JPS5841342A - イオン選択性電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は試料液に存在する特定イオンの濃度を測定する
際に用いるイオン選択性電極に関するものである。

かかるイオン選択性電極は、従来種々公知であり、例え
ば＠７図に示す構成のものが提案されている。このイオ
ン選択性電極ｌは、ガラス、プラスチック等の電気絶縁
体から成る細径の外ｆ１１コの一端に熱融着あるいは接
着により電気良導体Ｊを設け、この電気良導体３および
外筒コの先端にイオン感応展参を形成している・イオン
感応膜−はポリ塩化ビニル（ＰＶＯ）等の基質に、イオ
ン感応物質を含有させて構成している。例えば虻電極用
のイオン感応物質としてはパリノマイシンが用いられて
いる。このようなイオン感応膜参を形成するには、ｐｖ
ｃを基質としイオン感応物質をアジピン酸ジオクチル（
ＤＯＡ）の可塑剤と共にテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）
の溶媒に溶かしたイオン交換体の溶液中に、電気良導体
３および外筒コの先端を数回浸潤させて、あ２る一定の
雰囲気の中で乾燥させている、また、同軸ケーブルより
成る信号ｌＩｊの芯［４を外筒コを通して電気良導体３
に半田あるいは導電性ペースト７を介して接続する。さ
らに信号＠Ｓは高絶縁性部材で形成したキャップｌによ
り外筒ｌの上端部に緊密に嵌合して固定されている。こ
のような構成のイオン選択性電極ｌは第２図に示すよう
に、例えば血液等の試料９の中に参照電極ＩＯと共に浸
漬し、両電極に生じる電位差を比較することにより特定
イオン、例えばカリウムイオンの濃度を測定することが
できる。特定イオンは、イオン感応展参にて選択的に感
応され、このイオン感応膜参と試料ｔとの界面に特定イ
オン濃度に応じた相界電位を発生させる。この相界電位
は電気良導体３を通じて信号練りを介し、参照電極１０
の信号線／／に発生する電位と共に電位差検出装置１２
の高入力インピーダンス増幅器１３に印加され高入力イ
ンピーダンス増幅器／Ｊの出力を表示装置ｌ＃に印加す
ることにより、両電極間に生ずる電位差をイオン濃度値
へ換算して表示するようになっている。

しかし、このような構成の従来のイオン選択性電極では
、イオン感応膜参と電気良導体３との接着強度が弱く従
って長時間の使用に耐えがたいという問題があった。そ
こでイオン感応展参と電気良導体Ｊとの接着力を高める
ため、両者の間にシランカップリング剤を用いることが
考えられる。

シランカップリング剤はＲ’５ｉ（ＯＲ）３で示される
ようにその分子中に無機質の材料Ｃガラス、金属等）と
化学結合して強力な結合の手を結ぶ反応基（メトキシ基
、シラノール基等）および有機質材料（各種合成樹脂）
と化学結合する反応基Ｃビニール基。

エポキシ基、メタアクリル基、アミノ基等）の２個以上
の異なった反応基を持つものである。従ってシランカッ
プリング剤は有機質材料と無機質材料との仲介役として
働くことになり、有機質であるイオン感応膜ダと無機質
である電気良導体３との接着力を高めることとなる。

一方、電気良導体Ｊの材質としては、一般的に銅、真鍮
、アルｌ−ラム等の金属が使用され、特に信号線ｊの芯
線≦と半田付けするために銅を用いることが多い。しか
しながらこれらの材質は化学的に活性なため酸化等の化
学反応を起しやすし５これら材質に化学的に安定な貴金
属（例えば金、銀、白金等）を使用することもできるが
これら材質は非常に高価である。従って電気良導体Ｊは
第３図に示すように鋼等の安価な金属／ｊの表面に貴金
属のコーティング層１４を被着して化学的に不活性とな
るように構成することも提案されている。

しかし、このように貴金属のコーティング層／≦の上に
シランカップリング剤ｎを塗付すると、フーティング層
１４は化学的に不活性なためシランカップリング剤１７
との反応が弱くなり、電気良導体とイオン感応層との接
着強度をあまり向上できないためイオン選択性電極とし
ての長期間の使用に耐えないという欠点がある。

本発明の目的は上述した欠点を除去し、電気良導体とイ
オン感応層との接合強度が高く、シたがって耐久性に優
れ、しかも製造が容易なイオン選択性電極を提供するこ
とにある。

本発明は特定イオンに選択的に感応するイオン感応層を
電気良導体の上に被着したイオン選択性電極において、
前記イオン感応層をシランカップリング剤を塗布したシ
リコンウェハ基板上に形成したことを特徴とするもので
ある。

以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第ｑ図は本発明によるイオン選択性電極の一例の構成を
示す断面図である。プラスチック等の電気絶縁体からな
る細径の外筒Ｘの一端面に、シリコンウェハ基板Ｉを熱
融着または接着等により固定する。このシリコンウェハ
基板Ｉの一表面にはシランカップリング剤ｎを予じめ塗
布しておく。

このシリコンウェハ基板Ｉをシランカップリング剤ｎが
外筒Ｘの外側に露出するように外筒〃に固定する。外筒
がガラス製である場合この固定は一般的には熱融着によ
って行なうので、外筒〃とシリコンウェハ基板Ｕとの熱
膨張率の相違によってシリコンウェハ基板に割れが生じ
ないように、シリコンウェハ基板とほぼ同程度の熱膨張
係数を有するガラスを素材として選定するようにする。

