP56190456A
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Japanese (ja)
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JPS57116245A (en
Inventor
Daburyu Rosu Junia Jeemusu
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ORION RISAACHI PUERUTORIKO Inc
Original Assignee
ORION RISAACHI PUERUTORIKO Inc
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Publication date
Application filed by ORION RISAACHI PUERUTORIKO Inc filed Critical ORION RISAACHI PUERUTORIKO Inc
Publication of JPS57116245A publication Critical patent/JPS57116245A/en
Publication of JPS6351503B2 publication Critical patent/JPS6351503B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28Electrolytic cell components
    • G01N27/30Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/36Glass electrodes

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Pens And Brushes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は電気化学的検出及び測定に関するもの
であり、更に詳細には溶液中のイオン活動度の選
択的検出及び測定用の電位差装置、並びにこのよ
うな装置で有効な温度補償型電極に関するもので
ある。 一般にイオン選択性電位差測定用電極はイオン
選択性膜を包含する半電池であり、膜の表面の少
なくとも一部は活動度を検出及び(又は)測定し
ようとする特定のイオン種を含有する溶液に物理
的に接触させる。膜の裏面の少なくとも一部は高
入力インピーダンス検出器又は電位計の入力側に
連結させる電導性導線に電気的に連結してある。
本発明の電極の中では、固定した濃度又は活動度
の対象イオン種を含有する内部のイオン性溶液を
介して膜を導線に電気的に結合する。導線は安定
な、明確な内部接触電位を供給するために、代表
的にはAg/AgCl、あるいはカロメル参照電極を
介して内部溶液に連結させる。電極を試料系と接
触させる場合には、膜の反対側へのイオン荷電の
移動で電位を生じる。同じ試料溶液を別の半電
池、すなわち固定した電位を生じる電位差参照電
極と接触させて、系を完結することができる。2
個の半電池で生じる電位の和は2個の半電池を互
いに、且つ電位計にも直列に接続して測定するこ
とができる。 このようなイオン選択性電位差測定用電極の膜
は固体又は液体のイオン交換体、あるいは中性の
金属イオン封鎖剤のどちらかから成り、且つ例え
ばH+、Na+、K+などに対してそれぞれ選択的な
周知のガラス膜、F-に対して選択的なLaF3のよ
うな結晶性膜、及びドデシルリン酸のような液体
物質、あるいは多孔性の不活性固体マトリツクス
に保持させるトリナクチンのような抗生物質、の
ように多様である。 周知のネルンスト(Nernst)方程式によれば、
電位計で測定した電位Eと対象イオン種の活動度
Asとの間の関係は通常イオン活動度の数けたに
わたつて対数−直線である(例えばLaF電極で測
定するフツ素イオンについては約1M以上から約
10-5M以下まで)。この対数−直線関係の傾斜は
ネルンスト係数で示され、従つて温度で変化す
る。理論的には所定の電極に対して、種々の温度
についての対数−直線関係は等電位点として公知
の単一の点で交差する。市販のPH電極は等電位点
がPH7に近くなるように設計し、市販の器械の温
度補償回路はこの点に留意して設計するのが理想
的である。 しかしながら、現実の電極は、イオン鋭敏性電
極であれ、参照電極であれ理論から予想されるよ
うに正確に作動することはなく、又種々の応答曲
線は一点で交差しないで、やや広い面積の中で交
差しがちである。理由は電池の電位についてのネ
ルンスト方程式 E=k+RT/f log(As+試)/(As+内) (1) (式中では周知のように、 kは定数であり、 RT/fはネルンスト係数(値は通常25℃で 59.16mv)、 (As+試)は試料溶液中の対象イオン種の活動度
であり、 (As+内)は内部充てん溶液中の対象イオン種の
活動度である) を調べることによつて突きとめることができる。
理想的な挙動からはずれているこれらの挙動は二
つの原因、すなわち温度平衡に達するまでに要す
る時間、及び電極の温度/超電力特性の非直線性
に由来するものである。 方程式(1)では、第二項RT/f log(As+
試)/(As+内)はイオン選択性膜による電位で
ある。第一項kは外部の参照電極電位、内部の参
照電極電位、液間起電力及び参照要素と接触して
いる溶液内の熱電位を包含する電池の中の他の電
位発生源全部の合計である。それ故種々の温度に
ついての電位/活動度の理論曲線は、k項の中の
電位全部の合計が温度の一次関数であり、且つ項
(As+内)が温度不変量である場合にだけ、真の
等電位点で交差する。通常の装置ではこれらの条
件が満されないことは明白である。 温度平衡の問題に関しては、測定電池を構成し
ている一対の電位差測定用電極を今までとは異な
る温度の試料溶液に突然入れた場合に、電極の構
成要素全部がこの新しい温度に達するのにはかな
りの時間が必要である。この時間は電極の設計、
環境温度及び温度差によつて変化する。代表的な
市販の組立て電極については、例えば10℃から20
℃まで温度を変化させれば、内部の温度こう配が
十分の数℃又は以下の範囲まで低下するには約5
分間から10分間が必要である。温度平衡に達する
のに必要な時間中に電位を測定すれば測定値はふ
らつく。外部参照電極用とイオン選択性電極用の
両方に参照電極を使用すれば、この参照電極は両
方共溶解度の低い塩(例えばAg/AgCl)の飽和
が必要であるから、困難はいつそうつのる。溶解
度の低い塩の溶解及び沈殿の速度が遅いために、
化学平衡に達するには、新しい温度になるのに必
要な時間よりも更にかなりの時間が必要であるか
ら、このような参照電極では「温度ヒステリシ
ス」を示す。温度変化に対して化学平衡がこのよ
うに遅いことが、電極をふらつかせる主要因子で
あり、従つて測定の正確さと頻繁な標準化のやり
直しの必要さを決定する制限過程である。 十分長い時間(場合によつては数時間あるいは
数日程長く)待つならば、現在市販の電極で化学
平衡と温度平衡の両方を安定させることができ
て、再現性のある信頼できるデータを得ることが
できるが、このような状況では真の時間の測定又
は工程制御に対する実益はほとんどない。 1969年5月20日に特許された米国特許第
3445363号明細書で、シモン(Simon)その他は
等温線が全部、好ましいPH7あたりの同一点、及
び電池電位のゼロで交差する組立て電極の有望性
を開示している。この目的のためにシモンその他
