JPH042902B2 - - Google Patents

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JPH042902B2
JPH042902B2 JP59281076A JP28107684A JPH042902B2 JP H042902 B2 JPH042902 B2 JP H042902B2 JP 59281076 A JP59281076 A JP 59281076A JP 28107684 A JP28107684 A JP 28107684A JP H042902 B2 JPH042902 B2 JP H042902B2
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sensor
membrane
film
hydrogen ion
redox
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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
    • G01N27/333Ion-selective electrodes or membranes
    • G01N27/3335Ion-selective electrodes or membranes the membrane containing at least one organic component

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Description

〔技術分野〕〔Technical field〕

この発明は、水溶液中の水素イオン濃度を電位
応答で測定するためのPHセンサーに係り、特に
は、血液、尿など生体液中で使用することを目的
としたPHセンサーに関する。 〔先行技術および問題点〕 従来、水素イオン濃度を測定するためのセンサ
ーとして、ガラス電極が広く用いられている。し
かしながら、ガラス膜が破損しあるいは汚染しや
すい、アルカリ溶液中での使用に限界があるなど
の問題がある。また、粘度の高い溶液や吸着性物
質を含む溶液中では測定精度が短時間で低下す
る。加えて、ガラス電極は、内部基準液を保有す
るため微小化が困難である。 これらの理由から、機能性高分子膜を被覆した
電極の開発がおこなわれるようになつてきてい
る。その一例として、特開昭57−118153号および
同58−65775号に、白金基体に、アミノ芳香族化
合物またはヒドロキシ芳香族化合物の電解酸化重
合膜を水素イオン選択透過膜として被着したPHセ
ンサーが開示されている。このPHセンサーは、基
体として白金線を用いており、内部基準液を必要
としないので微小化が容易であり、また応答速度
もガラス電極に比べて速く、生体内および生体外
での使用が可能である。しかしながら、このPHセ
ンサーは、測定水溶液中に、微量の活性イオン
種、蛋白質、糖が存在していると、それらによつ
て平衡電位値が影響を受けやすい欠点がある。ま
た、酸素ガスを含む測定溶液系や、人工肺のよう
に大量のガスを封入した測定系においては、基体
の平衡電位値がこれらガスの影響により変動する
ことが判明した。 また、ガラス電極の原理を利用し、ガラス膜の
代りにある種の液膜や高分子膜を用いたPHセンサ
ーも報告されている。その内、高分子膜としてあ
る種の水素イオンキヤリアー膜を用いたPHセンサ
ーが、W.Simon他によつてAnalytica Chimica
Acta、131、111(1981)に記載されている。この
PHセンサーは、電解質の種類(標準緩衝液、血
清、血漿等)あるいは血液など体液成分によつて
電極電位が変化することがなく、しかも応答速度
が速い。しかしながら、このPHセンサーは、上に
も述べたように、ガラス電極の原理を利用してい
るため内部基準液室を必要とし、小型化が困難で
あるとともに内部基準液が流出する恐れがあるな
どの問題がある。 発明の目的 したがつて、この発明の目的は、上記従来のPH
センサーの問題点を解決し、生体液成分および酸
素の影響を受けず、迅速に水溶液中のPHを電位応
答で測定できるPHセンサーを提供することにあ
る。 この発明のPHセンサーは、水溶液中の水素イオ
ン濃度を電位応答で測定するためのPHセンサーで
あつて、 (a) 導電性基体と、 (b) 該導電性基体の表面に形成された可逆的酸化
環元機能を有する膜であつてその酸化還元反応
が水素イオンの付加・離脱を伴なう第1の膜
と、 (c) 該第1の膜の表面に形成された高分子膜であ
つて該水溶液中の水素イオンを該第1の膜へ輸
送するための水素イオンキヤリアーを含有する
第2の膜とを具備することを特徴とする。 発明の具体的説明 以下、この発明を図面を参照して詳しく説明す
る。 第1図に示すように、この発明のPHセンサー1
0は、導電性基体11を具備している。基体11
の形状に特に制限はないが、細線形状とすること
が微小化の点で好ましい。基体11は、白金、
金、銀等の貴金属、導電性炭素などで形成するこ
とができる。また、以後述べる酸化還元機能を有
する膜が形成される基体11表面に酸化インジウ
ム、酸化スズ等の半導体材料が被着されていても
よい。 基体11の周囲は、先端面を除き、テフロン等
の絶縁材料12で覆われている。 基体11の露出先端面には、可逆的酸化還元機
能を有する膜13が被着されている。この酸化還
元膜13は、測定水溶液中の水素イオンの酸化還
元反応に関与し、したがつてそれ自体の酸化還元
反応において水素の付加・離脱を伴うものであ
る。 このような酸化還元膜13として、アミン−キ
ノイド型酸化還元反応をおこなうものと、キノン
−ヒドロキノン型酸化還元反応をおこなうものが
ある。 アミン−キノイド型酸化還元反応をおこなう化
合物の例を挙げると、1−アミノピレン、1,6
−ジアミノピレン、1,8−ジアミノピレン、1
−アミノクリセン、1,4−ジアミノクリセン、
1−アミノフエナントレン、9−アミノフエナン
トレン、9,10−ジアミノフエナントレン、1−
アミノアントラセン、p−フエノキシアニリン、
o−フエニレンジアミン、p−クロロアニリン、
3,5−ジクロロアニリン、2,4,6−トリク
ロロアニリン、N−メチルアニリン、N−フエニ
ル−p−フエニレンジアミン等である。これら、
アミン類は、一般式 Ar−(NH2) …() で示すことができる。この式において、Arは芳
香核例えば、ベンゼン核、ナフタレン核、アント
ラセン核、ピレン核、クリセン核、ペリレン核、
コロネン核等である。これら芳香核は、アルキル
