JPS5924245A - イオンセンサ−の製造法 - Google Patents
イオンセンサ−の製造法Info
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- JPS5924245A JPS5924245A JP13430882A JP13430882A JPS5924245A JP S5924245 A JPS5924245 A JP S5924245A JP 13430882 A JP13430882 A JP 13430882A JP 13430882 A JP13430882 A JP 13430882A JP S5924245 A JPS5924245 A JP S5924245A
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- Japan
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- ion
- glass
- electrode
- sensitive
- ion sensor
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/36—Glass electrodes
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- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、イオンセンサーの製造法に関する。
さらに詳しくは、安定した品質で薄膜のイオン感応性ガ
ラス膜を有するイオンセンサーの前便な製造法に関する
。
ラス膜を有するイオンセンサーの前便な製造法に関する
。
従来、pH電極に代表されるように、イオン選択性ガラ
ス電極のイオン感応性ガラス膜は各種原料を高温(通常
1400℃以上)溶融して一定形状に成形する方法で作
製されている。しかしこの方法では、高温溶融時に揮発
性成分の蒸発による組成変化が起こり易く意図する組成
のガラス膜を得ることが困難であり、ガラス中に気泡発
生などによる作製上の困難さがあった。さらに成形上、
ガラス膜厚には限界がありそのため得られたガラス電極
も大きな内部抵抗を有し、正確な電気化学計測上、不利
であった。
ス電極のイオン感応性ガラス膜は各種原料を高温(通常
1400℃以上)溶融して一定形状に成形する方法で作
製されている。しかしこの方法では、高温溶融時に揮発
性成分の蒸発による組成変化が起こり易く意図する組成
のガラス膜を得ることが困難であり、ガラス中に気泡発
生などによる作製上の困難さがあった。さらに成形上、
ガラス膜厚には限界がありそのため得られたガラス電極
も大きな内部抵抗を有し、正確な電気化学計測上、不利
であった。
一方、最近電界効果トランジスター型イオン選択性電極
(IS−FET)が提案されるようになってきた。しか
しかようなl5−FETに感応膜としてイオン感応性ガ
ラス膜を適用することは困難であった。すなわち、電界
効果トランジスター(FET)のゲート上にガラスを被
覆するためには、ガラスの内部抵抗を極端に小さくする
必要があり、通常、薄膜状(0,3μm以下)としなけ
ればならない。そのためにはスパッタリング等の方法を
用いる必要があるが、薄膜は得られてもその組成をコン
トロールすることはできず、せいぜい若干pH応答性の
ガラス膜(組成のコントロールがなくても通常応答性M
)が得られるにすぎなかった。
(IS−FET)が提案されるようになってきた。しか
しかようなl5−FETに感応膜としてイオン感応性ガ
ラス膜を適用することは困難であった。すなわち、電界
効果トランジスター(FET)のゲート上にガラスを被
覆するためには、ガラスの内部抵抗を極端に小さくする
必要があり、通常、薄膜状(0,3μm以下)としなけ
ればならない。そのためにはスパッタリング等の方法を
用いる必要があるが、薄膜は得られてもその組成をコン
トロールすることはできず、せいぜい若干pH応答性の
ガラス膜(組成のコントロールがなくても通常応答性M
)が得られるにすぎなかった。
ン感応性を示すガラス組成に対応して金属アルコキシド
を混合し、これを均一に加水分解させた後加熱処理する
ことにより組成がコントロールされたイオン感応性ガラ
スが得られ、この方法を用いることによりイオンセンサ
ー基材に薄膜のイオン感応性ガラス膜を簡便に形成でき
る事実を見出しこの発明に到達した。
を混合し、これを均一に加水分解させた後加熱処理する
ことにより組成がコントロールされたイオン感応性ガラ
