JP2000507696A

JP2000507696A - 陽イオン選択性センサ

Info

Publication number: JP2000507696A
Application number: JP9534820A
Authority: JP
Inventors: ベネディクトアーレルス; アレクサンドレコウルガ; カルルカマーン
Original assignee: インスティテュートファーヒェモウントビオゼンゾリックミュンスターエー．ファー．
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 2000-06-20
Also published as: EP0890096B1; EP0890096A1; DE19612680C2; AU2691497A; WO1997037215A1; US6200444B1; DE59707789D1; DE19612680A1

Abstract

(57)【要約】本発明は、陽イオン選択被覆体（３）を備える陽イオン選択センサ（１）に関するものであり、この陽イオン選択センサ（１）において、溶液（４）中に存在し、分析されるイオンにより、陽イオン選択層（３）の電気的特性が検知可能なように変更される。陽イオン選択層（３）の酸／塩基成分により、センサ機能は、分析される溶液中に存在する陰イオンに影響されないようになる。このような構成により、測定精度を向上させ、検出限界点を低減することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】陽イオン選択性センサこの発明は陽イオンを選択性塗布層を有する陽イオン選択性センサに関する。検出される対象である陽イオンがこの陽イオン選択層に接触すると、この層の電気的特性に、検出可能な変化が生じる。溶液中のイオンを測定するために、電位差イオン選択性電極が、しばしば、利用される(カマン K.（Cammann，K.），イオン選択性電極を使用した働き（DieAr beit mit Ionenselektlven Elektroden）第２版（2nd ed.）,シュプリンガー出版社(Springer Verlag):ベルリン(Berlin),ハイデルベルグ(Heidelberg),ニューヨーク（New York），1977)。イオン選択性電極とは電気化学センサのことであり、このセンサを使用することによって、固有のイオンの濃度、または、活動度（活量）を、電位差を利用して決定することが可能となる。このイオン選択電位差は、活性電極材と電解質との間の相の境界で生じ、溶液中の固有イオンの活動度を定義した“ネルンストの式”(Nernst equation)に従って、この電位差は決まる。このタイプのセンサの一例が、イオン選択性電界効果トランジスタである (例えば、DE 29344005C2)。抵抗と静電容量との場合とは異なり、電位の絶対値には物理的な意味はない。なぜなら、電位は、基準値との関連で定義されるにすぎないからである。従来から、電気化学では、このような基準値は基準電極の電位によって与えられている。溶液中のイオンの活動度を確定するために電位差測定を行うということに関して、基準電極が必要であるということは、非常に不利なことである。電位差分析法のもうひとつ別の基本的な制約は、イオン選択薄膜の構成・合成に関してである。薄膜内で固有的に結合するという性質の必要条件及び薄膜内での錯化場所の必要条件の双方又は一方は、薄膜と溶液との境界面での電位差が、その溶液中の特殊な種の存在の関数として、選択的に生成される、というものにすべきである。例えば、検出された種が、薄膜相と溶液との間で、充分に早く交換されるようにするためには、この結合を、あまり強くすべきではない。電位差分析法に加えて、最も頻繁に使用される電気化学分析法は、適切に準備された、あるいは改良された伝導性の、または、半伝導性の作動電極を通る電流を測定する方法である。この電極の電位は基準電極の電位によって設定される。測定電流は電気化学的酸化還元反応の結果として生じ、この酸化還元反応は、作動電極と溶液との境界面で起こる。基準電極が必要であるという制約に加えて、測定される種は作動電極に加えられる作動電位で電気的に活性化されなければならない、という事実によっても、この測定方法を用いることは、制約を受ける。さらに、この電位は、妨害する種の電位とは異なっていなければならない。後者の妨害する種の電位は、しばしば問題を引き起こす。なぜなら、多くの化合物、または、大集団の化合物は、非常に似た酸化還元の特性を持っているからである。さらに、多くの化合物に必要な電極電位は、実際上、使用可能な範囲外に存在する。荷電された中性種を詳しく認識するために、通常、用いられる非電気化学的方法は、さまざまなタイプの液状クロマトグラフィを含む。この場合、分析されるべき試料は、いわゆる、固定相、例えば、検出された種を固有的に結合したり、あるいは、保持したりするポリマー層に接触させられる。この結合の強さがクロマトグラフィカラム内の分析対象物の保持時間を決定する。テーラー・メードの固定相が使用される時、非常に多くの種が固有化される。しかしながら、このタイプの解析的測定の構成は非常に複雑であり、かつ、費用の面で非常に高価である。溶液中のイオンの測定は、イオン選択性オプトード（optodes）によっても可能である。紫外線／可視光線域内で自身の光学的特性を変化させる構成要素を含むイオン選択化合物および指示薬を、光信号の伝送に対応したイオン選択性センサにおける色イオノフォア（chromoionophores）と蛍光イオノフォア（fluoroio nophores）として使用可能である。イオン選択光装置が機能する仕方についての概略が次の記事のなかに与えられている：K．ザイラー（K．Seiler）,イオン選択性光装置膜(Ionenselektive Optodenmem-branen)フルカ・ケミー（株）（Fluk a Chemie AG），ブッフ（Buchs），スイス（Switzerland）(1991)，ISBN3-90561 7-05-6,W．モルフ（W．Morf）,K．ザイラー（K．Seiler）,P．P．ソレンセン（P .P．Sorensen）,W．シモン（W．Simon）,イオン選択電極（Ion-Selective-Elect rodes）,第５巻（Vol.5）,ペルガモン出版（Pergammon Press）, オックスフォード（Oxford） ,ニューヨーク（New York）,アカデミアイ（Akade miai）ブタペスト（Budapest）(1989)，p．141。光学的変換システムに適用される薄膜における発色団構成要素または蛍光構成要素とイオンとが相互作用を起こすと、蛍光が吸収されたり、励起されたりする。そして、このようにして、無色の、または、非蛍光性の物質のための化学センサを開発することが可能となっている。この光学センサ・システムには基本的な問題点がある。例えば、この光学システムは、背景光によって妨害され、電気化学センサと比較した時、比較的狭い動的測定域を有する。さらに、移動できないように固定された構成要素の長期間の安定性は、光分解による崩壊と侵出とによって、制限されている。そして、光学センサの反応時間は比較的長い。イオン選択性光装置がさらに持っている問題点は、マイクロ電子工学と両立できないことであり、集積化・統合化の可能性がないことである。発色団化合物または蛍光化合物を合成するには、非常に時間がかかるうえに、コストが高く、非常に不利である。溶液中のイオンは、試験棒と試験紙とによっても確定することができる。これは、マイクロ化学調査方法に基づくものである。この方法によれば、少量の（イオン形態の）構成要素の化学反応を肉眼で確かめることができる。これら構成要素の発色反応（色の変化）によって分析対象物が確認できる。この場合、固有の検出反応に必要な試薬のすべてを支持体に塗布してから、水性分析対象物にさらす。これによって、問題の分析対象物を、それぞれの発色の強さ、あるいは、色調の度合にしたがった濃度域へと割り当てることができる。固有の発色反応または発色変化のために試験紙と試験棒とに使用される試薬は、比色試験システムでも使用される。