JPH0441778B2 - - Google Patents

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JPH0441778B2
JPH0441778B2 JP59202849A JP20284984A JPH0441778B2 JP H0441778 B2 JPH0441778 B2 JP H0441778B2 JP 59202849 A JP59202849 A JP 59202849A JP 20284984 A JP20284984 A JP 20284984A JP H0441778 B2 JPH0441778 B2 JP H0441778B2
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JP
Japan
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plasma
ion
amino
membrane
amino group
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP59202849A
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Japanese (ja)
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JPS6179153A (en
Inventor
Shotaro Oka
Osamu Tawara
Fumihide Myashita
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
Priority to JP59202849A priority Critical patent/JPS6179153A/en
Publication of JPS6179153A publication Critical patent/JPS6179153A/en
Publication of JPH0441778B2 publication Critical patent/JPH0441778B2/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
    • G01N27/333Ion-selective electrodes or membranes
    • G01N27/3335Ion-selective electrodes or membranes the membrane containing at least one organic component

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Description

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

(イ) 産業上の利用分野 この発明は、陰イオンセンサー及びその製造法
に関する。さらに詳しくは、各種電解質中の特定
の陰イオン濃度を測定しうる陰イオンセンサー及
びその製造法に関する。 (ロ) 従来技術 従来から、一般試料や生体試料中の各種溶解成
分の分析に電気化学的な測定方法が行なわれてお
り、各種イオンに感応する種々のイオンセンサー
が知られている。しかし、これらのイオンセンサ
ーには種々の問題点があつた。 すなわち、例えば塩素イオンセンサーについて
述べれば、従来の代表的な塩素イオンセンサーと
しては、Ag/AgCl系の固体電極やそのAgClを
シリコンゴム等のマトリツクスと混合して膜電極
とした固体電極を用いた塩素イオン選択性電極が
あるが、これらは蛋白質等の生体内有機物による
汚染が大きいという欠点を持つ。また液体イオン
交換体を用いた塩素イオン選択性電極もあげられ
ることがこれは液膜であるという点で非実用的で
ある。これに対し、イオン感応物質としてイオン
交換膜を用いた塩素イオン選択性電極は上記電極
のもつ欠点は改善されておりすぐれた特性を有す
る。しかし、これらの膜はイオン交換樹脂から薄
膜状に切り出し又は成形して、内部極を有する第
9図のごときイオン選択性電極(図中、1はイオ
ン交換膜、2は内部極、3は内部液絡溶液、4は
電極筒、5はリード線をそれぞれ示す)のように
装着して使用することはできても金属電極に直接
イオン感応膜を被覆形成したコーテイドワイヤー
型のイオンセンサーに適用することは困難であ
り、これ以外にイオンセンサーの基体の感応面と
してよく用いられるガラス等の固体表面に形成さ
せることも困難であつた。すなわちイオン交換膜
をかような固体表面に形成させるためにはイオン
交換樹脂を溶媒に溶解して塗布するなどの操作が
必要であるがこの場合充分な密着性が得られず耐
久性のあるイオン交換膜の形成が困難であり、さ
らに膜厚の制御も困難で安定した特性を有するイ
オンセンサーを得ることができなかつた。 一方、最近、電界効果型トランジスターのゲー
ト上に酸化タンタル等セラミツクスからなるPH感
応膜を被覆形成したPHIS−FETが用いられるよ
うになつているが、PH感応性以外のイオン感応性
を与えるためには、この感応面上又はFETのゲ
ート上に所望のイオン感応膜を形成させる必要が
あり、この際前記と同様な問題点を有していた。 (ハ) 発明の目的 この発明は、上記のごとき問題点に鑑みなされ
たもので、高分子膜をイオン感応膜として用いて
なり、簡便にかつ安定した品質で製造でき、かつ
優れた耐久性を備えた陰イオンセンサーを提供し
ようとするものである。 (ニ) 発明の構成 かくしてこの発明によれば、イオンセンサー基
材上にイオン感応膜を形成してなり、このイオン
感応膜が、疎水性有機化合物のプラズマ重合高分
子層からなる内部層と、その上に形成された有機
アミノ化合物のプラズマ重合によるアミノ基含有
高分子層からなる表面層とで基本構成され、かつ
この表面層のアミノ基高分子層にはアミノ基の変
換によるアンモニウム塩型の親水性基が導入され
てなることを特徴とする陰イオンセンサーが提供
される。さらに上記陰イオンセンサーの好適な製
造法が提供される。 この発明の最も特徴とする点は、陰イオン感応
膜を、実質的に疎水性の内部層とアンモニウム塩
型のイオン交換基を有する表面層とで構成し、さ
らにこれらのいずれの層もプラズマ重合による高
分子層で構成した点にある。 この発明の感応膜の内部層は、イオンセンサー
基材を適宜マスクして疎水性有機化合物の蒸気下
で所謂プラズマ重合条件に付すことにより形成さ
れる。この際の疎水性有機化合物としては、親水
性基を有していない種々の有機化合物が挙げら
れ、例えば、スチレン、ジビニルベンゼン等のビ
ニル芳香族系化合物、ベンゼン、トルエン等の芳
香族系化合物、エチレン、プロピレン等の不飽和
炭化水素類等が挙げられこれらは2種以上用いて
もよい。また多層構造とすることもできる。これ
らのうちプラズマ重合が容易なスチレンを用いる
のが好ましい。また、プラズマ重合の条件は特に
限定されないが、通常0.1〜2torrの上記疎水性有
機化合物の雰囲気下、0.1〜100KHzのグロー放電
条件を採用するのが好ましい。 このようにして、イオンセンサー基材上に直接
形成される内部層の厚みは通常、0.01〜10μmと
するのが適当である。かかる厚みは、上記プラズ
マ重合に付す時間を調整することにより容易に制
御することができる。 この内部層を構成するプラズマ重合高分子膜
は、それ自身高い架橋度を有しかつイオンセンサ
ー基材等の被着体への強固な密着性を有している
ものであり、しかも疎水性有機化合物の重合体か
らなる実質的に疎水性の膜である。従つてこの発
明の陰イオンセンサーにおける陰イオン感応膜の
ベース層として該膜の耐久性、応答安定性等に役
立つものである。 一方、この発明における陰イオン感応膜の表面
層は、通常、前記内部層を形成せしめたイオンセ
ンサー基材を、まず有機アミノ化合物の蒸気下で