は組立て電極の内部電解液に、水、グリセリンな
どのような溶剤、p−ニトロフエノールのような
一又は多塩基酸、モルホリンのような一又は多酸
塩基及び緩衝液と接触している内部参照電極の電
位を定めるイオン種の少なくとも一種類の供給源
から成る緩衝液の添加を教示している。シモンそ
の他が示している内部参照電極はAg/AgCl電極
又はHg/Hg2Cl2電極のような通常の金属/金属
塩電極である。 従つて、本発明の主目的は、電極自体で温度補
償をする、溶液中のイオンに感応する装置、及び
電位差測定装置の製作方法を提供することであ
る。本発明のもう一つの目的は、現在一般に使用
しているタイプの電極よりもはるかに迅速に電極
の熱的、並びに化学的平衡を安定にすることので
きる、溶液中のイオンに感応する電位差測定電極
を提供することである。本発明の更に別の目的
は、広範囲の活動度及び温度にわたつて、実質的
に温度に鋭敏でないイオン活動度応答を生じるよ
うな電位差測定電極を提供すること、製造業者が
検定することができ、且つ温度補償回路の必要の
ない電位差測定装置で使用することができるよう
な電極を提供すること、応答が迅速であり、且つ
非常に長い時間の間ミリボルト以下の水準で安定
しているような電極を提供すること、及び簡単且
つ安価に製作できる、実質的に温度に敏感でない
電位差測定用膜電極を提供することである。 本発明の他の目的は一部は明らかであろうし、
一部は以下で明らかになるであろう。従つて本発
明は構成要素の構成法、組合せ、及び部品の配置
をしてある装置、並びに種々の工程及びこのよう
な工程の一つ以上の工程の相互の関係及び順序を
包含する過程から成り、これらはすべて下記の開
示で例示し、その適用の範囲は特許請求の範囲に
示してある。本発明の本質及び目的を更に完全に
理解するためには図面に関連して行う下記の詳細
な説明を参考にされたく、図面では、 第1図は本発明の原理を具体化した新規の電気
化学的電池の横断面の模式図であり、 第2図は第1図の図面の直線2−2に沿つて切
断した電池の縦断面の模式図であり、 第3図は先行技術による代表的な膜電極におけ
る、温度変化に対する電圧/時間応答を理想化し
て画いたグラフであり、 第4図は本発明の電池における実質的な温度変
化に対する時間/電圧応答のグラフであり、 第5図は選定したレドツクス対についての一群
の濃度及び比率に対する温度係数曲線を示すグラ
フであり、 第6図は釣合いのとれた緩衝液及びレドツクス
対の温度/電圧応答のグラフであり、 第7図は公知の標準溶液についてのPH/温度の
変化、及び本発明による組立て電極及び先行技術
による組立て電極の両方についての該標準溶液に
対する応答を示すPH/温度のグラフであり、且つ 第8図は交換電流増幅対と組合せたときの交換
電流の小さいレドツクス対についての温度係数を
示すグラフである。 本発明は一般に、電極を外部的に例えば電位計
に接続するために設けた導線に電気的に結合させ
た内部電解充てん液を入れてある外包を包含して
いる、対象とするイオン種のある外部の試料溶液
に対して使用するための新規の電位差測定用電極
を包含している。電解液は試料溶液と反応しない
のが好ましく、且つ本発明では交換電流の大きい
熱力学的に可逆性のレドツクス対を含有してい
る。導線は電解液と直接物理的に接触している電
導性物質であり、且つ電解液に対して実質的に化
学的に不活性である。本明細書で使用する用語
「電位差測定用電極(potentiometric
electrode)」では電気化学の測定で使用する電極
全部を包含しようとするものであり、特にイオン
鋭敏性電極及び参照電極の両方を包含する。本明
細書で使用する用語「レドツクス対(redox
couple)」では所定の元素又は元素の組合せの異
なつた原子価状態に基因する酸化及び還元の両段
階を含有する電解液を意味しようとするものであ
つて、酸化及び還元段階は熱力学的に可逆的であ
る、すなわち各段階は電位の無限小の変化で、あ
るいは平衡値からもう一方の平衡値に転化するこ
とができ、電解液と接触している不活性金属は存
在する両段階の比率に依存して一定の両現性のあ
る電位になる。 次に、特に第1図及び第2図で本発明の原理を
具体化している電位差測定用組立て電極20を示
してある図面について述べる。組立て電極20
は、代表的には、後に説明するが、入れる予定の
電解液に対して実質的に化学的に不活性な、多数
の周知の高分子量重合体、ガラスなどのような、
液体の浸透しない、実質的に硬直な、電気絶縁性
物質でできている長い中空の管状容器22の形に
なつている第一外包装置を包含する新規の半電池
21から成つている。 容器22の一端はイオン鋭敏性物質でできてい
る、代表的には球24の形をしている膜で封じて
ある。第1図及び第2図の実施態様の図面で説明
するために、球24をPH膜と見なすが、球24は
独特のイオン鋭敏性を備えている非常に多種類の
公知の物質で作ることができることがわかるであ
ろう。球24の好ましい寸法、形状及び強度は先
行技術で公知であり、言うまでもなく膜を作つて
いる特定の物質の性質に左右される。膜を容器2
2の末端に密封するのも、同様に物質の性質及び
密封を行う技法に左右されるが、すべて先行技術
で周知である。 やはり先行技術で周知であるが、このような電
位差測定用電極は代表的には外部の導線に電気的
に結合している内部のイオン電導性充てん液、す
なわち電解液を包含している。このために電極2
0は容器22の中に、本発明のために水素イオン
の活動度、すなわちPHを固定するために簡単にリ
ン酸塩緩衝液(例えば0.05M NaH2PO4及び
0.05M Na2HPO4を含有する溶液)で作つてある
電解質物質26の本体、及び後に説明する選択さ
れたレドツクス対を包含している。電解液はもち
ろん真のイオン性溶液、又はゲル、ゾルなどであ
つてもよい。電解質物質26は導線28の少なく
とも一端と直接物理的にも電気的にも接触してい
る。 当業界では周知のように、電解液26と導線2
8とを結合するには、電解構造体内で互いに接触
している種々の物質の間の種々の接合で発生する
安定な内部電位を維持しながら、電極を外界に電
気的に連結する手段にするためである。 これまでに説明した組立て電極の構造は、言う
までもなくレドツクス対を入れてあることを除け
ば、全く代表的な先行技術によるイオン鋭敏性電
極である。しかしながら、先行技術の代表的な組
立てPH電極とは異なつて、充てん液26と接触し
ている導線28は通常のAg/AgCl電極のような
標準内部参照電極ではなく、その代りに電導性が
高く、且つ電解液26に対して化学的に不活性な
物質である。好ましい実施態様では、導線28は
単に白金線である。 本発明の電解液26は必然的に交換電流の比較
的大きい、すなわち約1×10-6amp/cm2又はもつ
と大きいレドツクス対を含有している。周知のよ
うに交換電流はレドツクス対の動力学的特性であ
り、実際にレドツクス対の可逆反応の可逆性の評
価規準である。本発明で有用な代表的なレドツク
ス対は 2e-+I- 33I- e-+Fe+++Fe++ e-+Fe(CN)6 -3Fe(CN)6 -4 2e-+Br22Br- である。 酸化態及び還元態の両方のレドツクス対を含有
する溶液と接触している白金及び類似の貴金属の
ような実質的に不活性な電導性物質は固定した再
現性のある電位を生じることが認められるであろ
う。溶液の温度が変化すれば、レドツクス対の中
の還元態と酸化態との間の平衡は急速に移動して
新しい平衡に達し、同時に固定した再現性のある
新しい電位を発生する。導体の物質は全く溶解あ
るいは沈殿してはならないので、電位の値の変化