基、フエニル基等で置換していてもよい。 キノン−ヒドロキノン型酸化還元をおこなう化
合物の例を挙げると、1,6−ピレンキノン、
1,2,5,8−テトラヒドロキシキナリザリ
ン、フエナントレンキノン、1−アミノアントラ
キノン、プルプリン、1−アミノ−4−ヒドロキ
シアントラキノン、アントラルフイン、テトラヒ
ドロキシアトラセン、アシツドブラツク等であ
る。これら化合物は、一般式 O=Ar=O …() で示すことができる。ここで、Arは式に関し
て述べたものと同様の芳香核である。 さて、式または式で示される化合物は、こ
れを電解酸化重合または電解析出法によつて基体
11の露出表面に直接被着させるか、あるいは電
子線照射、光、熱などの適用によつて重合させこ
れを溶媒に溶解して基体11の露出表面に塗布す
ることによつて基体11の露出表面上に膜として
形成する。電解酸化重合による膜形成方法が最も
好ましい。 以上述べた酸化還元膜13は、緻密であり、ま
た測定水溶液中の酸素分子の透過を阻止する。し
かしながら、測定溶液中に電解質(例えば、尿、
血液、血清、高浸透圧液、その他の生体電解質)
が存在すると、電極電位値がその影響により変動
する。また、この酸化還元膜13だけでは、応答
速度が5分以上かかるなどの問題がある。 そこで、この発明では、この酸化還元膜13を
覆つて、測定水溶液中の水素イオンを酸化還元膜
13へ輸送するための水素イオンキヤリアー膜1
4を形成している。この水素イオンキヤリアー1
4は、ポリ塩化ビニル等の高分子膜を担体とし、
これに水素イオンキヤリアーとしてアミン、電解
質塩および必要により高分子用可塑剤を含有させ
たものである。 水素イオンキヤリアーを形成するアミンは式 (ここで、R1、R2およびR3のそれぞれは、アル
キル基であり、その内の少なくとも2つは炭素数
8ないし18のアルキル基好ましくは炭素数10ない
し16のアルキル基)、または式 (ここで、R4は炭素数8ないし18のアルキル基、
好ましくは炭素数10ないし16のアルキル基)で示
されるものである。 また、上記水素イオンキヤリアー膜14を組成
する電解質塩としては、ナトリウムテトラキス
(p−クロロフエニル)ボレート、ナトリウムテ
トラキス(p−クロロフエニル)リン酸、カリウ
ムテトラキス(p−クロロフエニル)リン酸、
LiBF4 LiPF6などの他、式 R4NBFまたはR4NPF6 (各式において、Rはアルキル基、好ましくは炭
素数2ないし6のアルキル基)で示される化合物
がある。 また、テトラキス−p−クロロフエニルホウ酸
カリウムをイオンキヤリアーの導電性を高めるた
めに添加してもよい。 さらに、上記水素イオンキヤリアー膜に必要に
応じて配合される可塑剤としては、高分子膜がポ
リ塩化ビニルの場合、塩化ビニル樹脂の可塑剤と
して用いられている各種可塑剤特に、溶出しにく
いもの例えばセバシン酸ビス(2−エチルヘキシ
ル)エステルが挙げられる。担体となる高分子は
ポリ塩化ビニルに限らず、可塑剤を必要としない
ポリエチレン等も使用できるが、ポリ塩化ビニル
は水素イオンキヤリアー膜の形成が容易なので好
適である。 水素イオンキヤリアー膜14は、上記担体とし
ての高分子を溶媒に溶解し、その溶液に上記アミ
ン、電解質塩または必要により可塑剤を加え、こ
れを酸化還元膜13に塗布乾燥することによつて
形成できる。 発明の具体的作用 以上述べたこの発明のPHセンサーを用いて水溶
液中の水素イオン濃度(PH)を測定するために
は、第2図に示すように、この発明のPHセンサー
10を飽和カロメル電極のような基準電極23と
ともに、容器21に収容された測定水溶液22に
浸漬する。PHセンサー10と基準電極23とは、
電位差計24に接続する。水溶液中の水素イオン
は、水素イオンキヤリアー膜14を介して迅速に
酸化還元膜13に輸送され、酸化還元膜13は酸
化還元反応を生起し、水素イオン濃度に応じた起
電力を発生する。この起電力を基準電極23との
差として電位差計24で測定する。この発明のPH
センサーによる起電力は、PH値と直線関係を満足
するので、これにより測定水溶液のPHを知ること
ができる。 以下、この発明の実施例を記載する。 実施例 1 ベーサルプレーングラフアイト(BPG)より
なるデイスク(直径5mm、高さ5mm)の表面を鋭
利な刃物で剥離して新しい面を露出させた。この
デイスク基板の外周を熱収縮性チユーブで覆つて
絶縁し、チユーブ内に水銀を入れ、基板とリード
線との接続を計つた。これを作用極とし、基準電
極として飽和塩化ナトリウムカロメル電極
(SSCE)、対極として白金網を用い、三極式電解
セル内で以下に示す条件で電解酸化重合をおこな
つて基板の露出表面に電解酸化重合膜を被着し
た。 すなわち、支持電解質として過塩素酸ナトリウ
ムを0.1モル/リツトルの割合で含むアセトニト
リル溶媒に1−アミノピレン(AP)を10ミリモ
ル/リツトルおよびピリジンを10ミリモル/リツ
トルの割合で加えたものを電解液とし、作用極の
電位を0ボルトから+1.0ボルト(対SSCE)まで
の間で、50ミリボルト/秒の掃引速度で3回帰引
した後、+1.0ボルト(対SSCE)で10分間定電位
電解をおこなつた。こうして1−アミノピレンの
電解酸化重合膜(酸化還元膜)を基板表面に被着
した。これを充分に水洗し、PH6.86のリン酸緩衝
液中に1日間保存して酸化還元膜の酸化還元電位
を安定化させた。これを乾燥後、以下の方法によ
り水素イオンキヤリアー膜を被着した。 すなわち、トリ−n−ドデシルアミン25.6ミリ
グラム、テトラキス−p−クロロフエニルホウ酸
カリウム5.7ミリグラム、セバシン酸ジオクチル
732ミリグラム、ポリ塩化ビニル(平均重合度
1050)367ミリグラムをテトラヒドロフラン10ミ
リリツトルに溶解し、この溶液に上記酸化還元膜
を被着した基板を浸漬し、溶媒を除去乾燥して水
素イオンキヤリアー膜を酸化還元膜上に被着し
た。こうしてこの発明のPHセンサーを作製した。 実験例 1〜6 実施例1で得たPHセンサーを用い、基準電極と
してSSCEを用いて各種溶液中でのセンサーの平
衡電位値とPHとの関係を測定した。すなわち、用
いた溶液は、牛血(実験例1)、標準血清
(Versatol A、General Giagotics der Werner
−Lambert社製)(実験例2)、乳酸リンゲル液
(成分:塩化ナトリウム0.6%(w/v)、塩化カリ
ウム0.03%(w/v)、乳酸0.31%(w/v)であり、
電解質成分はNal31mg/、K4mg/、Ca3mg/
、Cl110mg/、乳酸根28mg/)(実験例3)、
0.1=M/生理食塩水にデキストランを5%
(w/v)の割合で加えたもの(実験例4)、生体電