プラズマ重合条件に付すことにより該内部層の上
にアミノ基含有高分子膜を形成せしめ、次いで化
学処理によりアミノ基含有高分子膜中のアミノ基
をアンモニウム塩型のイオン交換基に変換するこ
とにより作製される。この際の有機アミノ化合物
としてはジアリルアミン、ジアミルアミン、ジエ
チルアリルアミン、N,N,N′,N′−テトラメ
チル−1,6−ヘキサンジアミン等の少なくとも
一つの直鎖状置換基を有するアミンや、アニリ
ン、ピリジン、フエネチルアミン等の環状もしく
は芳香族アミンが挙げられ、これ以外にもトリエ
チルアミン、エチレンジアミン、ジエチレントリ
アミン、トリエチレンテトラミン等が挙げられ
る。これらは2種以上組合せて用いてもよい。こ
れらのうちテトラメチルヘキサンジアミン、ジエ
チルアリルアミン等の直鎖状置換基を有する第3
級アミンを用いるのが好ましい。またプラズマ重
合の条件は、通常、0.1〜2torrの有機アミノ化合
物の雰囲気下、0.1〜100KHzのグロー放電条件を
採用するのが好ましい。また表面層の厚みは0.01
〜10μmとするのが適当であり、これは上記プラ
ズマ重合の時間によりアミノ基含有高分子膜の厚
みを調整することにより制御される。なお、上記
有機アミノ化合物のプラズマ重合の初期に内部層
の形成に用い得る疎水性有機化合物の蒸気を混在
させてもよく、この場合形成される表面層の内部
層側は有機アミノ化合物と該疎水性有機化合物と
の共重合体からなるアミノ基含有高分子層とな
り、一つの好ましい態様である。 有機アミノ化合物のプラズマ重合によつて前記
内部層の上に形成される高分子膜は、アミノ基を
含有する高架橋度の高分子膜でありかつ内部層の
疎水性高分子膜にもグロー放電時のラジカル生成
等により化学結合して一体化されてなるものであ
る。モノマーの有機アミノ化合物の有するアミノ
基がプラズマ重合後にすべて高分子膜の鎖中に残
存しているとは限らない。すなわち、前記のごと
き有機アミノ化合物のプラズマ重合条件下におい
ては多数のラジカルやイオンの生成による炭素鎖
(置換基)間のランダムな重合・架橋反応が支配
的になると考えられるが、これ以外にアミノ基の
分解等の反応も生じているものと考えられる。こ
の点に関し、本発明者らは、前記有機アミノ化合
物プラズマ重合で得られる高分子膜中のアミノ基
の存在量はその表面側で多く内面側で少なくなる
という興味ある知見も得ている。かかるアミノ基
含有量の傾斜は、ことに前記直鎖状置換基を有す
る有機アミノ化合物を用いた場合に顕著であり、
従つて変換されるアンモニウム塩型イオン交換基
もこれに対応して傾斜導入され、かかる傾斜が耐
久性及び応答性の点でよりプラスに働いているも
のと信じられる。 上記アミノ基含有高分子膜中のアミノ基の化学
処理はハロゲン化アルキルの蒸気中に保持させて
行なうのが好ましい。この際のハロゲン化アルキ
ルとしては、モノハロゲン化低級アルキルを用い
るのが適当であり、その具体例としては、塩化メ
チル、塩化エチル、ヨウ化メチル、臭化メチル等
が挙げられる。かようなハロゲン化アルキル蒸気
との接触によりアミノ基含有高分子膜中に存在す
るアミノ基がアルキル化されて第4級アンモニウ
ム塩、第3アミン塩、第2アミン塩等のアンモニ
ウム塩型のイオン交換基に変換される。この接触
は、加温下で行なうことにより反応を促進できる
が、常温で反応させてもよい。また、ハロゲン化
アルキル蒸気は常圧下約1/分程度の流量でア
ミノ基含有高分子膜を形成したセンサーに接触す
るように調整するのが好ましい。また適切な接触
(保持)時間は表面層の膜厚にもよるが、通常30
〜300分程度が適している。 上記表面層中のアンモニウム塩型のイオン交換
基における対陰イオンは、適宜所望の陰イオンに
変換することができそれにより陰イオンに対する
選択性を変えることができる。例えば、対陰イオ
ンが塩素イオンの場合には、塩素イオンに対する
選択性が高く、塩素イオン感応膜として好適であ
るが、対陰イオンを臭素イオンやヨウ素イオンに
することにより臭素イオンやヨウ素イオン等に対
する選択性が向上しこれらの陰イオン感応膜とし
て充分に使用することができる。 上述した陰イオン感応膜を被着させるイオンセ
ンサー基材としては、金属、ガラス、セラミツク
ス等の固定表面をイオン感応面として備えた種々
のものが挙げられる。白金、銀等の金属電極をイ
オンセンサー基材としこれにこの発明の陰イオン
感応膜を形成することにより、第2図に示すごと
きコーテイツドワイヤー型のイオン選択性電極を
得ることができ[図中、7は金属電極、6は内部
層6a及び表面層6bとからなるこの発明の陰イ
オン感応膜を示す]、またゲート電極を取り除い
たFETのゲート面上に同様にして上記陰イオン
感応膜を形成することにより第3図に示すごとき
陰イオン用のイオン選択性電界効果型トランジス
タ(IS−FET)を得ることができる[図中、9
はSiO2、Si3N4等のゲート、10はドレイン部
分、11はソース部分、12はシリコン基盤を示
す]。もちろん第1図に示すようにガラス膜13
を感応面に有し内部極2を備えたイオンセンサー
基材を用いてガラス電極型のイオン選択性電極と
することもでき、それ以外にフロースルー型のイ
オンセンサー基材等の種々の基材を適用すること
できる。 この発明の陰イオンセンサーは、前記のごとく
実質的に疎水性のプラズマ重合高分子膜(内部
層)の上にアンモニウム塩型のイオン交換基を導
入したプラズマ重合高分子膜(表面層)を一体化
してなるイオン感応膜を備えているため、意図す
る陰イオンを含む電解質(被測定液)中における
水分子を介しての陰イオンの捕捉や解離が表面積
のみで行なわれることとなり、内部ことにイオン
センサー基材とイオン感応膜との界面付近への水
分やイオンの移向が実質的に生じない。従つて耐
久性が優れたものである。しかも表面層に導入さ
れたイオン交換基は、多くの場合表面層の表層に
おいても最も高濃度であり内部にかけて減少して
いるため陰イオンの捕捉及び脱離が円滑に行なわ
れ応答性もより改善されたものである。 (ホ) 実施例 イオンセンサー基材の一部として7mm角のシリ
コンウエハ16を用い、これをプラズマ重合装置
の容器内にグロー放電極の一方に密着設定した。
容器内を0.05torr以下の真空にした後、スチレン
モノマーのガスを導入し、圧力を約1.25torrに調
整した。この状態で周波数1KHz、電流70mA、
電圧500Vの条件下で100秒間グロー放電を行なつ
て片面にプラズマ重合ポリスチレンの薄膜が形成
されたシリコンウエハ16を得た。次に、N,
N,N′,N′−テトラメチル−1,6−ヘキサン
ジアミンを注入したシヤーレを該容器内に入れ、
脱気しつつこのアミノ化合物を蒸気下して圧力を
1torrに調整し、この状態で周波数1KHz、電流
70mA、電圧500Vの条件で30秒間及び周波数10K
Hz、電流70mA、電圧500Vで60秒間グロー放電
を行なつて、前記ポリスチレン薄膜上に更に上記
アミノ化合物のプラズマ重合薄膜を形成させた。 このようにして得られた複合プラズマ重合膜を
備えたシリコンウエハを第4図に示すごとき反応
容器内に配置し、ボンベ14から塩化メチルガス
を1時間流すことによりアミノ化合物のプラズマ
重合薄膜に塩化メチルを充分に接触させてアミノ
基のアルキル化を行なつて、第5図に示すごとき
この発明の陰イオン感応膜6を備えたシリコンウ
エハ16を得た。 このようにして得たシリコンウエハを用いて第
6図に示すごときフロースルー型の陰イオン電極
19を構成し、塩素イオンに対する応答性を評価
した。なお図中、17はフロースルー型の参照電
極(Ag/AgCl電極;塩化カリウム内部液)を、
18は被測定液(例えば、血清、血漿の希釈液
等)をそれぞれ示すものである。 この結果は第7図に示した。このように、塩素
イオンに対する応答性は塩素イオン濃度(活量)
が10-4〜100Mの範囲で優れており、−53mA/
decの直線性が得られた。 また、主な陰イオンによる妨害は表1に示す通