は非常に速やかに、すなわちおよそ数秒間又はも
つと短時間で起る。温度平衡の達成に時間がかか
るという問題を克服するように、レドツクス溶液
はレドツクス電位の温度係数が非常に小さいのが
好ましい。例えば、適当な濃度のI-及びI- 3、例え
ば濃度が5.68MのI-及び濃度が3.6×10-2MのI- 3
のヨウ化物/三ヨウ化物対を使用すれば有効な溶
液ができる。このような系を使用すれば、内部電
解液を含有する組立て電極の成分の温度変化、す
なわち測定している溶液の温度変化では電池の電
位に与える充てん液及び導線による電位に急速な
影響がないので、温度平衡に達していなくても正
確な再現性のある電池の電位を測定することがで
きる。 本発明を具体化している組立て電極を2個の半
電池で作つた組合せ電極、すなわち完全な電池と
して第1図及び第2図に示す。これまで説明して
きた半電池21は本質的に下記の例、 Pt/電解液:I3、I-/ガラス/試料溶液 で示すことができる。 参照電極である残りの半電池29は下記の例 試料溶液電解液:I3、I-/Pt で示すことができる。 後の一群は、本発明の原理を具体化している新
規の電位差測定用参照電極を要約した記述であ
り、且つ容器22を作るのに使用したのと同じ物
質であるのが好ましい、代表的には液体を透過し
ない実質的に剛直な電気絶縁物質で作る、長い中
空の円筒形の容器30の形をしている第二の外包
装置から成るものとして第1図及び第2図に示し
てあることが認められるであろう。容器30は一
端に繊維のしんとして示す公知の流れ抑制接合3
2で孔をあけてあるが、これは当業界では周知の
ように、多孔性フリツト、漏りやすいシール、多
孔性重合体などであつてもよい。やはり周知のよ
うに、接合32は容器30の内部と外部との間の
液流の自由拡散路にするためのものである。容器
30にはイオン伝導性充てん液、すなわち電解液
34を入れるが、これは電導性を与えるため、必
然的に必要な交換電流のある選定された熱力学的
可逆性のレドツクス対を含有しているイオン供給
源を作るために、代表的には若干の任意の充てん
液、例えば3.5M KClであつてもよい。このレド
ツクス対は電解液26に使用したのと同じレドツ
クス対であるのが好ましく、半電池29は単なる
参照電極であるから、電解液には緩衝液は必要な
い。 最後に、半電池29には、電解液34と物理的
に接触している白金線36の形で図示してある、
電解液34に対して化学的に不活性な電導性のあ
る導線を含有している。 本発明のためには必要でないけれども、便宜上
半電池21及び29の2個を組合せて単一構造に
するのが好ましいことがある。このためには第1
図及び第2図に示してあるように、容器22及び
30の周囲に第三の外包38を設け、且つ容器2
2と膜24との間の封の直上で容器22のぐるり
に封じるのが好ましい。外包38にも電解液4
0、代表的には電解液34と相容性の3.5M KCl
溶液を満たすのが好ましく、電解液34はここか
ら接合32を経て拡散することができる。電池を
完成し、且つ球24の外側と接触している試料溶
液と半電池29との間にイオン電導性通路を設け
るために、外包38の一方の壁に、好ましくは膜
24に密接させて、第二のブリツジ、すなわち小
さな多孔板の形をしている液流抑制接合42を設
ける。 本発明と先行技術との差違を説明するために、
先行技術による代表的な構造の典型的な例である
スイス国チユーリツヒ(Zurich)のゲブルーダ
ー・メラー・グラスブラゼリ社(Gebruder
Moeller Glasblaseri)製のモデル91−02
(Model91−02)組合せPH電極を、緩衝剤でPH
4.01にした試料溶液を二分割した各溶液中で試験
した。一方の溶液は最初に温度を80℃に上げ、も
う一方の溶液は最初は約26.4℃にしておいた。メ
ラー組合せ電極を一方の試料溶液から取り出して
からもう一方の溶液に入れるまでの時間間隔をで
きるだけ短かくして、メラー組合せ電極を二つの
試料溶液の間で循環させた。米国、マサチユーセ
ツツ州(Massactusetts)、ケンブリツジ
(Cambridge)のオリオン・リサーチ社(Orion
Research)製の入力インピーダンスの高い電位
計、オリオン・モデル811(Orion Modell811)PH
で測定して、出力が再現性のある読みになるま
で、組立て電極を所定の試料に入れたままにして
おいた。第3図でわかるようにメラー組立て電極
では、どちらの温度のときにも、実質的に再現性
のある電圧(MV)を得るのに約1分から2分ま
での時間間隔が必要であつた。試料溶液の順次の
温度にはわずかな変化が認められたが、これは明
らかに試料と組立て電極との間の熱の移動による
ものである。 本発明の原理を具体化した組立て電極を、ヨウ
化物/三ヨウ化物レドツクス対を含有するリン酸
塩緩衝剤溶液でできている内部電解液とPH鋭敏膜
とで作つた。この電極で、メラー組立て電極と同
じ試料中で同じ操作を行つた。最初の温度が25℃
及び80℃の試料の間を循環させた場合、第4図に
示したように、およそ約30秒以内で実質的に温度
依存性のないことを示す再現性のある電位に達し
た。 本発明用の内部電解液及び結合として、化学的
に不活性な導線を用いているレドツクス対のある
装置は先行技術の装置よりも温度変化に対しては
るかに迅速に応答するばかりでなく、レドツクス
対の温度係数の特性、すなわち平衡が環境温度に
対して敏感に移動することによる金属導線との接
触電位の変化も本発明にとつて実質的に有益であ
る。例えば、必然的に交換電流の大きい代表的な
レドツクス対、例えばヨウ化物/三ヨウ化物の温
度係数を三ヨウ化物対ヨウ化物の種々の異なつた
比率について酸化段階及び還元段階の若干の異な
つた濃度で測定した。第5図に示した数本の曲線
は、白金線についての接触電位(MV)の目盛り
を℃単位の温度に対して拡大したグラフにしてあ
るが、下記のようにヨウ化物/三ヨウ化物対での
ヨウ化物及び三ヨウ化物の異なつた値及び比率に
ついて実験して得たものである。
The present invention relates to electrochemical detection and measurement, and more particularly to potentiometric devices for the selective detection and measurement of ionic activity in solutions, and temperature compensated electrodes useful in such devices. be. Generally, ion-selective potentiometric electrodes are half-cells containing an ion-selective membrane, at least a portion of which is exposed to a solution containing the particular ionic species whose activity is to be detected and/or measured. Make physical contact. At least a portion of the backside of the membrane is electrically connected to a conductive lead that connects to the input of a high input impedance detector or electrometer.
