TWI687683B - 長效型拋棄式參考電極 - Google Patents

Abstract

一種長效型拋棄式參考電極，其包括一底材、一參考電極層、一導電離子層、一導水緩衝層、一保護層及一絕緣層。參考電極層具有一電位感測區；導電離子層覆蓋參考電極層的電位感測區；導水緩衝層覆蓋導電離子層；保護層覆蓋導水緩衝層；絕緣層覆蓋保護層，且絕緣層具有一對應於電位感測區的開孔，保護層自開孔裸露；其中，當拋棄式參考電極與外部溶液接觸時，外部溶液是依序經由開孔、保護層及導水緩衝層而與導電離子層保持電性通透，且導水緩衝層用以將一部分外部溶液導向導電離子層以外的區域。

Description

長效型拋棄式參考電極

本發明是關於一種電化學感測用的參考電極，特別是關於一種拋棄式參考電極。

以往常用於電化學感測的參考電極包括玻璃電極，以酸鹼感測技術為例，玻璃電極的本體為厚玻璃管，底端具有球狀的感測部，感測部是由對氫離子具有敏感度的特殊玻璃薄膜製成，感測部內盛裝含氯化銀的0.1M鹽酸溶液，並以銀線浸入鹽酸溶液中，形成玻璃電極內部的銀/氯化銀參考電極。

然而，習用玻璃電極的缺點在於，結構較為脆弱，容易損壞且不易攜帶。而且，由於玻璃電極的造價昂貴，通常不會作為拋棄式參考電極使用。

本發明的其中一項目的在於提供一種具備浸泡長效性的拋棄式參考電極。

為了達成上述及其他目的，本發明提供一種用以在與外部溶液接觸時提供一開路電位的長效型拋棄式參考電極，其包括一底材、一參考電極層、一導電離子層、一導水緩衝層、一保護層及一絕緣層。參考電極層設於底材表面，且參考電極層具有一電位感測區；導電離子層覆蓋參考電極層的電位感測區；導水緩衝層覆蓋導電離子層；保護層覆蓋導水緩衝層；絕緣層覆蓋保護層、底材的局部表面及參考電極層的局部表面，且絕緣層具有一對應於電位感測區 的開孔，保護層自開孔裸露；其中，當拋棄式參考電極與外部溶液接觸時，外部溶液是依序經由開孔、保護層及導水緩衝層而與導電離子層保持電性通透，且導水緩衝層用以將一部分外部溶液導向導電離子層以外的區域。

通過上述設計，僅有所需要量的外部溶液會經由導水緩衝層而與導電離子層保持電性通透，讓參考電極層可提供開路電位，而其他過量的外部溶液可被導水緩衝層引導至導電離子層以外的區域，避免外部溶液因積累在導電離子層，最終接觸到電位感測區，導致外部溶液與電位感測區產生化學反應而使電位發生變化，造成參考電位失準的問題。亦即，本發明避免前述問題後，在長時間浸泡於外部溶液時，能夠長時間保持開路電位恆定，表現極優異的浸泡長效性。

10:底材

20:參考電極層

21:電位感測區

22:電接觸端

30:導電離子層

40:導水緩衝層

50:保護層

60:絕緣層

61:開孔

第1圖為本發明長效型拋棄式參考電極第一實施例的立體圖。

第2圖為本發明長效型拋棄式參考電極第一實施例的剖面圖。

第3圖為對照組參考電極的剖面圖。

第4圖為對照組參考電極的浸泡式長效測試的測試圖表。

第5圖為本發明長效型拋棄式參考電極第一實施例的浸泡式長效測試的測試圖表。

請參考第1、2圖，所繪示者為本發明長效型拋棄式參考電極(以下簡稱參考電極)的第一實施例，其包括一底材10、一參考電極層20、一導電離子層30、一導水緩衝層40、一保護層50及一絕緣層60。

底材10作為參考電極層20、絕緣層60及其他部件的載體，其可為 硬式或軟式絕緣材料，並可供參考電極層20附著，且與待測溶液不具反應性為佳。

參考電極層20設於底材10的表面，參考電極層20可為但不限於銀、銀/氯化銀(Ag/AgCl)、碳導電材料、金屬氧化物(例如氧化銀)，且參考電極層20具有一電位感測區21及一電接觸端22。

導電離子層30覆蓋參考電極層20的電位感測區21，導電離子層30可使參考電極層20維持電性平衡，導電離子層30可為但不限於氯化鉀、氯化鈉、氟化鉀、氟化鈉等高擴散性鹽類、洋菜、聚丙烯酰胺、聚乙二醇等固態電解質或離子液體。

導水緩衝層40至少局部覆蓋導電離子層30，其用以將一部分外部溶液導向導電離子層30以外的區域，例如導水緩衝層40本身未與導電離子層接觸的區域，導水緩衝層40可作為外部溶液與導電離子層30之間的緩衝介質，其一方面可以讓外部溶液與導電離子層30可以保持電性通透，另方面又可避免過量外部溶液通過導電離子層30並積累在電位感測區21，而可進一步避免過量外部溶液在電位感測區21產生化學反應，進而產生電位變化，導致參考電位失準的問題。當導水緩衝層40的體積越大時，可以實現越好的緩衝性能。在可能的實施方式中，導水緩衝層40的體積大於導電離子層30的體積。導水緩衝層40可為但不限於甘油、五氧化二磷、聚丙烯酸鈉、氧化鈣、氧化鎂、醋酸乙烯酯、聚乙烯醇等吸水性材質或多孔性纖維板。