また、外ｆｌＩｄがプラスチック製である場合、両者の
固定は接着により行なう。接着側には高絶縁性かつ耐水
性に優れたものが好適であり、例えば信越シリコン社製
のシリコンＲ’ｆｆがある。ざらに外筒〃にポリ塩化ビ
ニル（ＰＶＯ）を使用すれば、後述するように外筒Ｘの
先端にイオン感応ＰｖＯ膜を形成する際に、イオン交換
体に含まれているテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）によっ
て外筒〃のＰｖＯが若干溶融されるためイオン感応Ｐｖ
Ｏ展と外筒とを一体化することができ、非常に耐久性の
優れた接着面を得ることができる。

このような外筒Ｘおよびシリコンウェハ基板のシランカ
ップリング剤ｎの表面に、Ｔｌｆｆ、　ＰＶＯ。

ＤＯＡさらに所定のイオン感応物質を含むイオン交換体
を塗布するかまたは前記表面部分をイオン交換体中に浸
漬して乾燥させる。溶剤であるＴＨＦは蒸発するのでシ
リコンウェハの表面にはイオン感応ＰＶＯ膜Ｂが形成さ
れる。このイオン感応ＰｖＯ膜Ｊはシランカップリング
剤ｎを介してシリコンウェハ基板Ｉと強力に化学結合さ
れているためイオン選択性電極のイオン感応層の耐久性
を向上させることができる。同軸ケーブルより成る信号
ＩｉＩムの芯線Ｉを外筒〃を通してシリコンウェハ基板
Ｉに接続する。この接続は半田付けあるいは導電性樹脂
の接着剤（例えば銀ペースト）等により行なう。半田付
けする場合にはシリコンウェハ基板Ｉと芯ｌ１Ｉ２７と
な直接接続することができないので、第５図に示すよう
にシリコンウェハ基板Ｉのイオン感応ＰｖＣ膜Ｂとは反
対の側にムｌを蒸着し、さらに０ｒＯｕを蒸着して電極
膜１を形成すれば、芯線ｌを電極膜ｄに半田付けするこ
とができる。信号ｌｌ１ｌｕは、その芯１Ｉｉｉｌをシ
リコンウェハ基板Ｉに接続すると共に高絶縁性部材で形
成されたキャップＪで固定し、このキャップｊを外筒〃
のイオン感応膜とは反対側の端に緊密に嵌合して固定す
る１このような構成のイオン選択性電極によれば、第一
図と同様に参照電極と共に試料液中にイオン選択性電極
を浸漬し、イオン感応ｐｖａ＊Ｂにより選択的に感応さ
れた特定イオンの濃度によりイオン感応ＰＶＯ膜Ｂと試
料との界面に発生した相界電位を、シリコンウェハ基板
Ｖおよび信号ＩＩｕを通して参照電極の電位と共に電位
差検出装置に大刀することにより所定のイオンの濃度値
を知ることができる。

本発明において電気良導体として使用するシリコンウェ
ハは半導体産業で一般的に使用されているものであり、
安価であり熱に強く、化学的に安定で１かつ、エツチン
グ等によりその表面は極めて凹凸の少ない鏡面仕上げが
可能であり、イオン電極に用いるのにきわめて優れた特
徴を′有している。シリコンウェハ基板はイオン感応膜
Ｂの基板となると共に、イオン感応膜Ｂに生じた相界電
位を信号線にの芯ｌＩ２７に伝える役目をしている、従
ってこの場合、シリコンウェハ２／岐はｐ型あるいはＮ
型基板のいずれでもよく、また、単結晶性または多結晶
性のいずれのものでもよい。

以上の説明から明らかなように、本発明によるイオン選
択性電極によれば、イオン感応物質を含有するイオン感
応膜をシランカップリング剤を介してシリコンウェハ基
板上に固定するようにしたため、イオン感応膜を強固に
保持することができ、耐久性の優れたイオン選択性電極
を得ることができる。また、試料液とイオン感応層との
間に生じた相界電位を直接信号線に伝わるよう構成した
ため構造が簡単であり、小型化しやすい利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のイオン選択性電極の一例の構成を示す断
面図、第２図は第１図のイオン選択性電極のイオン濃度
を表示する装置を示す線図、第３図は従来のイオン選択
性電極の電気良導体の一例の構成を示す断面図、１ｌｌ
ｙ図は本発明によるイオン選択性電極の一例の構成を示
す断面図、第５図はイオン選択性電極のシリコンウェハ
基板を拡大して示す断面図である。 〃・・・外筒、Ｉ・・・シリコンウェハ基板、ｎ・・・
シランカップリング剤、Ｊ・・・イオン感応層、ム・・
・信号線、ｌ・・・芯線、ｄ・・・電極膜。 特許出願人　　オリンパス光学工業株式会社第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｌ　特定イオンに選択的に感応するイオン感応膜を電気
   良導体の上に被着したイオン選択性電極において、前記
   イオン感応膜をシランカップリング剤を塗布したシリコ
   ンウェハ基板上に形成したことを特徴とするイオン選択
   性電極。