りであつた。
(a) Industrial application field This invention relates to an anion sensor and its manufacturing method. More specifically, the present invention relates to an anion sensor capable of measuring the concentration of specific anions in various electrolytes and a method for manufacturing the same. (B) Prior Art Conventionally, electrochemical measurement methods have been used to analyze various dissolved components in general samples and biological samples, and various ion sensors sensitive to various ions are known. However, these ion sensors had various problems. In other words, if we talk about chlorine ion sensors, for example, conventional chlorine ion sensors use Ag/AgCl-based solid electrodes or solid electrodes made by mixing AgCl with a matrix such as silicone rubber to form a membrane electrode. Although there are chloride ion selective electrodes, these have the disadvantage of being heavily contaminated by organic matter in living organisms such as proteins. Another example is a chloride ion selective electrode using a liquid ion exchanger, but this is impractical because it is a liquid membrane. On the other hand, a chloride ion selective electrode using an ion exchange membrane as an ion sensitive material has improved characteristics and has improved the drawbacks of the above electrodes. However, these membranes are cut out or molded into thin films from ion exchange resin, and are made into an ion-selective electrode with an internal electrode as shown in Figure 9 (in the figure, 1 is the ion exchange membrane, 2 is the internal pole, and 3 is the internal electrode). Although it can be used by attaching it as a liquid junction solution, 4 is an electrode cylinder, and 5 is a lead wire), it is applicable to coated wire type ion sensors in which an ion-sensitive membrane is directly coated on a metal electrode. In addition, it was also difficult to form it on a solid surface such as glass, which is often used as a sensitive surface of an ion sensor substrate. In other words, in order to form an ion exchange membrane on such a solid surface, operations such as dissolving the ion exchange resin in a solvent and applying it are necessary, but in this case, sufficient adhesion cannot be obtained and durable ion It is difficult to form an exchange membrane, and it is also difficult to control the thickness of the membrane, making it impossible to obtain an ion sensor with stable characteristics. On the other hand, recently, PHIS-FETs have been used in which a PH-sensitive film made of ceramics such as tantalum oxide is coated on the gate of a field-effect transistor, but in order to provide ion sensitivity other than PH sensitivity, In this case, it is necessary to form a desired ion-sensitive film on the sensitive surface or the gate of the FET, and in this case, there are problems similar to those described above. (c) Purpose of the Invention This invention has been made in view of the above-mentioned problems, and uses a polymer membrane as an ion-sensitive membrane, which can be manufactured easily and with stable quality, and has excellent durability. The present invention aims to provide an anion sensor equipped with the following features. (d) Structure of the Invention According to the present invention, an ion-sensitive membrane is formed on an ion sensor substrate, and this ion-sensitive membrane has an inner layer made of a plasma-polymerized polymer layer of a hydrophobic organic compound, It basically consists of