比色法では、視覚によって、試料試薬の色の度合が、濃度が既知の標準溶液の色の度合と比較される。しばしば、半定量の結果が与えられるにすぎない上述の確定法（定量法）には、正確性に関する問題点や不利な点があることがわかる。オンライン測定システム（直結測定法）では、試験紙片を使用することができないので、試験紙片がセンサとして機能を果たせない。EP015364A2 には、いくつかの試験紙片のための構成と測定法とが開示されている。気体や液体中の荷電された種、または荷電されていない種を検出する為の分析法のもうひとつ別の重要なレベルでは、抵抗や容量の測定を利用している。感応材料の層の電気伝導率の変化、または、この層の誘電性は、検出された種との相互作用の関数として呈示される。気体検出の分野では、抵抗・容量センサが、このようにして広く用いられている。これに反し、液体中での化学分析の為に、このようなセンサが利用される例はめったにない。なぜなら、これらの測定は特異性に欠けるからである。しかしながら、GB2204408において、R．S．セタイ等（RS Sethi et al.）は、固定されたウレアーゼの薄膜におおわれた指状のインターデジタル電極（IDEs）を有する電気伝導度測定酵素バイオセンサについて説明している。試験溶液のなかにウレアが存在している時、密集して配列された電極を使用することによって、酵素の層を浸している溶液の伝導率を測定することが可能となる。ただし、ウレアーゼから触媒作用を受ける尿素加水分解に関し、固有的にその伝導率が変化する場合に限ってのことである。この種のバイオセンサの欠点のひとつは、その溶液の緩衝能力及びイオン強度（伝導率）の双方又は一方が増加するにつれて、バイオセンサの感度が著しく低下することである。 WO 93/06237では、電気的活性伝導ポリマー（ポリアニリン、ポリピロール）の層の伝導率の変化を測定するために、インターデジタル電極を使用することについて説明している。これらの変化は、ポリマーの酸化還元官能基が、溶液中に存在する利害関係のある種と相互作用を及ぼし合った結果として生じる。 US4,334,880では、分析対象物固有抵抗計について説明しており、ポリアセチレンの電気的伝導性の、または電気的半伝導性の層が、分析対象物を固有する層として使用されている。 GB2137361において、L．S．レイモンド等（L.S．Raymond et al.）は容量性検出装置について説明している。この装置は次の構成要素を有する：１．二つのインターデジタル電極から成るコンデンサ；２．導電性電極を覆い、かつ、分析される溶液からこの電極を保護遮蔽している電気的に絶縁性の物質で形成された第１の層；３．前記第１の層を覆っているある材料で形成された第２の層。この第２の層は溶液中のある固有の非水性物質に対して透過性があり、この透過された物質が、インターデジタル電極間の電界に入ることによってコンデンサの容量を変化させる。容量性検出装置は以上の構成要素から成る。前記第２の層は、例えば、カリウムイオンに対して選択的に透過性を持つバリノマイシンを有する。インターデジタル電極は、イオンがこのバリノマイシン層に固有的に吸収された結果生じる容量変化を測定する。上記GB2137361では、薄膜構成についての説明はない。すなわち、利害関係を持っている種との関連において、感応する前記第２の層に必要とされる透過率を保証するために必要な条件についての呈示がなされていない。さらに加えて、このタイプの条件は検出されうる種の数を大きく制限してしまう。絶縁層を持った導電性電極を保護遮蔽する必要があるので、このタイプの層の質に関する厳格な必要条件を考慮に入れて変換器を作り出すことは、さらに困難になっている。そして、同時に、センサの感度も悪化させている。さらに問題な点は、分析されるべき溶液の組成の関数（相対的要素）としての測定層の誘電率の急激な変化をコントロールすることができないことである。上述の従来例の問題点に鑑み、この発明の目的は、新規なセンサの設計と、これに従って構成されたセンサを提供することであり、このセンサによって溶液中の陽イオンを、基準電極を使用せずに絶対的な測定によって、定量的に及び定性的にあるいはその一方のみにより確定することが可能となる。同時に、陰イオンによる妨害を避けることも可能となり、その結果、測定精度が向上し、検出制限が緩和される。この発明の目的は、クレーム１に記載された特徴的構成要件によって達成される。従属クレームは、利点ある改良点を提示している。この発明では、インピードメトリック（impedimetric）陽イオン選択性センサを使用することを提案している。このセンサは、少なくとも１層のイオン伝導性陽イオン選択層（薄膜）から構成されている。この陽イオン選択層は、溶液と接触し、かつ、液状、半固体材料または固体材料で形成されている。この層は少なくとも二つの電極のうちの少なくとも一方の電極と接続されている。両電極は支持体に取り付けてもよい。陽イオン選択層の成分は溶液とは混ざらないようにすべきであり、そうすれば、“流出”することはない。好ましくは、水性溶液と、疎水性陽イオン選択層とが使用される。この場合、疎水性材料は少なくとも一つの疎水性物質を有している。この疎水性物質は、水性溶液とは混じり合わず、さらに別の層成分のためのマトリックス及び溶剤の一方又は双方として用いることができ、そして、陽イオンを識別する結合要素を有する。この発明においては、この層が、プロトン生成形態の酸／塩基として機能する官能基及び化合物の双方又は一方を含んでいるということも提案されている。前記官能基及び化合物の双方又は一方は、層の中に、例えば、ＰＨ指示薬の形態で、または、疎水性の酸または塩基の形態で存在してもよい。測定条件を選択することによって、酸／塩基成分は、膜中ではプロトン化された形態になる。ここに提案された新規な層の構成によって、インピードメトリック陽イオン選択性センサの作用の全く新しい方式が実現される。この発明のセンサと、分析される溶液とが接触している時に、陽イオン選択層と溶液との間でイオン交換が行われる。検出される対象であり、しかも溶液の中に含まれている陽イオンは、陽イオン選択層の中に入って、層の中に存在する選択カップリング要素と共に複合体を形成する。同時に、その層の電荷的中性を維持するために、層の中の酸または塩基の官能基に結びつけられているプロトンがその陽イオン選択層を離れて溶液の方に移る。陽イオン選択層内に本発明の酸／塩基成分があるので、必要な電荷補償のために、溶液から陰イオンを付加的に取り上げる必要がない。（すなわち、“陰イオン共抽出 anion coextraction”の必要がない。) これは利点である。何故なら、陽イオンの電荷を補償するために、詳細に、どの陽イオンが、どの位の量で溶液から選択層のなかに入り、センサの特性に影響を及ぼすか、ということは、正確には決して知ることはできないからである。生物学的試料、および、生理学的流体の分析において、この問題は極めて深刻である。これらの試料や流体においては、多数の異なった高親油陰イオンの存在が長い間、知られている。陰イオンの妨害を避けることによって、陽イオン選択層に存在する酸／塩基成分は、測定精度を向上させ、センサの検出限界を緩和低減させることを同時に保証する。この層の大部分の電気的特性は、上述したイオンの作用によって変化する。そして、層と接触している電極を利用して、この変化が検出されるのである。この場合、陽イオン選択層への可逆的な陽イオン吸収が行われるのか、または、不可逆的な陽イオン吸収が行われるのかどうかは決定的に重要なことではない。なぜなら、層の特性の測定、例えば、抵抗または電気伝導力の測定は絶対的な測定であるからである。不可逆的な陽イオン抽出の場合、すなわち、“バインディング ”の場合、本発明のセンサを線量計として用いることができる。すなわち、薄膜の電気的特性の変化を、かなり長い間、測定装置をさらし続けていた媒質における分析対象物の累積的パラメータ（“線量”）とみなすことができる。従来例と比較した時、本発明の陽イオン選択性センサは、次の利点を有する。１．本発明のセンサには、基準電極が不要である。