In the electrode of the present invention, the membrane is electrically coupled to the conductor via an internal ionic solution containing a fixed concentration or activity of the ionic species of interest. The lead is typically connected to the internal solution via an Ag/AgCl or calomel reference electrode to provide a stable, well-defined internal contact potential. When the electrode is brought into contact with the sample system, the transfer of ionic charges to the opposite side of the membrane creates an electrical potential. The system can be completed by contacting the same sample solution with another half-cell, a potentiometric reference electrode that produces a fixed potential. 2
The sum of the potentials developed in the two half-cells can be measured by connecting the two half-cells in series with each other and also with an electrometer. The membranes of such ion-selective potentiometric electrodes are composed of either solid or liquid ion exchangers or neutral sequestrants, and have respective resistances for e.g. H + , Na + , K + , etc. Well-known selective glass membranes, crystalline membranes such as LaF3 selective for F- , and liquid substances such as dodecyl phosphate, or antibiotics such as trinatin held in porous inert solid matrices. Matter is as diverse as. According to the well-known Nernst equation,
Potential E measured with an electrometer and activity level of target ion species
The relationship between As and As is usually log-linear over several orders of magnitude of ion activity (for example, for fluorine ions measured with a LaF electrode, from about 1M or more to about
10 -5 M or less). The slope of this log-linear relationship is represented by the Nernst coefficient and therefore varies with temperature. Theoretically, for a given electrode, the log-linear relationships for various temperatures intersect at a single point known as the equipotential point. Commercially available PH electrodes are designed so that the equipotential point is close to PH7, and the temperature compensation circuit of commercially available instruments should ideally be designed with this point in mind. However, real electrodes, whether ion-sensitive electrodes or reference electrodes, do not operate exactly as predicted by theory, and the various response curves do not intersect at a single point, but rather over a rather large area. They tend to intersect. The reason is that the Nernst equation for the battery potential E = k + RT / f log (As + trial) / (in As + ) (1) (In the formula, as is well known, k is a constant, and RT / f is the Nernst coefficient. (The value is normally 59.16 mv at 25℃), (As + sample) is the activity of the target ion species in the sample solution, (As + ) is the activity of the target ion species in the internal filling solution) It can be determined by examining.
These deviations from ideal behavior result from two sources: the time required to reach temperature equilibrium and the nonlinearity of the temperature/superpower characteristics of the electrodes. In equation (1), the second term RT/f log(As +
)/(in As + ) is the potential due to the ion-selective membrane. The first term, k, is the sum of all other potential sources in the cell, including the external reference electrode potential, the internal reference electrode potential, the liquid electromotive force, and the thermal potential in the solution in contact with the reference element. be. Therefore, the theoretical potential/activity curves for different temperatures are: They intersect at true equipotential points. It is clear that these conditions are not met with conventional equipment. Regarding the problem of temperature equilibrium, if a pair of potentiometric electrodes making up a measuring cell are suddenly placed in a sample solution at a different temperature than before, all of the electrode components reach this new temperature. requires a considerable amount of time. This time is used to design the electrode,
Varies depending on environmental temperature and temperature difference. For typical commercially available assembled electrodes, e.g.
If the temperature is changed to ℃, it takes about 5℃ to reduce the internal temperature gradient to a few tenths of a ℃ or less.
A minute to 10 minutes is required. If the potential is measured during the time required to reach temperature equilibrium, the measured value will fluctuate. Difficulties arise when using a reference electrode for both an external reference electrode and an ion-selective electrode, since both require saturation with poorly soluble salts (eg Ag/AgCl). Due to the slow rate of dissolution and precipitation of salts with low solubility,
Such reference electrodes exhibit "temperature hysteresis" because reaching chemical equilibrium requires much more time than it takes to reach the new temperature. This slowness of chemical equilibrium with respect to temperature changes is the main factor causing electrode wander and thus the limiting process that determines the accuracy of measurements and the need for frequent re-standardization. If you wait long enough (sometimes hours or even days longer), current commercially available electrodes can stabilize both the chemical and temperature equilibria and provide reproducible and reliable data. However, there is little practical benefit to true time measurement or process control in such situations. US Patent No. 20 May 1969
In No. 3,445,363, Simon et al. disclose the promise of assembled electrodes in which the isotherms all intersect at the same point around the preferred PH7 and at zero cell potential. For this purpose, Simon et al. add to the internal electrolyte of the assembled electrode a solvent such as water, glycerin, etc., a mono- or polyacid acid such as p-nitrophenol, a mono- or polyacid base such as morpholine, and a buffer. teaches the addition of a buffer consisting of at least one source of ionic species that establishes the potential of an internal reference electrode in contact with the electrode. The internal reference electrode shown by Simon et al. is a conventional metal/metal salt electrode, such as an Ag/AgCl electrode or a Hg/Hg 2 Cl 2 electrode. The main object of the invention is therefore to provide a device sensitive to ions in solution and a method for making a potentiometric device, with temperature compensation in the electrode itself. Another object of the present invention is to provide a potentiometric method sensitive to ions in solution that is capable of stabilizing the thermal as well as chemical equilibrium of the electrode much more quickly than the types of electrodes currently in common use. The purpose is to provide electrodes. Yet another object of the present invention is to provide a potentiometric electrode that can be calibrated by the manufacturer to produce a substantially temperature-insensitive ion activity response over a wide range of activities and temperatures. and to provide such an electrode which can be used in a potentiometric measuring device without the need for a temperature compensation circuit, which has a rapid response and is stable at sub-millivolt levels for very long periods of time. It is an object of the present invention to provide a membrane electrode for potentiometric measurements that is simple and inexpensive to manufacture and is substantially temperature-insensitive. Other objects of the invention may be partly obvious;
Some will become clear below. Accordingly, the present invention comprises a process including the method of construction, combination, and arrangement of the components, as well as the various steps and the interrelationship and order of one or more of such steps. , all of which are exemplified in the disclosure below and the scope of application thereof is indicated in the claims. For a more complete understanding of the nature and objects of the invention, reference should be made to the following detailed description taken in conjunction with the drawings, in which FIG. 2 is a schematic diagram of a cross section of a chemical cell; FIG. 2 is a schematic diagram of a longitudinal section of the battery taken along line 2-2 of the drawing in FIG. 1; and FIG. FIG. 4 is an idealized graph of the voltage/time response to temperature changes in the membrane electrode of the present invention; FIG. 4 is a graph of the time/voltage response to substantial temperature changes in the battery of the present invention; FIG. FIG. 6 is a graph of the temperature coefficient curve versus concentration and ratio of a group of selected redox pairs; FIG. 6 is a graph of the temperature/voltage response of a balanced buffer and redox pair; FIG. FIG. 8 is a graph of PH/temperature showing the change in PH/temperature for a standard solution and the response to the standard solution for both an assembled electrode according to the invention and an assembled electrode according to the prior art, and FIG. 3 is a graph showing the temperature coefficient for a redox pair with a small exchange current when combined with The present invention generally comprises an outer envelope containing an internal electrolyte fill electrically coupled to a lead provided for connecting the electrode externally to, for example, an electrometer. Includes a novel potentiometric electrode for use with external sample solutions. The electrolyte preferably does not react with the sample solution and, in the present invention, contains a thermodynamically reversible redox couple with a high exchange current. The conductive wire is an electrically conductive material that is in direct physical contact with the electrolyte and is substantially chemically inert to the electrolyte. The term “potentiometric electrode” is used herein.