a surface layer consisting of an amino group-containing polymer layer formed on top of the organic amino compound by plasma polymerization, and the amino group polymer layer of this surface layer has an ammonium salt type polymer layer formed by converting the amino group. An anion sensor characterized by having a hydrophilic group introduced therein is provided. Furthermore, a suitable method for manufacturing the above-mentioned anion sensor is provided. The most distinctive feature of this invention is that the anion-sensitive membrane is composed of a substantially hydrophobic inner layer and a surface layer having an ammonium salt type ion exchange group, and furthermore, both of these layers are formed by plasma polymerization. The reason is that it is composed of a polymer layer made of The inner layer of the sensitive membrane of the present invention is formed by subjecting the ion sensor substrate to so-called plasma polymerization conditions under the vapor of a hydrophobic organic compound with an appropriate mask. Examples of the hydrophobic organic compound in this case include various organic compounds that do not have a hydrophilic group, such as vinyl aromatic compounds such as styrene and divinylbenzene, aromatic compounds such as benzene and toluene, Examples include unsaturated hydrocarbons such as ethylene and propylene, and two or more of these may be used. It can also have a multilayer structure. Among these, it is preferable to use styrene, which is easily plasma polymerized. Although the conditions for plasma polymerization are not particularly limited, it is usually preferable to employ glow discharge conditions of 0.1 to 100 KHz in an atmosphere of the hydrophobic organic compound of 0.1 to 2 torr. The thickness of the inner layer formed directly on the ion sensor substrate in this way is usually 0.01 to 10 μm. This thickness can be easily controlled by adjusting the time for the plasma polymerization. The plasma-polymerized polymer membrane that constitutes this inner layer has a high degree of crosslinking and strong adhesion to adherends such as ion sensor substrates, and it also has hydrophobic organic It is a substantially hydrophobic membrane made of a polymer of compounds. Therefore, the base layer of the anion-sensitive membrane in the anion sensor of the present invention is useful for improving the durability, response stability, etc. of the membrane. On the other hand, the surface layer of the anion-sensitive membrane of the present invention is usually formed on the inner layer by first subjecting the ion sensor substrate on which the inner layer has been formed to plasma polymerization conditions under the vapor of an organic amino compound. It is produced by forming an amino group-containing polymer membrane, and then converting the amino groups in the amino group-containing polymer membrane into ammonium salt type ion exchange groups by chemical treatment. Examples of organic amino compounds in this case include amines having at least one linear substituent such as diallylamine, diamylamine, diethylallylamine, N,N,N',N'-tetramethyl-1,6-hexanediamine, and aniline. , pyridine, phenethylamine, and other cyclic or aromatic amines; other examples include triethylamine, ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, and the like. Two or more of these may be used in combination. Among these, the tertiary group having a linear substituent such as tetramethylhexanediamine, diethylallylamine, etc.