なぜなら、コンダクタンスやアドミッタンスのような電気的特性の測定は絶対的測定だからである。これに反して、例えば、電位差測定は相対的である。２．本発明のセンサの新規な機能的構成により、試料溶液中のイオンがセンサの応答に妨害の影響を及ぼすことはない。３．本発明のセンサの新規な機能的構成のひとつとしてのイオン交換を利用することによって、センサの応答が良くなる。(可逆性、選択性、安定性)。４．センサ最適化、および、センサ製造のために、広範囲な新しい材料を使用することができる。５．本発明のセンサの新規な機能的構成により、試料・マトリックスが測定結果に及ぼす影響が大いに削減され、実質的に試料の調整が容易になる。６．電位差計量センサとは違い、上述のセンサは、非常に高いイオン強度を持った溶液中の分析対象物濃度を確定することができる。７．本発明のセンサを使用すれば、閉じた容器内の、例えば、封印されたガラスアンプル内の溶液組成を、非接触測定法に従って測定することができる。８．本発明のセンサを、高いレベルで集積化された完全なソリッド・ステート・システムとして設計することができる。これによって、かなりの小型化が可能となり、マイクロ電子工学との両立も保証される。以上が利点である。固体測定電極、または、半固体測定電極、または、多孔性測定電極を製造するために使用される導電性材料は、電子の移動性または孔を考慮にいれて、電気的導体の特性、または半導体の特性、またはＰ型導体の特性を呈示する物質である。これらの物質は、例えば、次の通りである。・貴金属（銀、金、プラチナ、パラジウム、など）; ・十分に化学的安定性を持った他の金属（ニッケル、タンタル、チタン、クロム、銅、バナジウム、アルミニウム、など）; ・金属粒子または黒鉛粒子を含んだ、導電性ペーストまたはエポキシ樹脂; ・炭素を基にした材料（炭素繊維、ガラス質炭素、黒鉛）; ・濃密にドープ処理されたシリコーン（ポリ・シリコン）; ・導電性ポリマー（ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレン、など）・金属粒子、黒鉛粒子を含む導電性ポリマー。以上が導電性材料の例である。導体は、それ自体が支持体であってもよい。例えば、棒状、線状または網状でもよい。あるいは、導体は、薄膜の接触面だけが自由であるように、プラスチックの中に、または、もうひとつ別の絶縁性支持体の中に埋め込まれてもよい。この晒されている部分は、円盤状または帯状になってもよい。これに代わるものとして、この導体を厚膜または薄膜の形態で絶縁性支持体の上に形成してもよい。(ここでの用語は、マイクロ電子工学分野における厚膜及び薄膜技術の語句の確立された使用法を参照している。)例えば、厚膜・薄膜技術における真空蒸着法、スパッタリング法、または他の方法に従い、化学的または電気化学的重合または蒸着（この蒸着は、金属の場合である）によって、スクリーン印刷法を利用しながら製造をおこなってもよい。絶縁支持体に設けられた導体は、例えば、帯状、円状、または円盤状でもよく、またはインターデジタル電極でもよい。導体は、それぞれ、支持体の同一面または両面に、平面状または垂直方向に互いに離して配列してもよい。測定電極の表面は、必ずしも滑らかである必要はないし、磨き上げられている必要もない。陽イオン選択層と、より良く接触できるように、そして、界面抵を減少させるために、この表面を荒くしてもよい。さらに、導体と選択層との間に、高い電気化学的境界抵抗が発生した場合のために、界面抵抗を抑える目的で、導体と分析対象物選択層との間に、酸化還元対を形成する物質で形成された、もう一つ別の付加層を設けてもよい。酸化還元対と界面抵抗を抑えるこのタイプの物質は、CH 677 295によって開示されている。したがって、この開示の中身について、特に言及する。層の厚さは、典型的には、0.01μｍ〜100μｍの範囲内にある。電極と分析物選択層との間で電子が移動することは、AC測定の期間中は必要ないので、導体の表面と選択層とが直接、接触する必要はない。したがって、容量結合を利用して、空隙または絶縁層によって分析対象物選択層から分離されている電極によって、このタイプの測定を行うことが可能である。同様に、層の電気的特性を非接触で測定するために、誘電結合を利用することも可能である。この場合、層は電流が流れている巻線のなかに配置される。渦電流が層のなかに生成され、この渦電流によって、層の導電率の関数としての電力損失が生まれる。他の可能性としては、試料内で電流ループによって接続された二つの巻線を使用することも考えられる。利用に適した、さらに別の電極装置およびその変形例がDE44 37 274.4-52に開示されている。陽イオン選択結合要素と酸／塩基の特性を持った成分とを有した本発明の陽イオン固有層は、さまざまな構成およびコンシステンシー(consistencies)を持っていてもよい。本発明では、層の材料は、例えば、有機性液体、ポリマー、またはイオン交換体、または、これら成分を組み合わせたものから成っていてもよい。被覆材として使用してもよい液体を、第一に考えてみたい。および、この液体に対応した混合物も考察の対象である。例えば、次の液体が挙げられる。無極性溶媒、例えば、テトラクロロメタン、クロロホルム、ヘキサン、トルエン、および、多くの不飽和芳香族炭化水素類などの無極性溶媒である。陽イオン選択層は、一つ以上の可塑剤を含んでいてもよい。可塑剤は、低蒸気圧の液体不活性有機物、または固体不活性有機物である。主に、エステル・タイプの可塑剤である。これらの可塑剤は、化学反応なしに、主として、それらの溶解力及び膨張力の一方又は双方によって、(この力がなくとも可能であるかもしれないが、)化学的かつ物理的に、高重合物質と相互作用を及ぼし合うことが可能であり、これらで均質系を形成することが可能である。(DIN55945，1988年12 月)。好ましくは、疎水性を持った可塑剤が利用される。極めて広い多種多様な可塑剤を使用してもよい。例えば、フタレート類、トリメリテート類、脂肪族ジカルボキシレート類、セバケート類(sebacates)、1,3- ブタンジオール、1,2-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール等のジオール類とアジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸およびフタル酸とから得られるポリエステル類、リン酸塩類、脂肪酸エステル類、ヒドロキシカルボキシレート類、エポキシ化された脂肪酸誘導体類、特にトリグリセライド類とモノエステル類、ポリアミド可塑剤類、例えば、ベンゼン・スルフォン酸アミド類、またはp-トルエン・スルフォン酸アミド類、または長鎖脂肪族アルコール類である。受容層を可塑的にするために、二種又はそれ以上の可塑剤の混合物を加えてもよい。上述のタイプの可塑剤をイオン選択薄膜の中に使用することが、この文献に述べられている。疎水性を有する次の可塑剤を用いてもよい。エーテル類、例えば、o-ニトルフェノールオクチルエーテル、エステル／アミド可塑剤類、この場合、特に、ジカルボキシル酸ジエステル可塑剤類、および、テトラカルボキシル酸テトラエステル可塑剤類、エステル化成分は脂肪族アルコールであり、一般的に、少なくとも５つの炭素原子を有し、例えば、ビス（2-エチルヘキシル）セバケート(sebacate)、リン酸またはホスホニウム酸（phosphonic acid）のジエステル類である。多くの可塑剤類は、さらに官能基を持った酸素供与体であり、それらは例えば、ビス（2-エチルヘキシル）セバケート(sebacate)、ジオクチルフタレート、ジベンジルエーテル、トリス-２-エチルヘキシルフォスフェートなどである。この発明によれば、一又は二種類のポリマーは、好ましくは、水溶液に非混和的又は僅かに混和的であり、陽イオンで特徴づけられる層の成分として考えられてもよい。したがって、そのトランスデューサ上に、即ち、その電極及び選択的に付加する支持体上に、ポリマーマトリックスを形成するポリマーについて言及する。アルケンモノマーユニットから生じるホモポリマー又はコポリマーは、非極性あるいは弱い極性の置換基を有してもよい。