"electrode" is intended to cover all electrodes used in electrochemical measurements, in particular both ion-sensitive electrodes and reference electrodes. As used herein, the term “redox pair” is used herein.
couple) is intended to mean an electrolyte containing both oxidation and reduction stages due to different valence states of a given element or combination of elements, where the oxidation and reduction stages are thermodynamically It is reversible, i.e. each step can be converted with an infinitesimal change in potential or from one equilibrium value to another, and the inert metal in contact with the electrolyte changes the ratio of both steps present. It becomes a constant ambiguous potential depending on . Reference will now be made to the drawings, particularly in FIGS. 1 and 2, which illustrate an assembled potentiometric electrode 20 embodying the principles of the present invention. Assembly electrode 20
are typically made of a number of well-known high molecular weight polymers, glasses, etc., which are substantially chemically inert to the electrolyte into which they are intended, as discussed below.
It consists of a novel half-cell 21 containing a first envelope device in the form of a long hollow tubular container 22 made of a liquid-impermeable, substantially rigid, electrically insulating material. One end of the container 22 is sealed with a membrane, typically in the shape of a sphere 24, made of an ion-sensitive material. For purposes of illustration in the embodiment drawings of FIGS. 1 and 2, sphere 24 is considered to be a PH membrane; however, sphere 24 may be made of a wide variety of known materials with unique ionic sensitivities. You will see that you can. The preferred size, shape and strength of the spheres 24 are known in the art and will, of course, depend on the nature of the particular material from which the membrane is made. Membrane container 2
Sealing the ends of 2 will likewise depend on the nature of the material and the technique for performing the seal, all of which are well known in the prior art. As is also well known in the prior art, such potentiometric electrodes typically include an internal ionically conductive filler, ie, an electrolyte, that is electrically coupled to an external lead. For this purpose electrode 2
In the container 22, a phosphate buffer solution (e.g. 0.05M NaH 2 PO 4 and
The electrolyte material 26 includes a body of electrolyte material 26 made of a solution containing 0.05M Na 2 HPO 4 and selected redox pairs as described below. The electrolytic solution may of course be a true ionic solution, gel, sol, or the like. Electrolyte material 26 is in direct physical and electrical contact with at least one end of conductive wire 28. As is well known in the art, electrolyte 26 and conductor 2
8, the electrodes are a means of electrically coupling to the outside world while maintaining stable internal potentials generated at the various junctions between the various substances in contact with each other within the electrolytic structure. It's for a reason. The construction of the assembled electrode so far described, with the exception of the inclusion of the redox couple, of course, is quite typical of prior art ion-sensitive electrodes. However, unlike typical prefabricated PH electrodes of the prior art, the conductor 28 in contact with the fill fluid 26 is not a standard internal reference electrode, such as a typical Ag/AgCl electrode, but is instead a highly conductive electrode. , and is a substance that is chemically inert to the electrolyte 26. In a preferred embodiment, conductive wire 28 is simply a platinum wire. The electrolyte 26 of the present invention necessarily contains redox couples with relatively high exchange currents, ie, about 1.times.10.sup. -6 amp/ cm.sup.2 or even larger. As is well known, the exchange current is a kinetic property of a redox pair and is actually a measure of the reversibility of a reversible reaction of a redox pair. Representative redox pairs useful in the present invention are 2e - +I - 3 3I - e - +Fe +++ Fe ++ e - +Fe(CN) 6 -3 Fe(CN) 6 -4 2e - +Br 2 2Br -. be. It has been observed that substantially inert conductive materials, such as platinum and similar noble metals, in contact with solutions containing redox couples in both oxidized and reduced forms produce fixed and reproducible potentials. Will. As the temperature of the solution changes, the equilibrium between the reduced and oxidized states in the redox pair moves rapidly to reach a new equilibrium, simultaneously generating a new fixed and reproducible potential. Since the substance of the conductor must not dissolve or precipitate at all, the change in the value of the potential occurs very quickly, ie in about a few seconds or even within a short time. Preferably, the redox solution has a very small temperature coefficient of redox potential, so as to overcome the problem of taking a long time to achieve temperature equilibrium. For example, suitable concentrations of I - and I - 3 , such as I - with a concentration of 5.68 M and I - 3 with a concentration of 3.6 x 10 -2 M,
An effective solution can be obtained using the iodide/triiodide pair. Using such a system, temperature changes in the components of the assembled electrodes containing the internal electrolyte, i.e. in the solution being measured, do not have a rapid effect on the potential of the filler and conductors on the cell potential. Therefore, the battery potential can be measured accurately and reproducibly even if temperature equilibrium has not been reached. An assembled electrode embodying the invention is shown in FIGS. 1 and 2 as a combination electrode made of two half-cells, ie, a complete cell. The half-cell 21 so far described can essentially be illustrated by the following example: Pt/electrolyte: I 3 , I /glass/sample solution. The remaining half-cell 29, which is the reference electrode, can be represented by the following example: Sample solution electrolyte: I 3 , I /Pt. The latter group is a summary description of a novel potentiometric reference electrode embodying the principles of the present invention, and which is preferably the same material used to make the container 22, typically is shown in FIGS. 1 and 2 as comprising a second outer packaging device in the form of a long hollow cylindrical container 30 made of a substantially rigid electrically insulating material impermeable to liquids. This will be recognized. The container 30 has a known flow restraining joint 3 shown as a fiber web at one end.
2, this could be a porous frit, a leaky seal, a porous polymer, etc., as is well known in the art. As is also well known, the junction 32 provides a free diffusion path for liquid flow between the interior and exterior of the container 30. Container 30 contains an ionically conductive fill liquid, or electrolyte 34, which contains selected thermodynamically reversible redox couples with the necessary exchange current to provide electrical conductivity. Typically, some arbitrary filler solution may be used to create the ion source, such as 3.5M KCl. This redox pair is preferably the same redox pair used in electrolyte 26, and since half-cell 29 is simply a reference electrode, no buffer is needed in the electrolyte. Finally, the half-cell 29 is shown in the form of a platinum wire 36 in physical contact with the electrolyte 34.