Preferably, a grade amine is used. Further, as the conditions for plasma polymerization, it is usually preferable to employ glow discharge conditions of 0.1 to 100 KHz in an atmosphere of an organic amino compound of 0.1 to 2 torr. Also, the thickness of the surface layer is 0.01
It is appropriate to set the thickness to 10 μm, and this can be controlled by adjusting the thickness of the amino group-containing polymer film by changing the plasma polymerization time. In addition, vapor of a hydrophobic organic compound that can be used for forming the inner layer may be mixed at the initial stage of plasma polymerization of the organic amino compound, and in this case, the inner layer side of the surface layer formed is a mixture of the organic amino compound and the hydrophobic organic compound. The amino group-containing polymer layer is made of a copolymer with a synthetic organic compound, and is one preferred embodiment. The polymer film formed on the inner layer by plasma polymerization of an organic amino compound is a highly cross-linked polymer film containing amino groups, and the hydrophobic polymer film of the inner layer also undergoes a glow discharge. They are chemically bonded and integrated by the generation of radicals, etc. Not all the amino groups of the organic amino compound of the monomer remain in the chains of the polymer membrane after plasma polymerization. In other words, under the above plasma polymerization conditions for organic amino compounds, random polymerization and crosslinking reactions between carbon chains (substituents) due to the generation of many radicals and ions are considered to be dominant. Reactions such as decomposition of groups are also thought to be occurring. In this regard, the present inventors have also obtained an interesting finding that the amount of amino groups present in the polymer membrane obtained by plasma polymerization of the organic amino compound is larger on the surface side and smaller on the inner surface side. Such a gradient in the amino group content is particularly noticeable when an organic amino compound having the above-mentioned linear substituent is used,
Therefore, the ammonium salt type ion exchange group to be converted is also introduced with a corresponding gradient, and it is believed that such a gradient works more positively in terms of durability and responsiveness. The chemical treatment of the amino groups in the amino group-containing polymer membrane is preferably carried out by keeping the amino groups in the vapor of alkyl halide. As the alkyl halide in this case, it is appropriate to use lower alkyl monohalides, specific examples of which include methyl chloride, ethyl chloride, methyl iodide, methyl bromide, and the like. Upon contact with such alkyl halide vapor, the amino groups present in the amino group-containing polymer membrane are alkylated to form ammonium salt-type ions such as quaternary ammonium salts, tertiary amine salts, and secondary amine salts. converted into an exchange group. This contact can be carried out under heating to promote the reaction, but the reaction may also be carried out at room temperature. Further, it is preferable that the halogenated alkyl vapor is adjusted to contact the sensor formed with the amino group-containing polymer film at a flow rate of about 1/min under normal pressure. The appropriate contact (holding) time also depends on the thickness of the surface layer, but is usually 30
~300 minutes is suitable. The counteranion in the ammonium salt type ion exchange group in the surface layer can be appropriately converted to a desired anion, thereby changing the selectivity to anions. For example, when the counter anion is a chloride ion, it has high selectivity to chloride ions and is suitable as a chloride ion-sensitive membrane, but if the counter anion is a bromide ion or an iodide ion, the It has improved selectivity for these anion-sensitive membranes, and can be used satisfactorily as these anion-sensitive membranes. Examples of the ion sensor substrate on which the above-mentioned anion-sensitive membrane is adhered include various substrates having a fixed surface of metal, glass, ceramics, etc. as an ion-sensitive surface. By using a metal electrode such as platinum or silver as an ion sensor base material and forming the anion-sensitive membrane of the present invention thereon, a coated wire type ion-selective electrode as shown in Fig. 2 can be obtained. In the middle, 7 indicates a metal electrode, 6 indicates an anion-sensitive membrane of the present invention, which is composed of an inner layer 6a and a surface layer 6b], and the above-mentioned anion-sensitive membrane is similarly placed on the gate surface of the FET from which the gate electrode has been removed. By forming , it is possible to obtain an ion-selective field effect transistor (IS-FET) for anions as shown in FIG. 3 [in the figure, 9
10 is a drain portion, 11 is a source portion, and 12 is a silicon substrate]. Of course, as shown in FIG.
An ion sensor base material having an inner electrode 2 on the sensitive surface can be used as a glass electrode type ion selective electrode.In addition, various base materials such as a flow-through type ion sensor base material can be used. can be applied. As described above, the anion sensor of the present invention integrates a plasma-polymerized polymer membrane (surface layer) into which ammonium salt type ion exchange groups are introduced on a substantially hydrophobic plasma-polymerized polymer membrane (inner layer). Since the membrane is equipped with an ion-sensitive membrane made of oxide, the capture and dissociation of anions through water molecules in the electrolyte (measured liquid) containing the intended anions is carried out only on the surface area. There is substantially no migration of moisture or ions near the interface between the ion sensor base material and the ion-sensitive membrane. Therefore, it has excellent durability. In addition, the ion exchange groups introduced into the surface layer are often at the highest concentration in the surface layer, and decrease towards the inside, allowing for smooth capture and desorption of anions, further improving responsiveness. It is what was done. (E) Example A 7 mm square silicon wafer 16 was used as part of the ion sensor substrate, and was placed in close contact with one of the glow discharge electrodes in a container of a plasma polymerization apparatus.
After making the inside of the container a vacuum of 0.05 torr or less, styrene monomer gas was introduced and the pressure was adjusted to about 1.25 torr. In this state, the frequency is 1KHz, the current is 70mA,
Glow discharge was performed for 100 seconds at a voltage of 500 V to obtain a silicon wafer 16 on which a thin film of plasma polymerized polystyrene was formed on one side. Next, N,
Place the shear injected with N,N',N'-tetramethyl-1,6-hexanediamine into the container,
While degassing, vaporize this amino compound and reduce the pressure.
Adjust to 1torr, in this state frequency 1KHz, current
70mA, voltage 500V for 30 seconds and frequency 10K
Glow discharge was performed at Hz, current of 70 mA, and voltage of 500 V for 60 seconds to further form a plasma polymerized thin film of the amino compound on the polystyrene thin film. The silicon wafer with the composite plasma-polymerized film thus obtained was placed in a reaction vessel as shown in FIG. A silicon wafer 16 having an anion-sensitive membrane 6 of the present invention as shown in FIG. 5 was obtained by sufficiently contacting the wafer with the anion-sensitive membrane 6 to alkylate the amino groups. A flow-through type anion electrode 19 as shown in FIG. 6 was constructed using the silicon wafer thus obtained, and its responsiveness to chlorine ions was evaluated. In the figure, 17 is a flow-through type reference electrode (Ag/AgCl electrode; potassium chloride internal solution).