スが得られ、この方法を用いることによりイオンセンサ
ー基材に薄膜のイオン感応性ガラス膜を簡便に形成でき
る事実を見出しこの発明に到達した。
かくしてこの発明によれば、所望のイオン感応性ガラス
組成に対応する複数の金属アルコキシドを含有する揮発
性親水性溶媒溶液を、イオンセンサー基材に塗着し、そ
こで各々の金属アルコキシドを加水分解させさらに加熱
処理してイオン感応性ガラス膜を形成させることを特徴
とするイオンセンサーの製造法が提供される。
組成に対応する複数の金属アルコキシドを含有する揮発
性親水性溶媒溶液を、イオンセンサー基材に塗着し、そ
こで各々の金属アルコキシドを加水分解させさらに加熱
処理してイオン感応性ガラス膜を形成させることを特徴
とするイオンセンサーの製造法が提供される。
この発明に用いる金属アルコキシドとしては、イオン選
択性ガラス電極の溶融製造において使用される各種無機
酸化物(Na20XSiO2、AI!2o3、B2O3
等)に対応する低級アルコキシド金属が用いられ、具体
的にはNaOCH3、Ca(OC2H5)2、s i(
QC2n s )いAl!(OC3H7)3、B(OC
2H5) 3等が挙げられる。この発明において上記金
属アルコキシドは複数組合せて用いられる。この組合せ
は所望のイオン感応性ガラス組成に対応して決定される
。例えばNa感応性ガラスを意図する際には、Si 、
Na、 Al及びBのアルコキシドを組合せればよく
1.H感応性ガラスを意図する場合には、Sl % N
a及びCaのアルコキシドを組合せればよく、他の組合
せについても同様である。
択性ガラス電極の溶融製造において使用される各種無機
酸化物(Na20XSiO2、AI!2o3、B2O3
等)に対応する低級アルコキシド金属が用いられ、具体
的にはNaOCH3、Ca(OC2H5)2、s i(
QC2n s )いAl!(OC3H7)3、B(OC
2H5) 3等が挙げられる。この発明において上記金
属アルコキシドは複数組合せて用いられる。この組合せ
は所望のイオン感応性ガラス組成に対応して決定される
。例えばNa感応性ガラスを意図する際には、Si 、
Na、 Al及びBのアルコキシドを組合せればよく
1.H感応性ガラスを意図する場合には、Sl % N
a及びCaのアルコキシドを組合せればよく、他の組合
せについても同様である。
この発明において上記、金属アルコキシドの混合物は、
まず溶液としてイオンセンサー基材に塗着され加水分解
に供され均一なゲル状膜を形成する。この際、溶媒とし
ては揮発性親水性溶媒を用いるのが好ましい。この溶媒
中には若干の水分が含まれていてもよいが、通常、水が
充分に存在すると金属アルコキシドのうち加水分解され
易いもの、例えばNaOCH3やAl (OC3H7)
3が急速にゲル化して均一なゲル状膜が得られない慣
れがあり好ましくない。なお、溶媒に溶解するに当って
最も融点の高い金属アルコキシドの融点程度迄加熱して
できるだけ均一な溶液とすることが望ましい。
まず溶液としてイオンセンサー基材に塗着され加水分解
に供され均一なゲル状膜を形成する。この際、溶媒とし
ては揮発性親水性溶媒を用いるのが好ましい。この溶媒
中には若干の水分が含まれていてもよいが、通常、水が
充分に存在すると金属アルコキシドのうち加水分解され
易いもの、例えばNaOCH3やAl (OC3H7)
3が急速にゲル化して均一なゲル状膜が得られない慣
れがあり好ましくない。なお、溶媒に溶解するに当って
最も融点の高い金属アルコキシドの融点程度迄加熱して
できるだけ均一な溶液とすることが望ましい。
上記揮発性親水性溶媒としては例えばメタノール、エタ
ノール等が挙げられる。
ノール等が挙げられる。
上記、塗着された溶液中の金属アルコキシドは溶媒を通
じて吸収される水分によってそれぞれ徐々に加水分解さ
れ、溶媒の蒸散と共に均一なゲル状膜を形成する。この
ようにして得たゲル状膜を加熱することにより、ゲル状
膜の加水分解物が脱水縮合してガラス状となり、この発
明のイオン感応性ガラス膜が得られる。この際の加熱温
度は通常800〜500℃程度で充分であり従来の溶融
法のごとき高温を用いる必要はない。この発明の方法は
上記のごとく、原料を溶液の形態で適用できるため厚み
の制御も簡単に行なえ、さらに薄膜の形成も容易である
。そして従来のような高温の溶融処理を用いないため意
図する組成のガラス膜を安定に形成させることができる
。
じて吸収される水分によってそれぞれ徐々に加水分解さ
れ、溶媒の蒸散と共に均一なゲル状膜を形成する。この
ようにして得たゲル状膜を加熱することにより、ゲル状