解質補助液{テルモ社製ハイカリツク液、成分:
ブドウ糖、酢酸カリウム、グルコン酸カルシウ
ム、硫酸マグネシウム、KH2PO4、ZnSO47H2O、
電解質イオンK+(25mg)、Mg+(8.5mg)、Ca2+(150
mg)、SO2- 4(10μモル)}(実験例5)、および人工
尿(URSure Chemistry社製Urine Control−
1)(実験例6)である。結果をそれぞれ第3図
(実験例1)第4図(実験例2、5(一致))、第5
図(実験例3、4(一致))に示す。 実験例 7 実施例1で作製したPHセンサーを用い、リン酸
緩衝液中でPHを5.34から4.67、7.46から5.34、4.67
から6.27、6.27から8.16、8.16から9.18、9.18から
10.02、10.02から11.0、11.0から12.0、12.0から
13.0へ変化させたときの応答時間(平衡電位値に
達するまでの時間)を測定した(温度25℃)。結
果は、第6図中線aないしiで示すように、20秒
ないし2分と著しく速かつた。また電極電位も8
日間経過後も変化せず安定であつた。 実験例 8 実施例1で作製したPH電極の1PH当りの起電力
変化値すなわちネルンスト式の直線関係の勾配
(mV/PH)を溶液の温度を変えて測定した。比
較のために、ガラス電極と水素イオン輸送膜を形
成しないPHセンサー(比較例)とにおける勾配の
測定もおこなつた。結果を表1に示す。この結果
から、この発明のPHセンサーとガラス電極との勾
配はほぼ同じであり、ガラス電極で用いられてい
る測定系にこの発明のPHセンサーを用いることが
できることがわかつた。
The present invention relates to a PH sensor for measuring hydrogen ion concentration in an aqueous solution based on potential response, and particularly to a PH sensor intended for use in biological fluids such as blood and urine. [Prior Art and Problems] Conventionally, glass electrodes have been widely used as sensors for measuring hydrogen ion concentration. However, there are problems such as the glass membrane is easily damaged or contaminated, and there are limits to its use in alkaline solutions. Furthermore, measurement accuracy decreases in a short time in a highly viscous solution or a solution containing an adsorbent substance. In addition, glass electrodes contain an internal reference solution, making it difficult to miniaturize them. For these reasons, electrodes coated with functional polymer membranes are being developed. As an example, JP-A-57-118153 and JP-A-58-65775 disclose a PH sensor in which an electrolytically oxidized polymer membrane of an amino aromatic compound or a hydroxy aromatic compound is adhered to a platinum substrate as a hydrogen ion selectively permeable membrane. Disclosed. This PH sensor uses a platinum wire as the base and does not require an internal reference solution, making it easy to miniaturize.The response speed is also faster than that of glass electrodes, allowing it to be used both in vivo and in vitro. It is. However, this PH sensor has the disadvantage that the equilibrium potential value is easily affected by trace amounts of active ion species, proteins, and sugars present in the aqueous solution to be measured. It has also been found that in measurement solution systems containing oxygen gas or measurement systems in which a large amount of gas is sealed, such as in an oxygenator, the equilibrium potential value of the substrate fluctuates due to the influence of these gases. Additionally, PH sensors have been reported that utilize the principle of glass electrodes and use some kind of liquid film or polymer film instead of the glass film. Among them, a PH sensor using a type of hydrogen ion carrier membrane as a polymer membrane was developed by W. Simon et al. in Analytica Chimica.