It contains a conductive wire that is chemically inert to the electrolyte 34. Although not necessary for the present invention, for convenience it may be preferable to combine the two half-cells 21 and 29 into a single structure. For this purpose, the first
As shown in FIG. 2, a third outer envelope 38 is provided around containers 22 and 30 and
Preferably, the seal is placed around the container 22 directly above the seal between the container 22 and the membrane 24. Electrolyte 4 is also included in the outer package 38.
0, typically 3.5M KCl compatible with electrolyte 34
Preferably, it is filled with a solution, from which electrolyte 34 can diffuse through junction 32. To complete the cell and provide an ionically conductive path between the half-cell 29 and the sample solution in contact with the outside of the bulb 24, one wall of the outer envelope 38, preferably in close contact with the membrane 24, is provided. , a second bridge, i.e., a flow-restricting junction 42 in the form of a small perforated plate, is provided. To explain the differences between the present invention and the prior art:
A typical example of a typical structure according to the prior art, manufactured by Gebruder Möller Glasbraseri, Zurich, Switzerland
Model 91-02 manufactured by Moeller Glasblaseri
(Model91-02) Combined PH electrode with buffer
A sample solution adjusted to 4.01 was tested in two separate portions of each solution. One solution was initially brought to a temperature of 80°C, and the other solution was initially kept at approximately 26.4°C. The Möller combination electrode was cycled between the two sample solutions, keeping the time interval between removing the Möller combination electrode from one sample solution and placing it into the other solution as short as possible. Orion Research, Cambridge, Massachusetts, USA
Electrometer with high input impedance, Orion Modell811 (Orion Modell811) PH manufactured by Research)
The assembled electrode was left in the given sample until the output was measured with reproducible readings. As can be seen in FIG. 3, the Meller assembled electrode required time intervals of approximately 1 to 2 minutes to obtain a substantially reproducible voltage (MV) at either temperature. A slight change in the successive temperature of the sample solution was observed, apparently due to heat transfer between the sample and the assembled electrode. An assembled electrode embodying the principles of the present invention was constructed with an internal electrolyte made of a phosphate buffer solution containing an iodide/triiodide redox couple and a PH-sensitive membrane. With this electrode, the same operation was performed in the same sample as with the Meller-assembled electrode. Initial temperature is 25℃
When the sample was cycled between temperatures of 1 and 80° C., a reproducible potential showing virtually no temperature dependence was reached within about 30 seconds, as shown in FIG. A device with a redox pair using chemically inert conductive wire as an internal electrolyte and bond for the present invention not only responds much more quickly to temperature changes than devices of the prior art; Also of substantial benefit to the present invention is the characteristic of the temperature coefficient of the pair, ie the change in the contact potential with the metal conductor due to the sensitivity of the equilibrium to the ambient temperature. For example, the temperature coefficients of representative redox pairs, such as iodide/triiodide, which necessarily have large exchange currents, can be adjusted for several different concentrations of the oxidation and reduction stages for various different ratios of triiodide to iodide. It was measured with The several curves shown in Figure 5 are plots of the scale of contact potential (MV) for a platinum wire magnified against temperature in degrees Celsius; This was obtained by experimenting with different values and ratios of iodide and triiodide.

【表】 もう一本の曲線Eは比率が2×10-4になる、ヨ
ウ化物濃度5.68M及び三ヨウ化物濃度3.67×
10-2Mについて得たものである。この曲線では温
度係数は完全には比率の関数でないが、濃度にも
左右されていることを示している。レドツクス対
について、約25℃の等電位点の近くでの温度係数
の傾き、形及び対称性は対の段階の濃度及び相互
の比率に従つて選定することができることは第5
図の曲線から明白である。PH電極、すなわち半電
池21の内部充てん電解液がレドツクス対の混合
物及び緩衝液を含有していて、対象のイオンの内
部活動度、すなわち所定の試料のH+を固定する
ことを思い出せば、この因子が重要になる。 第6図に示すように半電池21自体に使用する
リン酸塩緩衝液のような緩衝液の温度係数は、温
度の値が左から右に増大する横軸と電位すなわち
PHの値が下から上に増大する縦軸とでグラフを画
けば、実質的に上向きにくぼむ二次曲線である。
代表的な緩衝液の温度係数曲線を再現したのが第
6図の曲線Aである。選定されたレドツクス対で
は同じ縦座標と横座標とで、二つの温度係数が実