その置換基Ｒ１の例としては、Ｒ１＝−Ｈ、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−ＮＯ₂ 、−ＣＯＲ、−ＳＨ、−ＣＮ、−ＣＯＯＲ(酸素原子又は炭素原子を介してそのメインポリマーチェーンに結合されている)、カルボニトリル基、カルボキシアミド基、脂肪族／芳香族エーテル基、及び芳香族／ヘテロ芳香族基が挙げられる。そのポリマー材料の構成は、低分子量から非常に高い分子量の間に亘ってもいいが、高分子量であるほうが好ましい。アルケン類から生じるモノマーユニットに基づいた前述のホモポリマー又はコポリマーの間で特別に好ましいのは、ビニールハライド又はビニリデンハライドのホモポリマー又はコポリマーである。これらのホモポリマー又はコポリマーのなかで、ハロゲン原子は塩素原子であることが望ましい。さらに、以下の他のポリマー材料（及び対応するホモポリマー又はコポリマー又は誘導体）も、固体又は半固体膜のポリマーマトリックスに用いることができる。すなわち、ポリビニル類、例えは、ポリ塩化ビニル類、ポリビニル・ステアリン酸塩、又はポリビニル・アセテート・ポリメタアクリレート類、セルロース誘導体、例えば、セルロースエステル及びセルロースエーテル、ポリエチレンオキシド類、ポリアミド類、ポリイミド類、ポリエステル類、ポリエーテル類、ポリフェノール類、ポリスチレン類、ポリウレタン類、ポリカーボネート類、ポリピロール類、ポリアニリン類、ポリアセチレン類、ポリシロキサン類、シリコン含有ポリマー、例えば、シリコーン類、ハロゲン化シリコーンまたはシラン類、ポリアクロレイン類、ポリアクリル酸類、ポリアクリロニトリル類、ポリエチレン類、ハロゲン化ポリマー類、ポリエン類、ポリエチレングリコール類、ポリグリコール類、ポリウレア類、ポリイソシアネート類、ポリイソシアニド類、ポリイソプレン類、ポリケトン類、ポリマレイン酸(誘導体)、多糖類、ポリオール類、ポリペプチド類、ポリフェニレン類、ポリプロピレン類、リグニン又はキチンである。更に、変性の共重合されたポリマー、二つ以上のポリマーの混合ポリマー、又は共重合されたポリマーを、陽イオン選択層の一つの成分として使用することが可能である。この発明によると、疎水材料は、ポリマーと可塑剤との組み合わせから構成してもよい。ポリマーで造られた層は、好ましくは、脂肪族アルコール類のエーテル類とエステル類を包含する有機、疎水、且つ水不溶の液体を含有してもよい。疎水性層の選択率は、層の組成と個々の成分の化学構造の変化によって変性されることがあり得る。陽イオン選択層も、他の成分を安定させるための多孔性マトリックス／支持体（例えば、フィルタ紙、繊維、微細孔硝子、セラミック）を含有してもいい。多孔性マトリックス／支持体を利用することは、更に、個々の成分の均質化に効を奏する。陽イオン選択カップリング要素は、陽イオン選択層の必須の構成成分である。この発明においては、カップリング要素という用語は、調査されるべき溶液に含まれた陽イオンを結合又は錯化することができる全ての化合物又は基及び官能基を意味している。一方では、この陽イオンで特徴づけられる層は、陽イオンを選択的に抽出するのに用いられる対応するカップリング要素を有する液体及びポリマーの双方又はいずれか一方から構成してもよい。しかし、他方では、上述した層には、ポリマー材料及び有機液体の双方又は一方を含有させ、陽イオン選択カップリング要素を追加的に付け加えることも可能になっている。この陽イオン選択カップリング要素は、この陽イオン選択層と接触している水性試料溶液からの陽イオンを用いて錯体を選択的に形成することができる。従って、この溶液からこの層に陽イオンを固有的に取り入れることができる。この発明によれば、陽イオン選択カップリング要素という用語は、とりわけ、官能基、イオン交換体、錯化基、又はキレート基、クラスレート類(例えば、ポダンド類（podands）,コロナンド類（coronands），ポリエーテル類、シクロファン類、クラウンエーテル類、抗生物質類、シクロデキストリン類)、天然及び合成ポリペプチド類、脂質及び界面活性剤を意味すべきである。このカップリング要素は、錯化する可塑剤、又はキレートを形成することができる可塑剤であってもいい。これらのカップリング要素は、対応するキレート官能基を含有する。これらの官能基は、可塑剤に共有に結合されており、イオンと錯化することが分子内及び分子間に行われてもいい。この点に関して挙げることのできる例は、シス−N,N,N−テトライソ−ブチル−1,2−シクロヘキサンジカルボキシアミドと、Li⁺−選択可塑剤としてのジオクチルホスフォネートのような可塑剤である。この陽イオンで特徴づけられる層は、陽イオン選択カップリングサイトを有するポリマーを含有してもいい。これらの陽イオン選択カップリングサイトは、その溶液から陽イオンを選択的に抽出して層に入れることができる。このイオン選択層は、イオン伝導体であることが好ましい。この発明によれば、このポリマーは、錯化されたポリマーでもよい、例えば、ポリマーキレート剤類である。これらのポリマーは、ポリマーに共有結合により結合された対応するキレート官能基を含んでおり、架橋しても、架橋しなくともよい。これらの基のイオンとの錯化は、分子内又は分子の間に行なってもいい。慣用錯体ポリマーの錯体基（配位子）が、イミノ二酢酸、ヒドロキシキノリン、チオ尿素、グアニジン、ジチオカルバメート(bamate)、ヒドロキサム酸、アミドキシメ(amidoxime)、アミノリン酸、シクロ（cycl.）ポリアミノ、メルカプト、１、３−ジカルボニール、チオ、シアノ及びクラウン・エーテル基類であり、時には、異なる金属のイオンに関して、非常に固有の活動に伴っている。錯化するポリマーの基本ポリマーは、ポリスチレンに加えて、ポリアクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリエチレン・イミン、及びポリシロキサンである。この錯化するポリマーは、好ましくは、ポリマー類似の反応において、架橋されたポリビニル化合物で、造られている。ポリマー類似の反応を通して、天然ポリマー（例えば、セルロース、デンプン、リグニン、又はキチンなど）と変性された天然ポリマー（例えば、フミン酸）との両方から得られるポリマーを錯化することが可能である。それらの化合物は、更に、以下のようなポリマーに共有結合されてもいい、クラスレート(例えば、シクロファン、クラウンエーテル、抗生物、シクロデキストリン等)、天然又は合成ポリペプチド、脂質及び界面活性剤である。このタイプのポリマーの例としては、活性配位子を有する多糖、ポリクラウンエーテル、ポリクラウンビニル、ポリエーテルコポリマー及びポリアクリレート、多糖及び活性配位子を有するポリシロキサンが挙げられる。そのポリマー膜に含まれる、界面活性剤、コロイドゴールド、グラファイト、硝子、無機微細粒子又はビーズは、分子キャリヤーとして機能してもいい。中性又は荷電された種、例えば、アルカリ金属イオンMg²⁺、Ca²⁺、或いは遷移金属イオンを、ポリマー層の中の固有官能基と、選択的に結合することは、形態と孔径の変化をもたらす。正確に言えば、（ａ）マトリックスポリマーの架橋の増加／減少、又は（ｂ）膜層の成分の配置分子変化である。形態学上の変化は、膜層の電気特性の変化を引き起こす、例えば、イオン伝導率である。これは、陽イオンを結合することができる官能基を含有する、ゲル、蛋白質、特に受容性蛋白質、脂質及び界面活性剤に関わるケースである。更に、ポリマー膜の使用について言えば、これらのポリマー膜は、基本ポリマー構造に共有結合されており、陽イオンを錯化させる配位子を含有する。例えば、遷移金属イオンによって、これらのイオンは、ポリマーチェーンの様々な位置でポリマーに含まれる配位子と錯体又はキレートを形成する場合には、これらの膜を架橋してもよい。陽イオン受容性ポリマー層は、例えば、多相ポリマー層がCa²⁺に対して感応し、一つのブロックのコポリマーにポリ-L-ダルタミン酸チェーンを含有する。陽イオン結合によって誘発された形状変化を起させることができる分子の間に、蛋白質及び合成又は天然ポリペプチド等のポリイオンについて言えば、特に、２種類、すなわちプロテオグリカン類及び酸性糖蛋白質のポリ陰イオン高分子類が、例えばナトリウムとカルシウムに対して上述の特性を示す。