Reference numeral 18 indicates a liquid to be measured (for example, serum, diluted plasma, etc.). The results are shown in FIG. In this way, the response to chlorine ions is determined by the chloride ion concentration (activity).
is excellent in the range of 10 -4 to 10 0 M, −53 mA/
Linearity of dec was obtained. Further, interference caused by main anions was as shown in Table 1.

【表】 なお、このようにして得たイオンセンサーを3
日間の連続使用に付したが、感度等に変化は観測
されず、さらに2ケ月経過後においても感度等に
変化は生じなかつた。 実施例 2 N,N,N′,N′−テトラメチル−1,6−ヘ
キサンジアミンの代わりにジエチルアリルアミン
を用い、下記プラズマ重合条件を適用する以外、
実施例1と同様にしてフロースルー型の塩素イオ
ン電極を作製した。 [条 件] Γスチレンのプラズマ重合;1.25torr、60秒、
50mA、1KHz Γジエチルアリルアミンのプラズマ重合; 初期(スチレン/ジエチルアリルアミン
(1:1)共重合、1.25torr、60秒、
60mA、1KHz) 以降(ジエチルアリルアミンのみ、0.6torr、
60秒、60mA、1KHz) Γアルキル化;ヨウ化エチルで3時間処理 このようにして得られた塩素イオン電極の塩素
イオンに対する応答性は10-4〜10-1Mの範囲で直
線関係(−50mV/dec)であつた。 実施例 3 アミノ基含有化合物及びプラズマ重合条件を下
記の如く設定して実施例2に準じてフロースルー
型の塩素イオン電極を作製した。 [条 件] Γスチレンのプラズマ重合;1.25torr、100秒、
50mA、1KHz Γフエネチルアミンのプラズマ重合; 初期(スチレン/フエネチルアミン(1:
1)共重合、1.4torr、30秒、60mA、
1KHz) 以降(フエネチルアミンのみ、1torr、60秒、
80mA、10KHz) Γアルキル化;塩化メチルで5.5時間処理 このようにして得られた塩素イオン電極の塩素
イオンに対する応答性は10-4〜10-1Mの範囲で直
線関係(−38mV/dec)であつた。 実施例 4 アミノ基含有化合物及びプラズマ重合条件を下
記の如く設定して実施例2に準じてフロースルー
型の塩素イオン電極を作製した。 [条 件] Γスチレンのプラズマ重合;1torr、100秒、
60mA、1KHz Γジアリルアミンのプラズマ重合 初期(スチレン/ジアリルアミン(1:1)
共重合、1.6torr、30秒、50mA、1KHz) 以降(ジアリルアミンのみ、0.7torr、60秒、
50mA、1KHz) Γアルキル化;塩化メチルで4.5時間処理 このようにして得られた塩素イオン電極の塩素
イオンに対する応答性は10-4〜10゜Mの範囲で直
線関係(−35mV/dec)であつた。 参考例 ハロゲン化アルキルとしてヨウ化メチルを用い
る以外実施例1と同様にして形成した二重膜構造
の感湿膜と、N,N,N′,N′−テトラメチル−
1,6−ヘキサンジアミンの代わりにアニリンを
用いかつハロゲン化アルキルとしてヨウ化メチル
を用いる以外実施例1と同様にして形成した二重
膜構造の感湿膜について、表面層におけるアンモ
ニウム基の含有量の分布を、ESCAとArエツチ
ングを用いて測定した。なお、ESCAの分析条件
は以下の通りである。 X線源:9KV、30mA、Mgターゲツト 走査速度:1eV/秒及び0.1eV/秒 Arエツチング:2KV、20mA この測定結果に基づいて膜厚とN13ピーク強度
との関係を第8図に示した。 このように、アニリンのごとき芳香族アミンを
表面層用モノマーとして使用したものに比して、
テトラメチルヘキサンジアミンのごとき直鎖状置
換基を有するアミンを使用したものは、表面から
内部へかけてのアンモニウム基の含有量の傾斜が
急であり、かつ極く表面におけるアンモニウム基
の量も多く、迅速なイオン応答性の点でより好ま
しいものであることが判明した。 (ヘ) 発明の効果 以上述べたごとく、この発明の陰イオンセンサ
ーは、イオンセンサー基材への密着性の優れた陰
イオン感応膜を備えかつイオン交換基が該感応膜
の表面層に導入されているため耐久性が優れかつ
良好な陰イオン対する応答性を示すものである。
そして感応膜の膜厚制御が容易でことに膜厚を非
常に薄く制御できるためインピーダンスの低い膜
とすることができかつイオンセンサー基材の種類
に限らず均一で大面積の感応膜が得られる点有利
でありしかも操作に熟練を要さない。さらに製造
がつねに乾式条件下で行なえかつ市販のガスをそ
のまま使用することができるため、製造操作が簡
便でロスがなく経済的であるという利点も備えた
ものである。
[Table] The ion sensors obtained in this way are
Although it was used continuously for several days, no change in sensitivity, etc. was observed, and even after two months had passed, no change in sensitivity, etc. occurred. Example 2 Except for using diethylallylamine instead of N,N,N',N'-tetramethyl-1,6-hexanediamine and applying the following plasma polymerization conditions,
A flow-through type chlorine ion electrode was produced in the same manner as in Example 1. [Conditions] Plasma polymerization of Γ styrene; 1.25 torr, 60 seconds,
50mA, 1KHz Plasma polymerization of Γ diethylallylamine; initial stage (styrene/diethylallylamine (1:1) copolymerization, 1.25torr, 60 seconds,
60mA, 1KHz) or later (diethylallylamine only, 0.6torr,
60 seconds, 60mA, 1KHz) Γ alkylation; treated with ethyl iodide for 3 hours The response of the chlorine ion electrode thus obtained to chlorine ions was linear in the range of 10 -4 to 10 -1 M (- 50mV/dec). Example 3 A flow-through type chlorine ion electrode was prepared according to Example 2, using the amino group-containing compound and plasma polymerization conditions set as shown below. [Conditions] Plasma polymerization of Γ styrene; 1.25 torr, 100 seconds,
50mA, 1KHz Plasma polymerization of Γphenethylamine; initial (styrene/phenethylamine (1:
1) Copolymerization, 1.4torr, 30 seconds, 60mA,
1KHz) or later (phenethylamine only, 1torr, 60 seconds,
80mA, 10KHz) Γ alkylation; treated with methyl chloride for 5.5 hours The response of the chlorine ion electrode thus obtained to chlorine ions was linear in the range of 10 -4 to 10 -1 M (-38 mV/dec) It was hot. Example 4 A flow-through type chlorine ion electrode was produced according to Example 2, using the amino group-containing compound and the plasma polymerization conditions as described below. [Conditions] Plasma polymerization of Γ styrene; 1 torr, 100 seconds,