質的に互に反対の関係になるように下向きにくぼ
んだ温度係数曲線(Bで示す)を示すことも認め
られるであろう。従つて、二つの温度係数が互に
ほぼ消し合つて、電極を実質的に温度不変性にす
るように、緩衝液を使用して対象イオンの活動度
水準を内部的に固定するのにPH又は他のイオン鋭
敏性電極用の電解液24を準備することができ
る。 イオン鋭敏性電極中のレドツクス対と緩衝液と
の温度係数が実質的に反対に釣り合つている効果
の試料溶液に対してこのような電極を試験するこ
とで感動的に示している。例えば、米国国立標準
局のリン酸塩緩衝液で試料溶液を調製したが、こ
れの公表された温度係数は第7図の曲線Aであ
る。先行技術による標準のメラー・モデル91−02
組立てPH電極を使用して、この試料溶液のPHを約
5℃から90℃までの実質的な数の温度にわたつて
測定した。モデル811オリオンPH計に取り付け
てあるメラー電極で測定したPH曲線を第7図のB
に示す。曲線Aと曲線Bとの間に相関性がないの
は極めて明白であるばかりでなく、繰り返しを続
けても、曲線Bの再現性は非常によくないことが
わかつた。一方、半電池21の内部電解液24が
実質的に逆の温度係数のレドツクス対と緩衝液と
の混合物である本発明のPH組立て電極を使用し
て、数回の繰り返しで再現性の非常によい曲線C
を得た。曲線Aと曲線Cとが合致することで、先
行技術による電極に及ぼす温度の影響と本発明を
具体化した電極で実質的な温度非依存性を達成し
たこととの間の実質的な大きな相違を示してい
る。 電極の中の内部電解液に所望のレドツクス対を
添加して得られる補償曲線の性質は必ずしも交換
電流の大きい熱力学的に可逆性のレドツクス対で
得られる曲線に限定されるものではない。意外に
も、必ずしも電気化学的に可逆性ではない。すな
わち測定電位を予示することも再現することもで
きないので通常は温度/電位係数の測定を試みる
ことのできないような交換電流の小さいレドツク
ス対を使用して、有用な再現性のある△E/△T
曲線をも作ることができることを見い出した。こ
れで本発明のために有効なレドツクス対の数は増
加し、そのために補償に使用することのできる電
位及び傾斜の範囲が実質的に増加する。しかしな
がら、このような交換電流の低いレドツクス対
は、交換電流が大きく、熱力学的に可逆性で化学
的に相溶性のレドツクス対と一緒になつていると
き、及び下記の条件、 (理由は後に出てくるが、交換電流の大きいレ
ドツクス対を増幅対と呼び、交換電流の小さいの
を主要対と呼ぶことにするが)レドツクス対の相
対濃度は、主要対の濃度が増幅対の濃度と同程度
か又はこれよりも大きいようになつている共通の
溶液の中で二種類のレドツクス対を緊密に混合し
ておかなければならない。主要対がレドツクス反
応で増幅対と可逆反応をするように二種類のレド
ツクス対を選定する。 にあるとき、にだけ使用することができる。 例えば、次に記載する 2e-+Cl22Cl- の塩素/塩化物レドツクス対を主要対として使用
することができ、これは通常確実には測定するこ
とができない程交換電流の小さいのが特徴であ
る。 しかしながら、上記の必要条件に合致する適切
な増幅対は例えば下記 2e-+I22I- のよく知つているヨウ素/ヨウ化物レドツクス対
である。これらの二つは下記のように 2I-+Cl22Cl-+I2 速やかに、且つ可逆的に反応する。 平衡では、先に記載したように必要条件は Σ(I2+I-)<<<Σ(Cl2+Cl-) であるから、Cl2とCl-との相対濃度は実質的に変
化しない。 このような増幅対は、比較的低い濃度で存在し
ているけれども、配合した溶液について所望の△
E/△T測定をすることのできる交換電流を生じ
るが、存在している主要対の相対量が非常に多い
ために、Eの値は増幅対によつてではなくて、主
要対によつて決まる。主要対の作用は測定した電
位に及ぼす増幅対の作用を消してしまう。 塩化物イオンの供給源として0.1M HClを含有
する溶液を調製し、NaOClとしてCl225ppmを加
え、且つ10-4MI2の形態の増幅対少量を加えて、
二対系の挙動を示した。溶液を二分割して、それ
ぞれビーカーに入れ、第一液は25℃に保持し、第
二液は温度を変化させた。各ビーカーに白金電極
を挿入し、入力として電位計に接続した。溶液を
満たした管の形の塩橋を介して2個のビーカーの
中の液を互いに連絡させた。次に第二ビーカーの
温度を約5℃という低温から約75℃という高温ま
で漸進的に変化させた。生じた電位を温度の関数
として第7図のグラフで示すがこれらは増幅対を
使用することによつて、普通では交換電流がこの
ような測定をするのには不適なレドツクス対から
でさえ、再現性のある△E/△Tを得ることがで
きることを示している。 本明細書に包含する本発明の範囲から逸脱する
ことなく、上記の装置で相当の変化をさせること
ができるので、上記の記載にも包含している内
容、あるいは図面で示した内容はすべて例として
解釈するべきであつて、制限する意味に解釈して
はならない。
[Table] Another curve E has a ratio of 2×10 -4 , an iodide concentration of 5.68M and a triiodide concentration of 3.67×
10 -2 M. This curve shows that the temperature coefficient is not completely a function of ratio, but is also dependent on concentration. Fifthly, for a redox pair, the slope, shape and symmetry of the temperature coefficient near the equipotential point of about 25°C can be selected according to the concentrations of the stages of the pair and their mutual ratio.
It is clear from the curves in the figure. Recalling that the internal electrolyte of the PH electrode, i.e., the half-cell 21, contains a mixture of redox couples and a buffer, which fixes the internal activity of the ion of interest, i.e., H + of a given sample, this Factors become important. As shown in FIG. 6, the temperature coefficient of a buffer solution, such as a phosphate buffer solution, used in the half cell 21 itself is determined by the horizontal axis where the temperature value increases from left to right and the potential, i.e.
If you draw a graph with a vertical axis in which the PH value increases from bottom to top, it is essentially a quadratic curve concave upward.
Curve A in FIG. 6 reproduces the temperature coefficient curve of a typical buffer solution. It is also observed that selected redox pairs exhibit downwardly concave temperature coefficient curves (indicated by B) with the same ordinate and abscissa such that the two temperature coefficients are substantially opposite to each other. Will. Therefore, the pH or Electrolytes 24 for other ion-sensitive electrodes can be prepared. Testing of such electrodes on sample solutions has impressively demonstrated the effect that the temperature coefficients of the redox couple and the buffer in the ion-sensitive electrode are substantially oppositely balanced. For example, a sample solution was prepared with National Bureau of Standards phosphate buffer and its published temperature coefficient is curve A in FIG. Standard Meller Model 91-02 according to prior art
The assembled PH electrode was used to measure the PH of this sample solution over a substantial number of temperatures from about 5°C to 90°C. The PH curve measured with the Meller electrode attached to the Model 811 Orion PH meter is shown in Figure 7B.