Acta, 131, 111 (1981). this
PH sensors do not have an electrode potential that changes depending on the type of electrolyte (standard buffer, serum, plasma, etc.) or body fluid components such as blood, and have a fast response speed. However, as mentioned above, this PH sensor requires an internal reference liquid chamber because it uses the principle of a glass electrode, which makes it difficult to downsize and there is a risk that the internal reference liquid may leak out. There is a problem. Purpose of the invention Therefore, the purpose of the invention is to solve the above-mentioned conventional PH
The object of the present invention is to provide a PH sensor that solves the problems of sensors and can quickly measure PH in an aqueous solution by potential response without being affected by biological fluid components and oxygen. The PH sensor of the present invention is a PH sensor for measuring the hydrogen ion concentration in an aqueous solution by potential response, and includes (a) a conductive substrate, and (b) a reversible substrate formed on the surface of the conductive substrate. (c) a polymer film formed on the surface of the first film; and a second membrane containing a hydrogen ion carrier for transporting hydrogen ions in the aqueous solution to the first membrane. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention will be described in detail below with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the PH sensor 1 of the present invention
0 includes a conductive substrate 11. Base body 11
Although there is no particular restriction on the shape, a thin line shape is preferable from the viewpoint of miniaturization. The base 11 is made of platinum,
It can be formed from noble metals such as gold and silver, conductive carbon, and the like. Furthermore, a semiconductor material such as indium oxide or tin oxide may be deposited on the surface of the base 11 on which a film having an oxidation-reduction function, which will be described later, is formed. The periphery of the base body 11, except for the tip end surface, is covered with an insulating material 12 such as Teflon. A film 13 having a reversible redox function is adhered to the exposed end surface of the base body 11 . This oxidation-reduction film 13 participates in the oxidation-reduction reaction of hydrogen ions in the aqueous solution to be measured, and therefore accompanies addition and desorption of hydrogen in its own oxidation-reduction reaction. As such a redox film 13, there are those that perform an amine-quinoid type redox reaction and those that perform a quinone-hydroquinone type redox reaction. Examples of compounds that perform amine-quinoid redox reactions include 1-aminopyrene, 1,6
-diaminopyrene, 1,8-diaminopyrene, 1
-aminochrysene, 1,4-diaminochrysene,
1-aminophenanthrene, 9-aminophenanthrene, 9,10-diaminophenanthrene, 1-
Aminoanthracene, p-phenoxyaniline,
o-phenylenediamine, p-chloroaniline,
These include 3,5-dichloroaniline, 2,4,6-trichloroaniline, N-methylaniline, and N-phenyl-p-phenylenediamine. these,
Amines can be represented by the general formula Ar-(NH 2 )...(). In this formula, Ar represents an aromatic nucleus, such as a benzene nucleus, a naphthalene nucleus, an anthracene nucleus, a pyrene nucleus, a chrysene nucleus, a perylene nucleus,
These include coronene nuclei. These aromatic nuclei may be substituted with an alkyl group, a phenyl group, or the like. Examples of compounds that perform quinone-hydroquinone type redox include 1,6-pyrenequinone,
These include 1,2,5,8-tetrahydroxyquinalizarin, phenanthrenequinone, 1-aminoanthraquinone, purpurin, 1-amino-4-hydroxyanthraquinone, anthralfin, tetrahydroxyatracene, acid black, and the like. These compounds can be represented by the general formula O=Ar=O...(). Here, Ar is an aromatic nucleus similar to that mentioned for the formula. Now, the compound represented by the formula or formula can be directly deposited on the exposed surface of the substrate 11 by electrolytic oxidative polymerization or electrolytic deposition, or by applying electron beam irradiation, light, heat, etc. A film is formed on the exposed surface of the substrate 11 by polymerizing it and dissolving it in a solvent and applying it to the exposed surface of the substrate 11 . Most preferred is a film forming method using electrolytic oxidative polymerization. The oxidation-reduction film 13 described above is dense and blocks the permeation of oxygen molecules in the measurement aqueous solution. However, electrolytes (e.g. urine,
blood, serum, hyperosmolar fluids, and other bioelectrolytes)
If , the electrode potential value fluctuates due to its influence. In addition, there is a problem that the response speed takes more than 5 minutes if the oxidation-reduction film 13 is used alone. Therefore, in the present invention, a hydrogen ion carrier membrane 1 is provided to cover the redox membrane 13 and transport hydrogen ions in the measurement aqueous solution to the redox membrane 13.