絕緣層60覆蓋保護層50、底材10的局部表面及參考電極層20的局部表面，絕緣層60具有一對應於電位感測區21的開孔61，保護層50可自開孔61裸露，且絕緣層60並未覆蓋參考電極層20的電接觸端22，使電接觸端22可作為 金手指而與一外部的電化學感測器電性連接。絕緣層60例如是由非導電材質製成，且與待測溶液不具反應性；絕緣層60可用來隔絕參考電極層20及待測溶液，使待測溶液與參考電極層20不直接接觸。

保護層50是用以在參考電極接觸外部溶液時，使外部溶液依序經由開孔61、保護層50及導水緩衝層40而與導電離子層30保持電性通透，但又可令導電離子層30與外部溶液大致隔離，保護層50可為但不限於聚氨酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯、聚氯乙烯或壓克力樹酯製成的孔洞型高分子或全氟磺酸的含氟聚合物等離子通透高分子。

以下通過若干測試說明本發明的有益效果。在浸泡式長效測試中，同一參考電極浸入pH值為12的標準試劑，並搭配酸鹼感測儀量測其開路電位；其中，實驗組為第一實施例所示的參考電極，對照組為第3圖所繪示的參考電極，其中，第3圖所示的參考電極與第一實施例的差異在於，省略了導水緩衝層，其餘結構與第一實施例大致相同，亦即對照組的參考電極也具有與第一實施例相似的底板10、參考電極層20、導電離子層30、保護層50及絕緣層60。

如第4、5圖所示，測試結果顯示本發明的參考電極表現出良好的浸泡式長效性；詳言之，當沒有導水緩衝層的對照組長時間浸入標準溶液後，隨著時間經過，標準溶液會逐漸通過保護層50、導電離子層30而累積在電位感測區21，而當電位感測區21累積過量的標準溶液時，容易與標準溶液產生化學反應，使得所量測的開路電位產生變化；由第4圖可見，沒有設置導水緩衝層的對照組，在浸泡經過120分鐘後，開路電位開始顯著增加，顯示其電位感測區已被污染，從而失去參考電極的作用，其所測得的開路電位不再具有參考電位的價值。相反地，實驗組的參考電極由於設有導水緩衝層40，這使得標準溶液即 便經由開孔61進入絕緣層60內測，導水緩衝層40也能發揮到很好的緩衝作用，將過量的標準溶液導引至導水緩衝層40各處，使標準溶液不會僅集中於導電離子層30，從而大幅延長了電位感測區21不被標準溶液污損的時間；根據第5圖所顯示的測試結果，可以發現實驗組的開路電位在480分鐘的時間範圍內，均保持穩定，電位變化量小於±10mV，與對照組相較，實驗組參考電極的穩定工作時間至少為對照組的四倍，可見本發明的參考電極在浸泡式長效性能的表現極為優異。

需說明的是，前述實施例中，參考電極層的電接觸端自絕緣層裸露，而可與外部的連接埠插接；在其他可能的實施方式中，參考電極層的一端與導線連接，此時參考電極層可能被絕緣層完全覆蓋。

10:底材

20:參考電極層

21:電位感測區

22:電接觸端

30:導電離子層

40:導水緩衝層

50:保護層

60:絕緣層

61:開孔

Claims (5)

1. 一種長效型拋棄式參考電極，用以在與外部溶液接觸時提供一開路電位，其包括： 一底材； 一參考電極層，設於該底材表面，該參考電極層具有一電位感測區； 一導電離子層，覆蓋該參考電極層的電位感測區； 一導水緩衝層，覆蓋該導電離子層； 一保護層，覆蓋該導水緩衝層；以及 一絕緣層，覆蓋該保護層、該底材的局部表面及該參考電極層的局部表面，該絕緣層具有一對應於該電位感測區的開孔，保護層自該開孔裸露； 其中，當該長效型拋棄式參考電極與該外部溶液接觸時，該外部溶液是依序經由該開孔、該保護層及該導水緩衝層而與該導電離子層保持電性通透，且該導水緩衝層是用以將一部分所述外部溶液導向該導電離子層以外的區域。
2. 如請求項1所述的長效型拋棄式參考電極，其中該導水緩衝層的體積大於該導電離子層的體積。
3. 如請求項1所述的長效型拋棄式參考電極，其中該參考電極層具有一電接觸端自該絕緣層裸露。
4. 如請求項1所述的長效型拋棄式參考電極，其中該保護層是由孔洞型高分子或離子通透高分子製成。
5. 如請求項1所述的長效型拋棄式參考電極，其中該導水緩衝層是由吸水性材質或多孔性纖維板製成。

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