60mA, 1KHz Plasma polymerization of Γ diallylamine Initial stage (styrene/diallylamine (1:1)
Copolymerization, 1.6torr, 30 seconds, 50mA, 1KHz) After (diallylamine only, 0.7torr, 60 seconds,
50mA, 1KHz) Γ alkylation; treated with methyl chloride for 4.5 hours The response to chloride ions of the chloride ion electrode thus obtained was linear (-35mV/dec) in the range of 10 -4 to 10゜M. It was hot. Reference Example A moisture-sensitive membrane with a double membrane structure formed in the same manner as in Example 1 except that methyl iodide was used as the alkyl halide, and N,N,N',N'-tetramethyl-
The content of ammonium groups in the surface layer of a moisture-sensitive membrane with a double membrane structure formed in the same manner as in Example 1 except that aniline was used instead of 1,6-hexanediamine and methyl iodide was used as the alkyl halide. The distribution of was measured using ESCA and Ar etching. The analysis conditions for ESCA are as follows. X-ray source: 9KV, 30mA, Mg target Scanning speed: 1eV/sec and 0.1eV/sec Ar etching: 2KV, 20mA Based on these measurement results, the relationship between film thickness and N 13 peak intensity is shown in Figure 8. . In this way, compared to those using aromatic amines such as aniline as monomers for the surface layer,
When using an amine with a linear substituent such as tetramethylhexanediamine, the content of ammonium groups from the surface to the inside has a steep gradient, and the amount of ammonium groups on the surface is also extremely large. , was found to be more preferable in terms of rapid ion responsiveness. (F) Effects of the Invention As described above, the anion sensor of the present invention is provided with an anion-sensitive membrane that has excellent adhesion to the ion sensor substrate, and in which an ion exchange group is introduced into the surface layer of the sensitive membrane. Because of this, it has excellent durability and shows good responsiveness to anions.
Furthermore, the film thickness of the sensitive film can be easily controlled, and in particular, the film thickness can be controlled to be extremely thin, making it possible to obtain a film with low impedance, and a uniform and large-area sensitive film can be obtained regardless of the type of ion sensor substrate. It is advantageous in that it does not require skill to operate. Furthermore, since the production can always be carried out under dry conditions and commercially available gases can be used as they are, the production process is simple and economical with no loss.

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

第1図〜第3図は、それぞれこの発明の陰イオ
ンセンサーの具体例を示す構成説明図、第4図は
この発明の陰イオンセンサーを製造する一工程を
示す説明図、第5図はこの発明における陰イオン
感応膜を備えたシリコンウエハーを示す斜視図、
第6図はこの発明の陰イオンセンサーの他の具体
例を示す構成説明図、第7図はこの発明の陰イオ
ンセンサーの応答性を例示するグラフ、第8図は
この発明における陰イオン感応膜の表面層におけ
る窒素原子の厚み方向に対する含有量の分布を示
すグラフ、第9図は従来のイオンセンサーを例示
する構成説明図である。 2…内部極、3…内部液絡溶液、4…電極筒、
6…陰イオン感応膜、6a…内部層、6b…表面
層、7…金属電極、9…ゲート、10…ドレイン
部分、11…ソース部分、12…シリコン基盤、
13…ガラス膜、16…シリコンウエハ。
1 to 3 are configuration explanatory diagrams showing specific examples of the anion sensor of the present invention, FIG. 4 is an explanatory diagram showing one process of manufacturing the anion sensor of the present invention, and FIG. A perspective view showing a silicon wafer equipped with an anion-sensitive membrane in the invention,
FIG. 6 is a configuration explanatory diagram showing another specific example of the anion sensor of this invention, FIG. 7 is a graph illustrating the responsiveness of the anion sensor of this invention, and FIG. 8 is an anion-sensitive membrane in this invention. FIG. 9 is a graph showing the content distribution of nitrogen atoms in the surface layer in the thickness direction, and FIG. 9 is a configuration explanatory diagram illustrating a conventional ion sensor. 2... Internal pole, 3... Internal liquid junction solution, 4... Electrode tube,