4 is formed. This hydrogen ion carrier 1
4 uses a polymer membrane such as polyvinyl chloride as a carrier,
This contains an amine as a hydrogen ion carrier, an electrolyte salt, and, if necessary, a polymer plasticizer. The amine that forms the hydrogen ion carrier has the formula (Here, each of R 1 , R 2 and R 3 is an alkyl group, at least two of which are an alkyl group having 8 to 18 carbon atoms, preferably an alkyl group having 10 to 16 carbon atoms), or the formula (Here, R 4 is an alkyl group having 8 to 18 carbon atoms,
Preferably, it is an alkyl group having 10 to 16 carbon atoms. Further, the electrolyte salts forming the hydrogen ion carrier membrane 14 include sodium tetrakis (p-chlorophenyl) borate, sodium tetrakis (p-chlorophenyl) phosphate, potassium tetrakis (p-chlorophenyl) phosphate,
In addition to LiBF 4 LiPF 6 and the like, there are compounds represented by the formula R 4 NBF or R 4 NPF 6 (in each formula, R is an alkyl group, preferably an alkyl group having 2 to 6 carbon atoms). Additionally, potassium tetrakis-p-chlorophenylborate may be added to enhance the conductivity of the ion carrier. Furthermore, when the polymer membrane is made of polyvinyl chloride, various plasticizers used as plasticizers for vinyl chloride resin, which are difficult to elute, are used as plasticizers to be added to the hydrogen ion carrier membrane as necessary. Examples include sebacic acid bis(2-ethylhexyl) ester. The polymer used as the carrier is not limited to polyvinyl chloride, but polyethylene and the like that do not require a plasticizer can also be used, but polyvinyl chloride is preferred because it facilitates the formation of a hydrogen ion carrier film. The hydrogen ion carrier membrane 14 is prepared by dissolving the polymer as the carrier in a solvent, adding the amine, electrolyte salt, or a plasticizer if necessary to the solution, and applying this to the redox membrane 13 and drying it. Can be formed. Specific Effects of the Invention In order to measure the hydrogen ion concentration (PH) in an aqueous solution using the PH sensor of the present invention described above, as shown in FIG. It is immersed in a measurement aqueous solution 22 contained in a container 21 together with a reference electrode 23 such as . The PH sensor 10 and the reference electrode 23 are
Connect to potentiometer 24. Hydrogen ions in the aqueous solution are quickly transported to the redox membrane 13 via the hydrogen ion carrier membrane 14, and the redox membrane 13 causes a redox reaction to generate an electromotive force according to the hydrogen ion concentration. This electromotive force is measured as a difference from the reference electrode 23 using a potentiometer 24 . PH of this invention
Since the electromotive force generated by the sensor satisfies a linear relationship with the PH value, the PH of the measured aqueous solution can be determined from this. Examples of this invention will be described below. Example 1 The surface of a disk (diameter 5 mm, height 5 mm) made of basal plain graphite (BPG) was peeled off with a sharp knife to expose a new surface. The outer periphery of this disk substrate was covered with a heat-shrinkable tube to insulate it, mercury was placed inside the tube, and the connection between the substrate and lead wires was planned. Using this as a working electrode, a saturated sodium chloride calomel electrode (SSCE) as a reference electrode, and a platinum mesh as a counter electrode, electrolytic oxidation polymerization was performed in a three-electrode electrolytic cell under the conditions shown below to electrolyze the exposed surface of the substrate. An oxidized polymer film was applied. That is, the electrolyte was prepared by adding 1-aminopyrene (AP) at a rate of 10 mmol/liter and pyridine at a rate of 10 mmol/liter to an acetonitrile solvent containing sodium perchlorate at a rate of 0.1 mole/liter as a supporting electrolyte; After pulling the potential of the working electrode from 0 volts to +1.0 volts (vs. SSCE) three times at a sweep rate of 50 millivolts/sec, constant potential electrolysis was performed for 10 minutes at +1.0 volts (vs. SSCE). I did it. In this way, an electrolytically oxidized polymerized film (oxidation-reduction film) of 1-aminopyrene was deposited on the surface of the substrate. This was thoroughly washed with water and stored in a phosphate buffer solution of pH 6.86 for one day to stabilize the redox potential of the redox membrane. After drying this, a hydrogen ion carrier film was applied by the following method. 25.6 milligrams of tri-n-dodecylamine, 5.7 milligrams of potassium tetrakis-p-chlorophenylborate, and dioctyl sebacate.
732 mg, polyvinyl chloride (average degree of polymerization
1050) was dissolved in 10 milliliters of tetrahydrofuran, and the substrate coated with the redox film was immersed in this solution, and the solvent was removed and dried to deposit a hydrogen ion carrier film on the redox film. In this way, the PH sensor of this invention was produced. Experimental Examples 1 to 6 Using the PH sensor obtained in Example 1, the relationship between the equilibrium potential value of the sensor and PH in various solutions was measured using SSCE as a reference electrode. That is, the solutions used were bovine blood (Experimental Example 1), standard serum (Versatol A, General Giagotics der Werner
- Lambert) (Experimental Example 2), Lactated Ringer's solution (components: sodium chloride 0.6% (w/v), potassium chloride 0.03% (w/v), lactic acid 0.31% (w/v),
Electrolyte components are Nal31mg/, K4mg/, Ca3mg/
, Cl110mg/, lactic acid root 28mg/) (Experimental Example 3),
0.1=M/5% dextran in saline
(w/v) (Experiment Example 4), bioelectrolyte auxiliary solution {Terumo High Calcium Solution, ingredients:
Glucose, potassium acetate, calcium gluconate, magnesium sulfate, KH 2 PO 4 , ZnSO 4 7H 2 O,
Electrolyte ions K + (25 mg), Mg + (8.5 mg), Ca 2+ (150
mg), SO 2- 4 (10 μmol)} (Experiment Example 5), and artificial urine (Urine Control manufactured by URSure Chemistry).