これらの高分子は、ポリ陰イオンを代表する。正確に言えば、これらの高分子のカルボキシル化されたシアル酸基又はスルフォン酸基に応じて、ポリ陰イオンを代表する。もし、上述したポリマー膜が、分散伝導粒子を含めば、その膜の収縮が、粒子間の接触の増加に一致して、膜伝導率を増加させる。これらの伝導粒子は、好ましくは、10μｍより小さく、ベストとして、１μｍより小さいサイズを有し、そして、これらの伝導粒子は、例えば、半導体、金属又は黒鉛からなる。アナライト固有層は、整序された構造(即ち、その媒質の成分が液体水晶相を形成する)、部分的に整序された構造(例えば、ポリ陰イオン錯体物から形成された膜の多重−ダブル構造)、又は無定形構造を有してもいい。そのアナライト（a nalytes）を抽出して膜相に入れる間に、例えば、ディスオーガナイゼーション（disorganization）などの、膜相の条件調整に効果が出ることは可能になっており、その結果として、バルク電気特性が影響される。上述した多重−ダブル構造は、ポリイオン錯体から形成される。これらのポリイオン錯体は、例えば、界面活性剤、脂質を含む第４級アンモニウムイオンと、例えば、ポリスチレンスルフォン酸塩及びポリビニルスルフォン酸塩で代表されるポリイオンとの間のポリイオン錯体である。このタイプの膜の成分は、例えば、ジオクタデシルジメチルアンモニウム臭化物（2C18N+2CBr）及びポリスチレンスルフォン酸ナトリウム（PSS-Na＋）である。陽イオン固有層は、更に、既に述べられたポリマー材料及び液体の双方又は一方に対して、追加的に陽イオン選択カップリング要素を含有する。このタイプの錯化剤としては、好ましくは、疎水陽イオン選択層の中で陽イオンの移動度を伝達するだけでなく、錯化することも許す陽イオン用の錯化剤である。これらの錯化剤は、疎水性を持ち、陽イオンと荷電された錯体を形成する。もし適合であれば、イオン交換体は、更に、その層に存在する成分を代表する。これらの成分は、その層の内にイオンの移動度を高める。上述した疎水特性を持つ陽イオン選択成分に関して、たくさんの例が挙げられた。これらの例は、イオン選択センサーにイオン選択膜に用いられる。ここで説明できる、陽イオン選択成分に関する例は、非環式錯化剤だけでなく、例えば、ジカルボン酸、アミド(アルカリ／アルカリ土イオンに関する高選択性)、トリドデシルアミン(Ｈ+感度)、コロナド類(coronades)、ポタンド類(poda nds)、ポリエーテル及びクリプタンド類（cryptands）など、例えば、クラウンエーテル(アルカリ感度)、天然抗生物（バリノマイシン-カリウム感度、非アクチン-アンモニウム感度）のような大環状体のような陽イオン用の環式錯化剤もある。この発明の前後関係において、検知されたイオンを有するイオン交換体が層の電気特性の一つの変化をもたらせば、イオン交換体及びイオンポリマーは、感光層材料として利用されてもよい。ティーメ出版（Georg Thieme Verlag）シュットトガルト(Stuttgart)、第９版、1989、Vol．3、2026-2028頁によるイオン交換体に対する定義が利用されている。イオン交換体とイオンポリマーの特性は、ポリマーに結合された大量の親水基が存在することである。これらの基は、-SO₃H及び-COOHであってもいいが、例えば、陽イオン交換樹脂の中に。このタイプのポリマー、例えば、ナフィオン（Na fion）又はイーストマンコダックAQ（Eastman Kodak AQ）ポリマーのような過硫酸ポリマーも、本質的な疎水域を含んでいる。そして、膜は、親水区と疎水区とを分離する不均一構造が形成されている。これらの材料の特性は、水が介在されていることによって、内部に自己希釈し、ローカルイオン化を防止する。これによって、水性電解液の伝導率に近い伝導率が得られる。ふさわしいイオン交換体の例としては、テトラアルキルアンモニウム塩、カチオン金属錯体、ジアルキルリン酸塩、テトラアリールボレート類及びその塩、例えば、ナトリウムテトラフェルホウ酸塩のようなテトラフェルホウ酸塩、そのシルバー及びアルカリ金属塩、を挙げることができる。テトラフェルホウ酸塩のフェニル核は、代替されても代替されなくてもいい、好ましくは、パラ位においてモノクロロ置換される（monochloro-substituted）。 Georg Thieme Verlag Stuttgart、第９版、1989、Vol.3、2038頁によるもの）は、この発明に従って、ポリマーの基本構造の中に又は上に結合された塩基性又は酸性官能基を有するポリマーに関するものである。イオンポリマーのイオン基の例として挙げられるのは、スルフォン酸、フォスフォニック酸、カルボキシ、アンモニウム又はホスホニウム基の塩である。この発明によれば、感応層を形成するイオノマー（ionomer）は、特に以下の基に属する。すなわち、エチレンのコポリマー類、アクリル酸又はメタクリル酸、カルボキシエラストマー類（carboxyelastomers）、テルポリマー類(terpolym ers)、テルポリマー(terpolymer)、エチレンプロピレンジエンスルフォン酸塩、ポリアクリレートのような置換されたポリビニル類、特に、ポリアセテート類又はブチルアル又はポリビニルイミダゾール、パーフルオロポリマー、特にパーフルオロスルフォン酸塩及びポリアンフォライト類である。なお、今まで述べられた陽イオン選択層にある成分及びカップリング要素について、DE 44 37 274.4-52に開示された全ての物質も考えられる。DE 44 37 274. 4-52に開示された全ての内容ははっきり言及される。陽イオン選択層に存在する現発明に関わる酸／塩基成分は、下に詳しく説明される。この発明の前後関係において、酸／塩基成分という用語は、とりわけ、官能基と化合物を意味しようとしている。これらの官能基と化合物は、陽イオン選択層に検知される陽イオンの解放／取り込み（release/take-up）の結果として、プロトン供与体／プロトン受容体の機能を果たしており、プロトンを解放／取り込みすることができる。陽イオン選択層の他の成分とのカップリングのため、又は自分自身の強い疎水性のため、酸／塩基成分は、好ましくは、アンモニア溶液と非混和又は僅かに混和である。層に存在している陽イオン確認カップリング要素と検知されるべき陽イオンとの相互作用と、荷電が中性であることを維持するために酸／塩基成分によって取り込み／解放されて得られたプロトンは、陽イオン選択層の電気性質を測定することができる変化をもたらす。測定状態及び選択層の双方又は一方の構成は、このケースにおいて、このような方法で選択される。即ち、対応する、酸／塩基特性を有する官能基及び化合物は、好ましくは、プロトン化された形で陽イオン選択層に存在することである。酸／塩基成分は、好ましくは、３から１２までの範囲で酸性解離定数pK4を変動させる。ベストとしては、この酸／塩基成分は、約６から８までの範囲で変動するpK4を有することである。本発明によれば、層を形成する疎水性物質の各成分は、層中で酸／塩基として機能することが可能な官能基を有してよいということに関する説明がなされるべきである。感応層内に存在する酸／塩基成分は、望ましくは、追加的に付加される疎水性の酸又は塩基により表してもよい。例えば、ｐＨ指示薬は、疎水性の酸又は塩基として機能してよい。ｐＨ指示薬は、適度に疎水性を有するように、相応に化学的に変性してよい。鎖の長さが、望ましくは、４〜２０個の炭化水素原子、又はそれ以上の炭化水素原子を含む一つ以上のアルカン鎖を結合することに加えて、ベンジル基、又は他の基を結合することにより、この変性を実行してよい。ｐＨ指示薬として適切な分子は、数多くの標準的な文献に記載されている。それ故、適切な例においては、ｐ−ニトロフェノール、フルオレセインの化合物や誘導体、フルオレセインエステルの化合物や誘導体、７−ヒドロキシクマリンの化合物や誘導体、レソルフィン（resorufin）の化合物や誘導体、フラボンの化合物や誘導体、又はピレン−３−オールの化合物や誘導体、又は、７−（n-デシル）-2 -メチル-4-(3',5-ジクロロフェン-4'-オン)インドナフトール（indonaphthol）等の成分等のフェノール化合物が包含される(米国特許No.493,951及びNo.493,98 1も参照)。