膜の加水分解物が脱水縮合してガラス状となり、この発
明のイオン感応性ガラス膜が得られる。この際の加熱温
度は通常800〜500℃程度で充分であり従来の溶融
法のごとき高温を用いる必要はない。この発明の方法は
上記のごとく、原料を溶液の形態で適用できるため厚み
の制御も簡単に行なえ、さらに薄膜の形成も容易である
。そして従来のような高温の溶融処理を用いないため意
図する組成のガラス膜を安定に形成させることができる
。
この発明の方法によって、イオン選択性ガラス電極、コ
ーチイツトワイヤー型イオン選択性電極、l5−FET
などのイオンセンサーが得られる。
ーチイツトワイヤー型イオン選択性電極、l5−FET
などのイオンセンサーが得られる。
イオン選択性ガラス電極を作製する際には、先端にイオ
ン感応性ガラス膜を被覆できる担体、例えばガラスを備
えた電極筒を基材として用い、この基材の表面に前述の
とと(被覆を行なうのが適当である。通常、予め作製し
た又は市販のガラス電極筒のイオン感応面に被覆し、適
宜内部極や内部液を具備させることにより、Naイオン
選択性電極等の所望のイオン選択性電極を簡便に得るこ
とができる。またコーチイツトワイヤー型のイオン選択
性電極を作製する際には第1図に示すように金、白金等
の金属リード線(1)にアマルガムや固体電解質(例え
ば、遷移金属のハロゲン化物や硫化物)等の電子電導性
又はイオン電導性の物質7m(2)を被覆しこの上にこ
の発明のイオン感応性ガラス膜(3)を被覆形成させる
ことにより簡便に得ることができる。また、l5−FE
Tを作製する場合には、予め得られたpH感応性l5−
FETを基材としその感応向(ゲート)上にこの発明の
イオン感応性ガラス薄膜を被覆形成することにより簡便
に得ることができる。もちろん第2図に示すとと<FE
Tのチャンネル領域上にSiO2よりなる絶縁層(4)
を形成し、その上にゲート部として窒化ケイ素(513
N4 ) tblを形成した素子を基材とし、この窒化
ケイ素上にこの発明のイオン感応性ガラス薄膜(3)を
被覆形成させてもよい。なお(6)はソース部分、(7
)はドレイン部分である。かようなFETの作製や絶縁
層(4)及びSi3N4層(5)形成の処理手順は例え
ば” J、 Appl、 phys、 、 49.58
(1980)、松尾正之等“に開示された公知の方法
に準じて行なえばよい。
ン感応性ガラス膜を被覆できる担体、例えばガラスを備
えた電極筒を基材として用い、この基材の表面に前述の
とと(被覆を行なうのが適当である。通常、予め作製し
た又は市販のガラス電極筒のイオン感応面に被覆し、適
宜内部極や内部液を具備させることにより、Naイオン
選択性電極等の所望のイオン選択性電極を簡便に得るこ
とができる。またコーチイツトワイヤー型のイオン選択
性電極を作製する際には第1図に示すように金、白金等
の金属リード線(1)にアマルガムや固体電解質(例え
ば、遷移金属のハロゲン化物や硫化物)等の電子電導性
又はイオン電導性の物質7m(2)を被覆しこの上にこ
の発明のイオン感応性ガラス膜(3)を被覆形成させる
ことにより簡便に得ることができる。また、l5−FE
Tを作製する場合には、予め得られたpH感応性l5−
FETを基材としその感応向(ゲート)上にこの発明の
イオン感応性ガラス薄膜を被覆形成することにより簡便
に得ることができる。もちろん第2図に示すとと<FE
Tのチャンネル領域上にSiO2よりなる絶縁層(4)
を形成し、その上にゲート部として窒化ケイ素(513
N4 ) tblを形成した素子を基材とし、この窒化
ケイ素上にこの発明のイオン感応性ガラス薄膜(3)を
被覆形成させてもよい。なお(6)はソース部分、(7
)はドレイン部分である。かようなFETの作製や絶縁
層(4)及びSi3N4層(5)形成の処理手順は例え
ば” J、 Appl、 phys、 、 49.58
(1980)、松尾正之等“に開示された公知の方法
に準じて行なえばよい。
以上述べたように、この発明の方法によれば、従来の溶
融法のごとき高温加熱を必要とせず安定な品質のイオン
センサーを作製することができる。
融法のごとき高温加熱を必要とせず安定な品質のイオン
センサーを作製することができる。
さらに原料を溶液として用いるためコーチイツトワイヤ
型のごとき微小なイオン選択性電極を簡便に得ることが
でき、さらに薄膜の感応膜が形成できるので、従来作製
が困難とされていたガラス感応膜型のl5−FETの作
製が可能となった。
型のごとき微小なイオン選択性電極を簡便に得ることが
でき、さらに薄膜の感応膜が形成できるので、従来作製