1) (Experimental Example 6). The results are shown in Figure 3 (Experiment Example 1), Figure 4 (Experiment Examples 2 and 5 (match)), and Figure 5.
It is shown in the figure (Experimental Examples 3 and 4 (match)). Experimental Example 7 Using the PH sensor prepared in Example 1, adjust the pH from 5.34 to 4.67, from 7.46 to 5.34, and 4.67 in phosphate buffer.
from 6.27, from 6.27 to 8.16, from 8.16 to 9.18, from 9.18
10.02, 10.02 to 11.0, 11.0 to 12.0, 12.0 to
The response time (time taken to reach equilibrium potential value) when changing to 13.0 was measured (temperature 25°C). The results were extremely fast, ranging from 20 seconds to 2 minutes, as shown by lines a to i in Figure 6. Also, the electrode potential is 8
It remained stable with no change even after several days had passed. Experimental Example 8 The electromotive force change value per PH of the PH electrode prepared in Example 1, that is, the slope of the Nernst equation linear relationship (mV/PH) was measured by changing the temperature of the solution. For comparison, we also measured the gradient between a glass electrode and a PH sensor that does not form a hydrogen ion transport membrane (comparative example). The results are shown in Table 1. From this result, it was found that the slopes of the PH sensor of the present invention and the glass electrode are almost the same, and that the PH sensor of the present invention can be used in a measurement system used with a glass electrode.

【表】 実験例 9 実施例1で作製したPHセンサーを用い、PH6.86
の標準リン酸緩衝液中で酸素分圧を47mmHgから
630mmHgの範囲で変化させ、平衡電位値に対する
酸素分圧の影響を測定した。測定温度は37゜±0.1
℃であつた。結果を第7図に示す。この結果か
ら、この発明のPHセンサーは、酸素の影響を全く
受けないことがわかる。 実施例 2 酸化還元膜を作製する際、支持電解質として過
塩素酸ナトリウムの代りにテトラブチルアンモニ
ウムBF4を用いた以外は実施例1と同様にしてPH
センサーを作製した。 実験例 10 実施例2で作製したPHセンサーの起電力とPHと
の関係を測定(37℃)したところ直線関係を満足
した。この直線の勾配は58mV/PHであつた。な
お、PH7.4のときの起電力値は約40mVであつた。 実施例 3〜4 ベーサルプレーングラフアイトの代りに、カー
ボンフアイバー(東邦レーヨン社製HTA−7W
−100、比抵抗約1.5×10-3Ω・cm、断面積3.8×
10-4cm2)を用いた以外は実施例1と同様にしてPH
センサーを作製した(実施例3)。また、BPGの
径を0.5mmとしたものを用いて同様にPHセンサー
を作製した(実施例4)。 実験例 11 実施例3および4で作製したPHセンサーについ
て、平衡電位値とPH値との関係を測定したとこ
ろ、それぞれ直線関係を満足し、その直線の勾配
は、それぞれ62mV/PHおよび60mV/PHであつ
た。実験例1ないし6で用いた他の溶液中でもPH
測定をおこなうことができた。 実施例 5 1−アミノピレンの代りに、1−アミノアント
ラセンを用いた以外は実施例1と同様にしてPHセ
ンサーを作製した。 実験例 12 実施例5で作製したPHセンサーの平衡電位値と
PHとの関係を測定したところ直線関係を満足し
た。この直線の勾配はPH5.15ないし8.20の範囲に
おいて56mV/PHであつた。 実施例 6〜7 水素イオン輸送膜の被着に際し、トリn−ドデ
シルアミンの代りにトリオクチルアミン(実施例
6)またはトリデシルアミン(実施例7)を用い
た以外は、実施例1と同様にしてPHセンサーを作
製した。 実験例 13 実施例6および7で作製したPHセンサーの平衡
電位値とPH値との関係を測定したところ直線関係
を満足した。直線の勾配は共に56mV/PHであつ
た。なお、測定溶液としてリン酸緩衝液の代りに
人工尿を用いた場合も同様に直線関係を満足し
た。 実施例 8〜11 基板としてBPGの代りに、白金(実施例8)、
パラジウム(実施例9)、酸化インジウム(実施
例10)、銀(実施例11)を用い、電解酸化重合を
表2に示す条件でおこなつた以外は実施例1と同
様にしてPHセンサーを作製した。
[Table] Experimental example 9 Using the PH sensor produced in Example 1, PH6.86
Oxygen partial pressure in standard phosphate buffer from 47 mmHg
The influence of oxygen partial pressure on the equilibrium potential value was measured by varying it within a range of 630 mmHg. Measured temperature is 37°±0.1
It was warm at ℃. The results are shown in FIG. This result shows that the PH sensor of the present invention is not affected by oxygen at all. Example 2 When producing a redox membrane, PH was carried out in the same manner as in Example 1 except that tetrabutylammonium BF 4 was used instead of sodium perchlorate as the supporting electrolyte.