疎水性の酸又は塩基の選択対象は、ｐＨ指示薬に限定されない。必要とされるプロトン供給体／受容体の特性を有する官能基及び化合物は、ほとんど如何なるものであっても、発明に関するものとして、陽イオン選択層の本発明による酸／塩基成分として用いられてよく、ここでは、対応する化学的変性後、適切なものとなる。化合物の適切な分類の更に別の例として、弱い酸又は塩基の特性を有する脂肪酸、脂質、及び界面活性剤を有するものがある。酸性又は塩基性の特性を有する更に別の化合物は、例えば、9-(ジメチルアミノ)-5-オクタデカノイルイミノ（octadecanoylimino）-5H-ベンゾ（benzo）[α] フェノクサジン(phenoxazine)、3-ヒドロキシ-4-(4-ニトロフェノラゾ)フェニルオクタデカノエイト、又は、相当する誘導体であってもよい。この発明においては、酸／塩基成分の用語は、層内に存在する陽イオン識別結合要素との被検出陽イオンの相互作用中の反応により、陽イオン選択層の電気的性質に測定できる変化を生じさせるいくらかの成分（化学的化合物）の組み合わせを意味することも意図されている。陽イオン固有層は、例えば、Si₃N₄又はSiO₂の不活性層を有するシリコン、ガラス、金属、セラミック、サファイア、プラスチック、又はポリマー等の支持体に薄膜（膜）形態で付加されてよい。高分子膜層の付加技術は、この点に関して、従来技術より知られている。言及される適切な堆積法の例において、溶液からの沈殿、滴状付与，浸せき塗装,吹き付け、化学的や光化学的や電気化学的重合、回転塗装、フォトリトグラフィがある。陽イオン選択層は、各層成分に関して以下の特性を有するものが望ましい： − 重合体材料を重量比２０〜８０％、望ましくは、３０〜３５％、 − 可塑剤を重量比２０〜８０％、望ましくは、６０〜６５％、 − 陽イオン選択結合要素を重量比１〜１０％、望ましくは、１〜５％、 − 酸／塩基特性を有する成分を重量比１〜１０％、望ましくは、１〜５％。更に、適切なものとして、膜内に、例えば、イオン交換剤を重量比１〜１０％で含有する成分がある。主に、電位差電極、イオン選択オプトード(optodes)、又は試験片の製造のために従来技術で用いられる化合物の全て（可塑剤、重合体、イオン交換剤、陽イオン選択錯化剤、イオノフォア(ionophores)、クロモイオノフォア(chromoionop hores)、疎水性ｐＨ指示薬等）が、本発明により提供する陽イオン固有高分子膜層を形成するために用いられてもよい。相当する層成分の概要が、以下の文献で見受けられる：イオン選択電極のCRCハンドブック（CRC Handbook of ion-selec tive electrodes）:選択係数（selectivity coefficients）/ウメザワ・Ｙ．編集(Ed．Umezawa Y.)，ＣＲＣ Press：ボカ・ラトン(Boca Raton)，１９９０；フルカケミー（株）(Fluka Chemie AG)による製品小冊子におけるセレクトフォア（Selectophores）(イオン選択電極とオプトードのためのイオノフォア(ionop hores for ion-selective electrodes and optodes)）及びクォト(quats),冠(cr owns)及びポリエステル;フォークトル・Ｆ．(Vogtle F.),シクロファン化学（Cy clophan-Chemie）,シュトットガルト（Stuttgart）：トイブナー（Teubner）,19 90,等。ここで、測定条件を更に詳細に説明する。本発明で提示する陽イオンセンサを用いる分析に関して、被分析水性試薬のｐＨを固有の値に合わせることが必要となるかもしれない。このことは、特に、産業分野、及び環境保全分野に適用される水試薬に関係がある。例えば、既知のｐＨを有する緩衝溶液で、試薬を希釈することにより、上記の合致処理が行われてよく、これは試薬調整の標準的な方法である。ここで用いられる緩衝組成物、及び各化学成分は、標準的な参考文献から周知である。一般的に、例えば、メルク・フルカ社（Merck and Fluka company）の商品カタログで知ることができる水溶性の弱酸又は塩基が、緩衝溶液の調整に用いられる。言及される例においては、以下の緩衝剤が用いられている：トリス（tris）( ヒドロキシメチル)アミノメタン，N-ビス-(2-ヒドロキシエチル)グリシン，酢酸塩/酢酸，ホウ酸塩/クエン酸塩/ジヒドロジェンフォスフェートを組み合わせた緩衝剤等。水性試薬溶液のｐＨは、上記の様に、３〜１１の範囲であることが望ましく、６〜８の範囲であれば、特に望ましい。オン・ライン分析では、調節緩衝剤（調節溶液）の標準的な添加によって、必要な試薬の調整が行われてよい。本発明によれば、提供するイオンセンサは、使い捨てのセンサ、又は、電子データを取得することのできる一種の試験片として用いられてよい。この場合のセンサは、陽イオン選択層の上に、更に、乾燥した可溶性の緩衝剤から形成される別の層を有し、適切な場合、多孔性支持基質内に組み入れてもよい。上層部は、例えば、水溶液と接触後に溶解するために、試薬溶液のｐＨの所望の調節が可能となる。必要ならば、溶液のオズモラリティ(osmolarity)（イオン強度）を、標準値に合致させてよい。本発明の更なる詳細、特徴、及び有益性を、例示的な実施例の記載により、且つ、図面を用いて説明する。図１は、陽イオンで特徴づけられた層を有する陽イオン選択センサの第１の実施例の概略構造を示す。図２は、試験片の形態の陽イオン選択センサの第２の実施例の概略構造を示す。図３は、導体が厚い又は薄い膜の形態で形成される測定電極配列の例を示す。図４は、インターデジタル電極の形態の測定電極の構造と、センサのアドミッタンスを測定するための配置を概略的に示す。図１は、本発明による陽イオン選択センサ１の概略構造の断面図である。センサ１は、溶液４に直接に接触しており、この場合、アナライト（analyte）固有層３を不活性支持体７に付加するように構成されている。ここでは、感応層３の厚さは、０．０１μｍ〜１ｍｍの範囲内にある。図１の実施例において、電極５，６は、層３と直接に接触している。図１に例示する場合では、層３は、以下の組成を有する。 − 重合体材料を６４重量％、 − 可塑剤を３２重量％、 − 陽イオン選択結合要素を２重量％、 − 酸／塩基特性を有する成分を重量比２％。次に、図２は、図１に例示した実施例と同様に、試験片２の形態の本発明によるセンサの概略構造を示す。図２に例示した実施例において、更に別の層８が陽イオン選択層３上に設けられる。層８は、可溶性緩衝物質、及び、試薬調整用として必要な選択的に付け加えられる更に別の成分を含有する。水溶液と接触すると、層８は溶解し、その結果、ｐＨ値、及び適切な場合には、試薬溶液のイオン強度の必要な調整が生ずる。例示的場合では、層８は、ホスフェート緩衝剤、又はトリス（TRIS）緩衝剤の乾燥成分を含有し、０．０１μｍ〜１ｍｍの層厚さを有するフィルタ紙から形成される。図３は、二つの電極５，６を備える陽イオン選択センサと測定装置９とから構成される測定のための配置例を示す。伝導性の測定が行われる実用的方法に関して、二つの基本的な形態の測定電池の間の相異点が存在する。１．導体５，６は、両方とも、層３で覆われ、層３は、このような方法で、連続的バルク相を形成する(図３ａ)、及び２．導体５，６は、各々、層３で別々に覆われ、この別々の層は連続的バルク相を形成しない(図３ｂ)。また、一つの導体だけが、層３で覆われることも可能である。ケース１（図３ａを参照）に関して、層３の特徴的な寸法（ｄ：厚さ）と、導体５，６の特徴的な寸法（ａ：導体間の最小距離、ｂ：結合線に沿う導体の最大幅）との間の比率は、二つの特徴的なケースに対応させてよい。１．１．ａとｂのどちらか一方、又は、その両方とも、ｄよりも大きい。１．２．ａとｂは、両方とも、ｄよりも小さい。