が困難とされていたガラス感応膜型のl5−FETの作
製が可能となった。
以下、この発明を実施例により説明する。
実施例1゜
Si(OC2H5)4、NaOCH3、Al(OC3H
7)3及びB(OC2II5)3 をそれぞれモル比4
9:22:19.5=9.5で含有する混合金属アルコ
キシド10gをエタノールlOmf’に加え温浴中80
℃下で約8時間撹拌混合し均一な混合金属アルコキシド
の溶液を得た。この溶液を予め用意したpHガラス電極
筒(8)のpH感応面(9)に塗布し、室温下で約10
分間放置した。これにより金属アルコキシドは空気中の
水分によって加水分解し、pI−1kJ応面の上に均一
なゲル状膜が形成される。次いでこのゲル状膜を電気炉
によって約10分間空気中で約500℃まで加熱処理を
行なった。これによりゲル状膜は脱水縮合してNa+イ
オン感応性ガラス薄膜(10)が形成される。こののち
電極筒にAg/AgC1の内部極(II)を挿設し14
0 mMのNaC1溶液を内部液(12)として注入す
ることにより第8図に示すとときNa″−イオン選択性
ガラス電極(13)が得られた。
7)3及びB(OC2II5)3 をそれぞれモル比4
9:22:19.5=9.5で含有する混合金属アルコ
キシド10gをエタノールlOmf’に加え温浴中80
℃下で約8時間撹拌混合し均一な混合金属アルコキシド
の溶液を得た。この溶液を予め用意したpHガラス電極
筒(8)のpH感応面(9)に塗布し、室温下で約10
分間放置した。これにより金属アルコキシドは空気中の
水分によって加水分解し、pI−1kJ応面の上に均一
なゲル状膜が形成される。次いでこのゲル状膜を電気炉
によって約10分間空気中で約500℃まで加熱処理を
行なった。これによりゲル状膜は脱水縮合してNa+イ
オン感応性ガラス薄膜(10)が形成される。こののち
電極筒にAg/AgC1の内部極(II)を挿設し14
0 mMのNaC1溶液を内部液(12)として注入す
ることにより第8図に示すとときNa″−イオン選択性
ガラス電極(13)が得られた。
この電極(1鴫のNa+イオンに対する応答性を、Ag
/ AgC4を内部極とし飽和KC!溶液を内部液と
する参照電極を用いて測定した結果を@4図に示す。こ
のようにNa+イオン濃度10〜10 の範囲で直線
性が得られ、その傾きは52 mV/ decであった
。
/ AgC4を内部極とし飽和KC!溶液を内部液と
する参照電極を用いて測定した結果を@4図に示す。こ
のようにNa+イオン濃度10〜10 の範囲で直線
性が得られ、その傾きは52 mV/ decであった
。
実施例2゜
Si(OC2H5)4、Na0CII3及びCa(OC
2H5)2をそれぞれモル比72:20:8で自存する
混合金属アルコキシドlogをエタノール10dに加え
実施例1と同様にして溶液を得た。この溶液を、予め用
意したNa+イオン選択性電極筒のNa+イオン感応面
に塗布し実施例1と同様にしてゲル状膜をjし成させ、
加熱処理してpH感応性ガラス薄膜を形成させた。そし
てAg/AgC1の内部極を挿設しINのKCI溶液を
注入することによりpHガラス電極が得られた。この電
極のpHに対する応答性を、Ag /AgC1を内部極
とし0. I N NaNO3を内部液とする参照電極
を用いて測定した結果を第5図に示す。なあ、第5図中
実線部はネルンストスロープを示し、この発明のpHガ
ラス電極は理論値にほぼ一致する感度を有することがわ
かる。
2H5)2をそれぞれモル比72:20:8で自存する
混合金属アルコキシドlogをエタノール10dに加え
実施例1と同様にして溶液を得た。この溶液を、予め用
意したNa+イオン選択性電極筒のNa+イオン感応面
に塗布し実施例1と同様にしてゲル状膜をjし成させ、
加熱処理してpH感応性ガラス薄膜を形成させた。そし
てAg/AgC1の内部極を挿設しINのKCI溶液を
注入することによりpHガラス電極が得られた。この電
極のpHに対する応答性を、Ag /AgC1を内部極
とし0. I N NaNO3を内部液とする参照電極
を用いて測定した結果を第5図に示す。なあ、第5図中
実線部はネルンストスロープを示し、この発明のpHガ
ラス電極は理論値にほぼ一致する感度を有することがわ
かる。
第1図〜第8図は、それぞれこの発明によって得られた
イオンセンサーを例示する模式的構成説明図、第4図及
び第5図はそれぞれこの発明によって得られたイオンセ
ンサーの特性を例示するグラフである。 +l)・・・金属リード線、 (2)・・・電子電導性又はイオン電導性の物質層、(
3)・・・イオン感応性ガラス膜、(4)・・・絶縁層