6... Anion sensitive membrane, 6a... Internal layer, 6b... Surface layer, 7... Metal electrode, 9... Gate, 10... Drain part, 11... Source part, 12... Silicon base,
13...Glass film, 16...Silicon wafer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 イオンセンサー基材上にイオン感応膜を形成
してなり、このイオン感応膜が、疎水性でかつプ
ラズマ重合しうるビニル芳香族炭化水素化合物ま
たは不飽和脂肪族炭化水素化合物で形成されるプ
ラズマ重合高分子層からなる内部層と、その上に
プラズマ重合しうるジアリルアミン、ジエチルア
ミン、ジエチルアリルアミン、N,N,N′,
N′−テトラメチル−1,6−ヘキサンジアミン、
アニリン、ピリジン、フエネチルアミン、トリエ
チルアミン、エチレンジアミン、ジエチレントリ
アミン及びトリエチレンテトラミンから選択され
た有機アミノ化合物のプラズマ重合によるアミノ
基含有高分子層からなる表面層とで基本構成さ
れ、かつこの表面層のアミノ基含有高分子層には
アミノ基の変換によるアンモニウム塩型の親水性
基が導入されてなることを特徴とする陰イオンセ
ンサー。 2 アンモニウム塩型の親水性基の導入量が、表
面層の表面側で大きく内部層側で小さくなるよう
に厚み方向に傾斜している特許請求の範囲第1項
記載の陰イオンセンサー。 3 イオンセンサー基材を、疎水性でかつプラズ
マ重合しうるビニル芳香族炭化水素化合物または
不飽和脂肪族炭化水素化合物の蒸気下でプラズマ
重合に付してその感応面上に高分子膜を形成し、
次いでプラズマ重合しうるジアリルアミン、ジエ
チルアミン、ジエチルアリルアミン、N,N,
N′,N′−テトラメチル−1,6−ヘキサンジア
ミン、アニリン、ピリジン、フエネチルアミン、
トリエチルアミン、エチレンジアミン、ジエチレ
ントリアミン及びトリエチレンテトラミンから選
択された有機アミノ化合物の蒸気下でプラズマ重
合に付して上記高分子膜上にアミノ基含有高分子
膜を形成させた後、ハロゲン化アルキルの蒸気中
に保持して上記アミノ基含有高分子膜中のアミノ
基をアンモニウム塩型の親水性基に変換すること
を特徴とする陰イオンセンサーの製造法。 4 ハロゲン化アルキルが塩化メチル、塩化エチ
ル、ヨウ化メチル及び臭化メチルの群から選ばれ
る特許請求の範囲第3項記載の製造法。 5 疎水性でかつプラズマ重合しうるビニル芳香
族炭化水素化合物または不飽和脂肪族炭化水素化
合物及び有機アミノ化合物のプラズマ重合が、高
真空下、0.1〜100KHzのグロー放電条件下で行わ
れる特許請求の範囲第3項記載の製造法。
[Scope of Claims] 1. An ion-sensitive membrane formed on an ion sensor substrate, the ion-sensitive membrane comprising a hydrophobic and plasma-polymerizable vinyl aromatic hydrocarbon compound or an unsaturated aliphatic hydrocarbon compound. an inner layer consisting of a plasma-polymerized polymer layer formed with plasma-polymerized polymer layer, and diallylamine, diethylamine, diethylallylamine, N, N, N′, which can be plasma-polymerized thereon;
N'-tetramethyl-1,6-hexanediamine,
It basically consists of a surface layer consisting of an amino group-containing polymer layer formed by plasma polymerization of an organic amino compound selected from aniline, pyridine, phenethylamine, triethylamine, ethylenediamine, diethylenetriamine, and triethylenetetramine, and the amino group-containing surface layer An anion sensor characterized in that an ammonium salt-type hydrophilic group is introduced into the polymer layer by converting an amino group. 2. The anion sensor according to claim 1, wherein the amount of the ammonium salt type hydrophilic group introduced is inclined in the thickness direction so that it is larger on the surface side of the surface layer and smaller on the inner layer side. 3. The ion sensor substrate is subjected to plasma polymerization under the vapor of a hydrophobic and plasma-polymerizable vinyl aromatic hydrocarbon compound or an unsaturated aliphatic hydrocarbon compound to form a polymer film on its sensitive surface. ,
Next, plasma polymerizable diallylamine, diethylamine, diethylallylamine, N, N,
N',N'-tetramethyl-1,6-hexanediamine, aniline, pyridine, phenethylamine,
An amino group-containing polymer film is formed on the polymer film by plasma polymerization in the vapor of an organic amino compound selected from triethylamine, ethylenediamine, diethylenetriamine, and triethylenetetramine, and then in the vapor of an alkyl halide. A method for producing an anion sensor, characterized in that the amino groups in the amino group-containing polymer membrane are converted into ammonium salt-type hydrophilic groups by holding the amino groups in the amino group-containing polymer membrane. 4. The method of claim 3, wherein the alkyl halide is selected from the group of methyl chloride, ethyl chloride, methyl iodide, and methyl bromide. 5. A patent claim in which the plasma polymerization of hydrophobic and plasma-polymerizable vinyl aromatic hydrocarbon compounds or unsaturated aliphatic hydrocarbon compounds and organic amino compounds is carried out under high vacuum and under glow discharge conditions of 0.1 to 100 KHz. The manufacturing method described in Scope Item 3.
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