A sensor was created. Experimental Example 10 When the relationship between the electromotive force and PH of the PH sensor produced in Example 2 was measured (at 37°C), a linear relationship was satisfied. The slope of this straight line was 58 mV/PH. Note that the electromotive force value at pH 7.4 was approximately 40 mV. Examples 3 to 4 Carbon fiber (HTA-7W manufactured by Toho Rayon Co., Ltd.) was used instead of basal plain graphite.
−100, specific resistance approximately 1.5×10 -3 Ω・cm, cross-sectional area 3.8×
10 -4 cm 2 ) was used in the same manner as in Example 1.
A sensor was produced (Example 3). In addition, a PH sensor was similarly produced using BPG with a diameter of 0.5 mm (Example 4). Experimental Example 11 When the relationship between the equilibrium potential value and the PH value was measured for the PH sensors produced in Examples 3 and 4, each satisfied a linear relationship, and the slopes of the straight lines were 62 mV/PH and 60 mV/PH, respectively. It was hot. Among the other solutions used in Experimental Examples 1 to 6, the pH
We were able to perform measurements. Example 5 A PH sensor was produced in the same manner as in Example 1 except that 1-aminoanthracene was used instead of 1-aminopyrene. Experimental example 12 Equilibrium potential value of the PH sensor prepared in Example 5 and
When the relationship with PH was measured, a linear relationship was satisfied. The slope of this straight line was 56 mV/PH in the PH range of 5.15 to 8.20. Examples 6-7 Same as Example 1 except that trioctylamine (Example 6) or tridecylamine (Example 7) was used instead of tri-n-dodecylamine when depositing the hydrogen ion transport membrane. A PH sensor was fabricated using the following method. Experimental Example 13 When the relationship between the equilibrium potential value and the PH value of the PH sensors produced in Examples 6 and 7 was measured, a linear relationship was satisfied. The slopes of both lines were 56 mV/PH. Note that the linear relationship was also satisfied when artificial urine was used instead of the phosphate buffer as the measurement solution. Examples 8 to 11 Instead of BPG as a substrate, platinum (Example 8),
A PH sensor was produced in the same manner as in Example 1, except that palladium (Example 9), indium oxide (Example 10), and silver (Example 11) were used and electrolytic oxidative polymerization was performed under the conditions shown in Table 2. did.

【表】 実験例 14 実施例8〜11で作製したPHセンサーの平衡電位
値とPH値との関係を測定(25℃)したところそれ
ぞれ直線関係を満足した。直線の勾配その他の結
果を表3に示す。
[Table] Experimental Example 14 When the relationship between the equilibrium potential value and the PH value of the PH sensors produced in Examples 8 to 11 was measured (at 25°C), a linear relationship was satisfied for each. Table 3 shows the slope of the straight line and other results.

【表】 実施例 12 電解酸化重合に際し、電解液としてp−フエノ
キシアニリン10mM含む0.5M濃度の硫酸ナトリ
ウムまたは硫酸を用いた以外は実施例1と同様に
してPHセンサーを作製した。 実験例 15 実施例12で作製したPHセンサーの平衡電位値と
PH値との関係を測定したところ直線関係を満足
し、その直線の勾配は54mV/PHであつた。な
お、PH6.86のときの平衡電位値は約62mVであり、
応答速度は約1分であつた。 実施例 13〜32 表4に示す条件でAPの電解重合をおこなつた
以外は、実施例1と同様にPH電極を作製した。
[Table] Example 12 A PH sensor was produced in the same manner as in Example 1, except that sodium sulfate or sulfuric acid at a concentration of 0.5M containing 10mM of p-phenoxyaniline was used as the electrolytic solution during electrolytic oxidative polymerization. Experimental example 15 Equilibrium potential value of the PH sensor prepared in Example 12 and
When the relationship with the PH value was measured, a linear relationship was satisfied, and the slope of the straight line was 54 mV/PH. In addition, the equilibrium potential value at PH6.86 is approximately 62mV,
The response speed was about 1 minute. Examples 13 to 32 PH electrodes were produced in the same manner as in Example 1, except that AP was electrolytically polymerized under the conditions shown in Table 4.