Shown below. Not only is it very obvious that there is no correlation between curve A and curve B, but it was also found that the reproducibility of curve B was very poor even after repeated repetitions. On the other hand, using the PH assembled electrode of the present invention in which the internal electrolyte 24 of the half-cell 21 is a mixture of a redox couple and a buffer solution of substantially opposite temperature coefficients, a highly reproducible good curve C
I got it. The coincidence of curves A and C shows the substantial difference between the effect of temperature on prior art electrodes and the substantial temperature independence achieved with electrodes embodying the invention. It shows. The nature of the compensation curve obtained by adding a desired redox pair to the internal electrolyte in the electrode is not necessarily limited to the curve obtained with a thermodynamically reversible redox pair with a large exchange current. Surprisingly, it is not necessarily electrochemically reversible. That is, useful reproducible △E/ △T
I discovered that it is also possible to create curves. This increases the number of redox pairs available for the present invention, thereby substantially increasing the range of potentials and slopes that can be used for compensation. However, such a redox pair with a low exchange current is only effective when combined with a thermodynamically reversible and chemically compatible redox pair with a high exchange current, and under the following conditions (the reason will be explained later). The redox pair with a large exchange current will be called the amplification pair, and the one with a small exchange current will be called the main pair). The two redox pairs must be intimately mixed in a common solution to a degree or greater. Two types of redox pairs are selected so that the main pair undergoes a reversible reaction with the amplification pair in a redox reaction. Can only be used when in . For example, the chlorine/chloride redox couple 2e - +Cl 2 2Cl - described below can be used as the primary pair, which is characterized by such a small exchange current that it cannot usually be measured reliably. . However, a suitable amplification pair meeting the above requirements is, for example, the well-known iodine/iodide redox couple 2e +I 2 2I below. These two react as follows: 2I - +Cl 2 2Cl - +I 2 rapidly and reversibly. At equilibrium, as described above, the necessary condition is Σ(I 2 +I - )<<<Σ(Cl 2 +Cl - ), so the relative concentrations of Cl 2 and Cl - do not substantially change. Although such amplification pairs are present at relatively low concentrations, the desired △
This results in an exchange current that allows an E/△T measurement to be made, but because the relative amounts of the principal pairs present are so large that the value of E is determined by the principal pair and not by the amplifying pair. It is decided. The effect of the primary pair cancels the effect of the amplifying pair on the measured potential. Prepare a solution containing 0.1 M HCl as a source of chloride ions, add 25 ppm Cl2 as NaOCl, and add a small amount of amplification in the form of 10-4 MI2 ,
It showed two-pair system behavior. The solution was divided into two parts and each was placed in a beaker; the first part was kept at 25°C, and the temperature of the second part was varied. A platinum electrode was inserted into each beaker and connected to an electrometer as an input. The liquids in the two beakers were communicated with each other via a salt bridge in the form of a tube filled with the solution. The temperature of the second beaker was then gradually varied from a low temperature of about 5°C to a high temperature of about 75°C. The resulting potentials, shown graphically in Figure 7 as a function of temperature, are shown by the use of amplifying pairs, even from redox pairs whose exchange currents would normally be unsuitable for making such measurements. This shows that reproducible ΔE/ΔT can be obtained. Since considerable changes may be made in the apparatus described above without departing from the scope of the invention as encompassed herein, all material contained in the above description or shown in the drawings is given only by way of example. should be interpreted as such, and not in a restrictive sense.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の原理に基づく新規の電気化学
的電池の横断面の模式図であり、第2図は第1図
の直線2−2に沿つて切断した電池の縦断面の模
式図であり、第3図は先行技術による代表的膜電
極の温度変化に対する電圧/時間応答を理想化し
たグラフであり、第4図は本発明による電池の温
度変化に対する時間/電圧応答のグラフであり、
第5図はレドツクス対の濃度及び比率に対する温
度係数曲線のグラフであり、第6図は釣合のとれ
た緩衝液及びレドツクス対の温度/電圧応答グラ
フであり、第7図は標準溶液のPH/温度のグラ
フ、及び本発明並びに先行技術による電極による
PH/温度のグラフであり、第8図は交換電流増幅
対と組合せたときの交換電流の小さいレドツクス
対の温度係数のグラフであり、第1図及び第2図
中の 20は本発明の電位差測定電極、21,29は
半電池、22,30は容器、26,34,40は
電解液、28は導線、32,42は接合、36は
白金線、38は外包、である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a cross section of a novel electrochemical cell based on the principles of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram of a longitudinal section of the battery taken along line 2-2 in FIG. 3 is a graph idealizing the voltage/time response to temperature change of a typical membrane electrode according to the prior art, and FIG. 4 is a graph of the time/voltage response to temperature change of a battery according to the present invention,
Figure 5 is a graph of the temperature coefficient curve versus concentration and ratio of the redox pair, Figure 6 is the temperature/voltage response graph of the balanced buffer and redox pair, and Figure 7 is the pH of the standard solution. /Temperature graph and according to the present invention and prior art electrodes
8 is a graph of the temperature coefficient of a redox pair with a small exchange current when combined with an exchange current amplification pair, and 20 in FIGS. 1 and 2 is a graph of the potential difference of the present invention. Measurement electrodes, 21 and 29 are half-cells, 22 and 30 are containers, 26, 34 and 40 are electrolytes, 28 are conductive wires, 32 and 42 are junctions, 36 is a platinum wire, and 38 is an outer envelope.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 測定電極および参照電極を有し、各々が、不
活性電極導線と、 () 1×10-6amp/cm2またはそれよりも大きい
交換電流および () 温度と無関係な電極電位を与えるような大
きさの還元態対酸化態比 を有する少なくとも一種のレドツクス対を含む充
てん溶液とを含む、迅速な応答および温度変化に
比較的に鋭敏でないことを特徴とする電位差測定
装置電極。 2 レドツクス対がI-とI- 3の対より成る特許請求
の範囲第1項に記載の電位差測定装置電極。 3 I-がモル濃度程度で存在し、I- 3が百分の一モ
ル濃度程度で存在する特許請求の範囲第2項に記
載の電位差測定装置電極。 4 測定電極がイオン選択PH膜を含む特許請求の
範囲第2項に記載の電位差測定装置電極。 5 I- 3/(I-3の比率が10-4〜10-5程度である特
許請求の範囲第2項に記載の電位差測定装置電
極。 6 内部充てん液が、10-6amp/cm2またはそれ以
上程度の交換電流を提供する熱力学的に可逆性の
レドツクス対の形態の少なくとも一種の増幅対
と、増幅対の交換電流よりも少なくとも小さい大
きさの交換電流を有する熱力学的に不可逆性の形
態で、増幅対の濃度またはそれよりも大きい濃度
程度で存在する主要対とより成り、増幅対と主要
対は、レドツクス反応で相互作用し、主要対単独
により提供されるよりも実質的に大きい交換電流
を提供するが、主要対により最初に測定された電
圧を提供する、特許請求の範囲第1項に記載の電
位差測定装置電極。 7 増幅対がヨウ素/ヨウ化物対であり、主要対
が塩素/塩化物対である特許請求の範囲第6項に
記載の電極。
Claims: 1. A measurement electrode and a reference electrode, each having an inert electrode conductor and an exchange current of () 1×10 −6 amp/cm 2 or greater and () temperature independent. a filling solution comprising at least one redox couple having a ratio of reduced to oxidized forms of such magnitude as to provide an electrode potential, a potentiometric device characterized by rapid response and relative insensitivity to temperature changes electrode. 2. The potentiometric measuring device electrode according to claim 1, wherein the redox pair consists of a pair of I - and I - 3 . 3. The potentiometric measuring device electrode according to claim 2, wherein 3 I - is present in a molar concentration and I - 3 is present in a 1/100 molar concentration. 4. The potentiometric measuring device electrode according to claim 2, wherein the measuring electrode comprises an ion-selective PH membrane. 5. The potentiometric measuring device electrode according to claim 2, wherein the ratio of I - 3 /( I- ) 3 is about 10-4 to 10-5 . 6. The internal fill liquid comprises at least one amplification couple in the form of a thermodynamically reversible redox couple that provides an exchange current of the order of 10 -6 amp/cm 2 or more, and at least one amplification couple in the form of a thermodynamically reversible redox couple that provides an exchange current of the order of 10 -6 amp/cm 2 or more; It consists of a primary pair present at or above the concentration of the amplifying pair in a thermodynamically irreversible form with exchange currents of small magnitude, where the amplifying pair and the primary pair interact in a redox reaction. 2. A potentiometric device electrode as claimed in claim 1, which provides a substantially greater exchange current than that provided by the primary pair alone, but provides a voltage originally measured by the primary pair. 7. The electrode of claim 6, wherein the amplifying pair is an iodine/iodide pair and the dominant pair is a chlorine/chloride pair.
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