ケース１．１と１．２は、この形態の配列で、センサプローブが浸される試験溶液のコンダクタンスが変更されることにより、測定センサ出力信号が発せられるという点で類似している。しかし、この場合、固有イオン濃度の測定も、尚、以下に示す条件で可能である。 − 試薬のバックグラウンドコンダクタンスが一定の場合、 − 試薬のコンダクタンスが、用いられる陽イオン選択膜のコンダクタンスよりも非常に大きい場合、 − 既知の、又は調節されたコンダクタンスの標準的な溶液のセンサの特徴が、溶液内の測定の前後で決定された場合、 − 試薬のコンダクタンスの同時並行測定が行われ、且つ、検討された場合ケース１．２は、センサ出力信号に対する試薬の容積コンダクタンスの作用が最少であるので、測定信号が主にイオン選択膜の容積コンダクタンスに一致する場合に相当する。電極は、例えば、ワイヤ電極として設計されてよい。この場合、生産が極めて合理化され、生産コストの高効率化が図れるという利点があるということが判明した。単に、電極の測定表面を磨くことにより、プローブの再調節を行えるという利点を、円盤状電極は有する。インターデジタル電極は、図４で表されているように、センサ電極に対する望ましい設計可能性を構築する。二つのインターデジタル電極(ＩＤＥｓ)、又は、導体５，６は、絶縁性の支持体７に付加される(図４)。導体５，６は、重合体の帯(例えば、ポリイミド)、ガラス、セラミック(例えば、溶融アルミニウム、又はサイタル(sital))、サファイア、又は、不活性シリコンであってよい。電極材料は、イオン伝導材料、電子伝導材料、又は半導体材料から形成されてよい。測定部をセンサチップの接触面に結合させている電極領域は、電気絶縁層１０により、被覆されなければならない。不活性層１０は、被覆されていない電極５，６の感知領域とのみ電気的に接触する。不活性層１０は、例えば、重合体膜( 高温架橋ポリイミド、又はフォトレジスト)、又は、例えば、ピロリティック（p yrolytic）酸化シリコン、CVD窒化シリコン、又は塗布ガラスの無機膜であってよい。ＩＤＥを用いれば、電極を集中配設できる（寸法ａ及びｂは、ミクロ単位以下に小さくしてもよい）可能性があり、それと同時に、周辺部を大きくして、小さな領域上のコンダクタンス測定の感度を高めるという利点がある。電子フォトリトグラフィ、光学フォトグラフィ、又はスクリーン印刷技術が、電極を形成するために用いられる場合には、寸法ａ及びｂの実現可能な最小限界値は、約０．１ μｍ、２μｍ、又は５０μｍである。電極の厚さｈは、０．０１μｍ〜１０μｍの範囲であることが望ましい。陽イオン選択層３は、ＩＤＥの測定面に付加され、その測定面には不活性性がない。膜が電極５，６の全検知領域を覆わなければならない。イオン選択膜の電気的コンダクタンスは、幾分小さい（その抵抗値は、１０⁸Ω×ｃｍ²の水準に達してよい）ので、溶液に直接に曝される電極の小さな部分であっても、膜のコンダクタンスの信頼性の高い測定が妨げられるが、これは、電極の抵抗値が実際の膜の抵抗値よりも小さいために、測定回路の電流の短絡が電極に生じてしまうからである。寸法ａ、ｂ及びｈは、条件１．２（上述を参照）が満足されるように、即ち、膜の厚さｄが、ｂとｈ、それにａよりも大きくなるように可能な限り選択されるべきである。チップの中央部を覆っている不活性層の厚さは、測定膜の厚さよりも大きいことが望ましい。この場合に関して、試薬のバックグラウンドコンダクタンスの変化により、イオン選択膜のコンダクタンスの測定を最少程度妨げる。本発明は、アナライトだけでなく、一つのセンサ装置、又は一つの支持体上に、多種の電極を組み合わせ、又は一体化させることにより形成され、且つ、異なる陽イオンに固有な層で被覆されてよい多種アナライトプローブからも構成される。適度な選択性を有するセンサは、試薬溶液の各構成に相当する「フィンガープリント」が得られるという結果を用いて、同様に、多種センサ装置に一体化されてもよい。その後、多様なパターン識別方法を用いて、関連する応答パターンが相当する試薬の構成に割り当てられてよい。望ましい多種センサの設計仕様は、必要数のインターデジタル電極対を用いるマイクロ電子チップの利用に基づいており、各電極対は適切な膜で被覆されている。この設計形態によれば、小型化が容易であることに加えて、ＩＣ技術との技術的互換性という利点がある。コンダクタンスの測定は、図１及び図２による例示的実施例に従って形成されるセンサで行われる。材料のコンダクタンスの測定には、いくらかの有益な技術があり、これらは、基本的にＤＣ技術とＡＣ技術に分類される(クーパーＷ.Ｄ．(Cooper,W.D.),ヘフリック(Helfrick),A.D.-E.,電気的測定技術(Elektrische Messtechnik),VCH:バインハイム（Weinheim）,バーゼル（Basel），ケンブリッジ（Cambridge）,ニューヨーク（New York），1989)。ＡＣ技術は、特に、イオンコンダクタンスの現行の場合において、信号ノイズ率の低減を可能にし、電極面の近接部で濃度の一極集中を防ぐので、一般的に、ＡＣ技術が望まれる。代わりの方法として、ジョンソンＤ．Ｅ．(Johnson,D.E.)及びエンケＣ．Ｇ． (Enke C.G.),高速コンダクタンス測定のための双極パルス技術（Bipolar pulse technique for fast conductance measurements）,分析化学（Analytical chemi stry）,1970,v.42,p.329-335に記載されている二極パルス技術を用いて、層のバルクコンダクタンスの測定が行われる。この技術の有益性は、高速（１０μｓ程度）で、並列浮遊容量及び直列浮遊容量に無関係に測定を行うことができるということにある。センサのアドミッタンス(インピーダンス)、及び、それ故、測定膜のコンダクタンスを測定するために用いられる最も簡素な電気配列の一つを図４に示す。負荷抵抗器Ｒ_Lは、測定対象のセンサに直列に連結されており、負荷抵抗器Ｒ_L における電圧降下により、出力信号が発生する。ＡＣ入力電圧が印加されるとき、この種の配列形態を用いるための望ましい条件は、試験センサのインピーダンスＺ_sensorが、入力電圧のために用いられる周波数領域内で負荷抵抗器Ｒ_Lよりも実質的に大きい場合である。この場合、負荷抵抗器の方向の電流は、主に、センサのインピーダンスにより決定され、以下の式を用いて容易く計算される。Ｉ（ω）＝Ｕ_out（ω）／Ｒ_L （１）上式において、ωは、入力電圧Ｕ_inpの角周波数、Ｕ_outは出力電圧である。ＡＣ入力電圧が印加される場合、出力信号（電圧又は電流）の振幅と位相は、両方とも、周波数に依存する。出力信号のばらつき（周波数に依存）は、上述のような確立された条件の下で、主に、試験されているセンサのＡＣインピーダンスにより決定される。センサのアドミッタンスは、以下の式を用いて計算される。上式（２）の右側の第１項は、センサのアドミッタンスの実部を表す。Ｒｅ（Ｙ）は、測定出力信号に比例し、上式（３）により計算される。また、Ｒ_L、及び、入力電圧Ｕ_inpの振幅は既知とする。測定装置の中には、アドミッタンスＹの代わりに、センサのインピーダンスＺが測定されるものも少しある。系のインピーダンスＺは、関連アドミッタンスの逆元を表す。それ故、インピーダンスの測定は、同様に、測定膜のコンダクタンスを特徴づけるために用いられる。膜のコンダクタンスの変化の追跡・観察を可能にするために、本発明の望ましい実施例において、アドミッタンスの測定、若しくは、選択的に、図４の測定配列の出力信号の相成分の測定が行われる。また、これらの値は、周波数に依存し、この依存度は様々な周波数領域で変化する。センサ応答を最適化し、測定配列のコストを低減し、且つ、不固有の干渉を抑制することを目的として、これらの要因を有する一方で、慣例的な動作周波数が選択される。動作領域は、１００Hz 〜１００ｋHzであることが望ましい。発明の実施例ニッケル、白金、又は銀から成る全く同じ二対のインターデジタル薄膜金属電極が、厚さ０．５ｍｍのセラミック基質上で真空蒸発により形成される。