、価)・・・窒化ケイ素、 (6)・・ソース
部分、(7)−・ドレイン部分、 (8)・・・pHガラス電極筒、(9)・・・pH感応
面、叫・・・Na+イオン感応性ガラス#膜、(11)
・・・内部極、 (14・・・内部液、0
31・・・Na+イオン選択性ガラス電極。 11−
イオンセンサーを例示する模式的構成説明図、第4図及
び第5図はそれぞれこの発明によって得られたイオンセ
ンサーの特性を例示するグラフである。 +l)・・・金属リード線、 (2)・・・電子電導性又はイオン電導性の物質層、(
3)・・・イオン感応性ガラス膜、(4)・・・絶縁層
、価)・・・窒化ケイ素、 (6)・・ソース
部分、(7)−・ドレイン部分、 (8)・・・pHガラス電極筒、(9)・・・pH感応
面、叫・・・Na+イオン感応性ガラス#膜、(11)
・・・内部極、 (14・・・内部液、0
31・・・Na+イオン選択性ガラス電極。 11−
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 fl) 所望のイオン感応性ガラス組成に対応する複
数の金属アルコキシドを含有する揮発性親水性溶媒溶液
を、イオンセンサー基材に塗着し、そこで各々の金属ア
ルコキシドを加水分解させさらに加熱処理してイオン感
応性ガラス膜を形成させることを特徴とするイオンセン
サーの製造法。 (2)イオンセンサーが、イオン選択性ガラス電極であ
る特許請求の範囲第1項記載の製造法。 (3)イオンセンサーが、コーチイツトワイヤ型イオン
選択性電極である特許請求の範囲第1項記載の製造法。 (4)イオンセンサーが、電界効果トランジスター型イ
オン選択性電極である特許請求の範囲第1項記載の製造
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13430882A JPS5924245A (ja) | 1982-07-31 | 1982-07-31 | イオンセンサ−の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13430882A JPS5924245A (ja) | 1982-07-31 | 1982-07-31 | イオンセンサ−の製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5924245A true JPS5924245A (ja) | 1984-02-07 |
Family
ID=15125252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13430882A Pending JPS5924245A (ja) | 1982-07-31 | 1982-07-31 | イオンセンサ−の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5924245A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55140142A (en) * | 1979-03-20 | 1980-11-01 | Olympus Optical Co Ltd | Field-effect semiconductor sensor and its manufacture |
| JPS55146034A (en) * | 1979-05-02 | 1980-11-14 | Olympus Optical Co Ltd | Manufacture for field effect type semiconductor sensor |
-
1982
- 1982-07-31 JP JP13430882A patent/JPS5924245A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55140142A (en) * | 1979-03-20 | 1980-11-01 | Olympus Optical Co Ltd | Field-effect semiconductor sensor and its manufacture |
| JPS55146034A (en) * | 1979-05-02 | 1980-11-14 | Olympus Optical Co Ltd | Manufacture for field effect type semiconductor sensor |
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