【表】【table】

【表】 実験例 16〜35 実施例13〜32で作製したPHセンサーを用い、酸
素分圧(PO2)、標準血清(Versatol)の平衡電
位値への影響を検討した。またPH=7.0付近にお
ける応答速度も測定した。結果を表5に示す。こ
の結果を基に作製した、APの電解酸化重合にお
けるピリジン添加量とΔE(飽和酸素分圧下のE値
マイナス大気下での溶存酸素分圧下のE値)との
関係を第8図および第9図に示す。第8図中白丸
印は実験例16〜20に相当し、黒丸印は実験例21〜
25に相当する。第9図中線aは実験例26〜30に相
当し、線bは実験例31〜35に相当する。この結
果、TBAF4−THF系>TBABF4−CH3CN>
NaClO4−THF系>NaClO4−CH3CN系の順に
ΔEが小さく酸素分圧に対してこの順に安定であ
ることがわかつた。 また、標準血清中でのE値と標準液(リン酸緩
衝液)中でのE値との差とピリジン添加量との関
係を第10図および第11図に示す。第10図
中、線aは実験例16〜20に相当し、線bは実験例
21〜25に相当する。第11図中線aは実験例26〜
30に相当し、線bは実験例31〜35に相当する。こ
の結果から、上記差はNaClO4−CH3CN系>
TBABF4−CH3CN系>TBABF4−THF系>
NaClO4−TF系の順に小さいことがわかる。ま
た、上記差は支持塩をTBABF4にした場合、添
加ピリジン量に依存せず、ほぼ一定値となること
がわかる。なお、応答速度は、NAClO4−THF
系>NaClO4−CH3CN系>TBABF4−CH3CN系
>TBABF4−THF系の順である。
[Table] Experimental Examples 16 to 35 Using the PH sensors produced in Examples 13 to 32, the influence of oxygen partial pressure (PO 2 ) and standard serum (Versatol) on the equilibrium potential value was investigated. We also measured the response speed around PH=7.0. The results are shown in Table 5. Based on this result, the relationship between the amount of pyridine added and ΔE (E value under saturated oxygen partial pressure minus E value under dissolved oxygen partial pressure in the atmosphere) in the electrolytic oxidative polymerization of AP is shown in Figures 8 and 9. As shown in the figure. The white circles in Figure 8 correspond to Experimental Examples 16 to 20, and the black circles correspond to Experimental Examples 21 to 20.
Equivalent to 25. Line a in FIG. 9 corresponds to Experimental Examples 26 to 30, and line b corresponds to Experimental Examples 31 to 35. As a result, TBAF 4 −THF system>TBABF 4 −CH 3 CN>
It was found that the ΔE was smaller in the order of NaClO 4 -THF system > NaClO 4 -CH 3 CN system, and the system was stable against oxygen partial pressure in this order. Furthermore, the relationship between the difference between the E value in the standard serum and the E value in the standard solution (phosphate buffer) and the amount of pyridine added is shown in FIGS. 10 and 11. In Figure 10, line a corresponds to experimental examples 16 to 20, and line b corresponds to experimental examples 16 to 20.
Equivalent to 21-25. The middle line a in Fig. 11 indicates Experimental Example 26~
30, and line b corresponds to Experimental Examples 31-35. From this result, the above difference is the NaClO 4 −CH 3 CN system>
TBABF 4 −CH 3 CN series>TBABF 4 −THF series>
It can be seen that the NaClO 4 -TF system is smaller in order. Furthermore, it can be seen that when TBABF 4 is used as the supporting salt, the above difference does not depend on the amount of pyridine added and becomes a substantially constant value. Note that the response speed is NAClO 4 −THF
The order is system> NaClO4 - CH3CN system> TBABF4 - CH3CN system> TBABF4 -THF system.

【表】 発明の具体的効果 以上述べたように、この発明のPHセンサーは固
体型電極であるので微小化が容易であり、応答速
度が速く、ガス成分特に酸素ガスの影響を受け
ず、生体成分例えば血清、全血、尿素の試料の種
類によつて平衡電位値が変化を受けないため精度
がよい。
[Table] Specific Effects of the Invention As stated above, the PH sensor of the present invention is a solid-state electrode, so it can be easily miniaturized, has a fast response speed, is not affected by gas components, especially oxygen gas, and is suitable for living organisms. The accuracy is high because the equilibrium potential value does not change depending on the type of component sample, such as serum, whole blood, or urea.

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

第1図はこの発明のPHセンサーの断面図、第2
図はこの発明のPHセンサーの作用を説明するため
の図、第3図ないし第11図はこの発明のPHセン
サーの特性を示すグラフ図。 11…導電性基板、12…酸化還元膜、13…
水素イオンキヤリアー膜。
Figure 1 is a cross-sectional view of the PH sensor of this invention, Figure 2 is a cross-sectional view of the PH sensor of this invention.
The figure is a diagram for explaining the action of the PH sensor of the present invention, and Figures 3 to 11 are graphs showing the characteristics of the PH sensor of the present invention. 11... Conductive substrate, 12... Redox film, 13...
Hydrogen ion carrier membrane.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 水溶液中の水素イオン濃度を電位応答で測定
するためのPHセンサーであつて、 (a) 導電性基本と、 (b) 該導電性基本の表面に形成された可逆的酸化
還元機能を有する膜であつてその酸化還元反応
が水素イオンの付加・離脱を伴なう第1の膜
と、 (c) 該第1の膜の表面に形成された高分子膜であ
つて該水溶液中の水素イオンを該第1の膜へ輸
送するための水素イオンキヤリアーを含有する
第2の膜とを具備することを特徴とするPHセン
サー。
[Scope of Claims] 1. A PH sensor for measuring hydrogen ion concentration in an aqueous solution based on potential response, comprising: (a) a conductive base; and (b) a reversible base formed on the surface of the conductive base. (c) a first film having a redox function, the redox reaction of which involves the addition and desorption of hydrogen ions; and (c) a polymer film formed on the surface of the first film. and a second membrane containing a hydrogen ion carrier for transporting hydrogen ions in the aqueous solution to the first membrane.
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