センサチップの寸法は、約５ｍｍ×２０ｍｍである。各電極フィンガーの幅は約１０μ ｍ、長さは約１ｍｍ、対の電極フィンガーの間隔は約１０μｍである。各インピーダンス計測変換器を形成する電極対の感知面積は、約１ｍｍ²である。センサの感知面積を制限するために、チップの中央部は、ダウコーニング・シリコンゴムの層でカプセル状に包まれる。チップ配列の全体が図４で概略的に示されている。用いられる重合材料は、高分子量を有するポリ塩化ビニルのホモポリマーであり、可塑剤は、o-ニトロフェニルオクチルエーテルである。用いられるカリウム選択結合要素は、従来技術から知られている成分、即ち、天然抗体バリノミシン（valynomycin）である。酸性及び塩基性を有する成分として、ETH2412、即ち、 3-ヒドロキシ-4-(4-ニトロフェノラゾ)フェニルオクタデカノエイトがある。これらの成分は、全て、フルカ（バックス）社（the company Fluka(Backs)）から得られる。陽イオン選択層は、以下に示す構成を備える。即ち、ETH2412を５．５ｍｇ、バリノマイシンを１５ｍｇ、o-ニトロフェニルオクチルエーテルを１６０ｍｇ、ＰＶＣを８０ｍｇ含有する。この構成は、３ｍｌのテトラヒドロフラン中で溶解され、センサをこの溶液中に浸すことにより変換器の感応領域に塗布される。試薬溶液は、付加される普遍的な緩衝剤（NaH₂PO₄：１０ｍＭ、クエン酸：６．６ｍＭ、Na₂B₄O₇：２１．５ｍＭ）を有し、希薄Ｈ₂ＳＯ₄を用いて、ｐＨが５に調節される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，ＥＥ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者カマーンカルルドイツ連邦共和国ミュンスターＤ― 48155 アカツィナーレ１

Claims

【特許請求の範囲】１．溶液中の陽イオンの質及び量の双方又はいずれか一方を決定するための陽イオン選択センサにおいて、該陽イオン選択センサは、前記溶液（４）と接触し、液体、固体、又は半固体物質から形成される少なくとも一つのイオン的に導通する陽イオン固有層（３）を含有し、該陽イオン固有層（３）は、該陽イオン固有層（３）の抵抗値、コンダクタンス、アドミッタンス又はインピーダンス等の電気的特性が陽イオンの除去により変更されるように、前記溶液から前記陽イオンを選択的に除去する結合要素を含有し、前記陽イオン固有層（３）は、少なくとも一つの酸／塩基成分を含有し、前記陽イオン選択センサは少なくとも二つの電極（５，６）を備えており、少なくとも一つが前記陽イオン固有層（３）に連絡されているいることを特徴とする陽イオン選択センサ。２．前記酸／塩基成分は、酸性／塩基性特性を有する官能基の形態で、前記陽イオン選択層（３）内に存在することを特徴とする請求項１に記載の陽イオン選択センサ。３．前記酸／塩基成分は、酸性／塩基性特性を有する少なくとも一つの化合物の形態で、前記陽イオン選択層（３）内に存在することを特徴とする請求項１又は２に記載の陽イオン選択センサ。４．前記酸／塩基成分は、前記陽イオン選択層（３）の更に別の成分に固定されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の陽イオン選択センサ。５．前記酸／塩基成分は、疎水性を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の陽イオン選択センサ。６．前記酸／塩基成分は、疎水性酸、又は疎水性塩基であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の陽イオン選択センサ。７．前記酸／塩基成分は、３〜１２の範囲の酸解離定数ｐＫ₈を有することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の陽イオン選択センサ。８．前記酸／塩基成分は、６〜８の範囲の酸解離定数ｐＫ₈を有することを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の陽イオン選択センサ。９．前記酸／塩基成分は、ｐＨ指示薬、又はｐＨ指示薬の誘導体であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の陽イオン選択センサ。１０．前記ｐＨ指示薬、又は前記誘導体は、疎水性を有することを特徴とする請求項９に記載の陽イオン選択センサ。１１．前記ｐＨ指示薬、又は前記誘導体は、ベンジル基、又はアルカン鎖の結合により、疎水性を有するように変性されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の陽イオン選択センサ。１２．前記酸／塩基成分は、ｐ−ニトロフェノール、フルオレセインの化合物や誘導体、フルオレセインエステルの化合物や誘導体、７−ヒドロキシクマリンの化合物や誘導体、レソルフィン（resorufin）の化合物や誘導体、フラボンの化合物や誘導体、又はピレン−３−オールの化合物や誘導体、又は、７−（n-デシル）-2-メチル-4-(3',5'-ジクロロフェン-4'-オン)インドナフトール（indonaph thol）等の成分等のフェノール化合物であることを特徴とする請求項９に記載の陽イオン選択センサ。１３．前記酸／塩基成分は、脂肪酸、脂質、界面活性剤、又はこれらの物質の誘導体であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の陽イオン選択センサ。１４．前記酸／塩基成分は、3-ヒドロキシ-4-(4-ニトロフェノラゾ)フェニルオクタデカノエイトであることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の陽イオン選択センサ。１５．前記陽イオン選択層（３）は、有機液体、可塑剤、イオン交換剤、重合体、支持材料、及びこれらの成分の任意の組み合わせのうち、少なくとも一つの成分を含有することを特徴とする請求項１〜１４の何れか１項に記載の陽イオン選択センサ。１６．前記陽イオン選択層（３）は、疎水性を有することを特徴とする請求項１〜１５の何れか１項に記載の陽イオン選択センサ。１７．前記陽イオン選択層（３）の厚さは、０．０１μｍ〜１ｍｍの間であることを特徴とする請求項１〜１６の何れか１項に記載の陽イオン選択センサ。１８．前記陽イオン選択層（３）は、重合体を２０〜８０重量％、可塑剤を２０〜８０重量％、陽イオン選択結合要素を１〜１０重量％、及び前記酸／塩基成分を１〜１０重量％で含有することを特徴とする請求項１〜１７の何れか１項に記載の陽イオン選択センサ。１９．前記陽イオン選択層（３）は、イオン交換剤を１〜１０重量％で含有することを特徴とする請求項１８に記載の陽イオン選択センサ。２０．前記陽イオン選択層（３）は、不活性支持体（７）に付与されることを特徴とする請求項１〜１９の何れか１項に記載の陽イオン選択センサ。２１．前記陽イオン選択層（３）には、更に他の層（８）が付加されることを特徴とする請求項１〜２０の何れか１項に記載の陽イオン選択センサ。２２．前記層（８）は、少なくとも一つの可溶性緩衝剤を含有することを特徴とする請求項２１に記載の陽イオン選択センサ。２３．前記層（８）は、試薬の調整用として用いられる少なくとも一つの成分を含有することを特徴とする請求項２１又は２２に記載の陽イオン選択センサ。２４．前記層（８）は、前記陽イオン選択層（３）を安定化させる多孔質支持体又はマトリックスを含有することを特徴とする請求項２１〜２３の何れか１項に記載の陽イオン選択センサ。２５．前記層（８）の各成分は、前記溶液（４）に対する可溶性を有し、該溶液（４）のｐＨ、及びイオン強度の双方又は何れか一方を調節することを特徴とする請求項２１〜２４の何れか１項に記載の陽イオン選択センサ。２６．前記層（８）の厚さは、０．０１μｍ〜１ｍｍの間であることを特徴とする請求項２１〜２５の何れか１項に記載の陽イオン選択センサ。２７．前記陽イオン選択センサは、試験片（２）として設計されていることを特徴とする請求項１〜２６の何れか１項に記載の陽イオン選択ヤンサ。