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JP2001208721A - 酸素電極 - Google Patents

酸素電極

Info

Publication number
JP2001208721A
JP2001208721A JP2000019872A JP2000019872A JP2001208721A JP 2001208721 A JP2001208721 A JP 2001208721A JP 2000019872 A JP2000019872 A JP 2000019872A JP 2000019872 A JP2000019872 A JP 2000019872A JP 2001208721 A JP2001208721 A JP 2001208721A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
oxygen
concentration
hydrogen peroxide
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000019872A
Other languages
English (en)
Inventor
Fumio Mizutani
文雄 水谷
Soichi Yabuki
聡一 矢吹
Seiichiro Iijima
誠一郎 飯島
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.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority to JP2000019872A priority Critical patent/JP2001208721A/ja
Publication of JP2001208721A publication Critical patent/JP2001208721A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸素を、夾雑物の影響を受けることなく簡便
かつ正確、しかも迅速に測定することができる酸素電極
を提供する。 【解決手段】 基板電極上に、ポリジアルキルシロキサ
ン膜を設けてなる酸素電極。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する利用分野】本発明は酸素濃度を正確、し
かも迅速に測定するための酸素電極に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】水溶液中の酸素濃度、すなわち溶存酸素
濃度を測定するための酸素電極としては、酸素透過性、
疎水性の隔膜を利用するクラーク式酸素電極が知られて
いる。クラーク式酸素電極では、陰極及び陽極を固定し
た支持体中に電解質水溶液(内部電解質)が満たされ、
陰極表面を酸素透過性、疎水性の隔膜で覆うことによっ
て、外部の水溶液から酸素は陰極表面に到達する一方、
内部電解質と外部の水溶液との混合を防止している。陰
極表面に到達した酸素は、ここで還元され、還元電流を
与える。還元電流値と外部の溶液中の酸素濃度とは相関
関係があるので、予め作成した校正曲線に基づき外部の
水溶液中の酸素濃度が決定される。
【0003】クラーク式酸素電極は、陰極及び陽極を固
定した支持体をベースとしてこれに酸素透過性、疎水性
のテフロン(登録商標)膜等を貼るという構造であるの
で、寸法的にはどうしても大きいものになる。通常、断
面の直径数mm以上の、円柱状のものが市販されてい
る。また隔膜を陰極上に(周囲に)貼るという煩雑な操
作が必要である。
【0004】溶存酸素を測定するための電極の微小化、
構造の簡便化のためには、膜を使用しないで、金属ある
いは炭素の電極を直接、測定対象とする水溶液中に挿入
する方法が考えられる。しかし、この場合試料中に還元
性の化合物が存在すると、これらが電極上で還元し、酸
素濃度から予期される値に比べ過大な還元電流応答を与
える。また、試料中に吸着性の物質が存在すると、これ
らが電極表面に吸着して電極の有効表面積を低下させ、
応答電流を小さくしてしまう。すなわち、隔膜を用いな
い金属あるいは炭素電極では、体液等の種々の成分を含
む水溶液中の酸素濃度を測定することは困難である。
【0005】これらの問題を解決するためには酸素透過
性を有し、過酸化水素や他の還元性化合物、及び吸着性
の化合物の透過を抑制する機能を持ち、しかも電極上に
簡単に製膜できる材料の探索、利用が必要となる。しか
しながら、このような機能膜材料は見いだされていなか
った。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、このよう
な事情のもとで、酸素透過性を有する一方、過酸化水素
等の透過を抑制でき、かつ製膜操作が容易な材料を利用
することにより簡便にマイクロサイズの酸素電極を提供
することを目的としてなされたものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の従来
の酸素電極の欠点を克服するため種々検討を重ねた結
果、ポリジメチルシロキサン系のポリシロキサンを、水
を分散媒として電極表面上に塗布後、乾燥して形成した
電極が上記目的を満足しうることを見い出し、この知見
に基づき本発明をなすに至った。すなわち本発明は、
(1)基板電極上にポリジアルキルシロキサン膜を設け
て成ることを特徴とする酸素電極、及び(2)基板電極
上にポリジアルキルシロキサン分散液を塗布し、乾燥さ
せることを特徴とする(1)項記載の酸素電極の製造方
法を提供するものである。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明において利用される基板電
極の材質としては特に制限はないが、耐腐食性等から、
白金、金等の貴金属あるいは炭素系の材料が好都合に利
用される。本発明において利用されるポリジアルキルシ
ロキサン分散液の塗布方法としては特に制限は無く、デ
ィップコート法、スピンコート法、キャスト法等により
適量の分散液で基板電極を覆った後、分散媒を蒸発、乾
燥させればよい。本発明に用いるポリジアルキルシロキ
サンの置換アルキル基としては、炭素数1〜5のものが
挙げられ、具体的にはポリジメチルシロキサン、ポリジ
エチルシロキサン、ポリジプロピルシロキサン、ポリジ
ブチルシロキサン、ポリジペンチルシロキサンなどが挙
げられ、好ましくはアルキル基が炭素数1〜2の低級ア
ルキル基のものである。ポリジアルキルシロキサンは、
適当な溶媒中に分散して電極表面上に塗布されるが、分
散媒として、水、アルコール、アセトンなどが用いられ
るが、水、アルコールが特に好ましい。
【0009】本発明において、この分散液中のポリジア
ルキルシロキサンの濃度は、採用する被膜形成法に応じ
て適宜定められ特に制限はないが、通常、濃度2重量%
以上とする。本発明において基板電極上に形成されるポ
リジアルキルシロキサン膜は、過酸化水素及び吸着性化
合物の透過を抑制する作用を有すれば、薄ければ薄い程
良いが、通常厚さ0.1〜100μmの範囲であり、好
ましくは1〜10μmである。これが薄すぎると、その
効果が十分でなく、厚すぎると酸素透過性が妨げられる
ことがある。
【0010】次に本発明の実施形態の一例を詳細に説明
すると、まず、基板電極を研磨等の前処理を行った後、
ポリジメチルシロキサン分散液中に浸せきし、乾燥する
ことで酸素電極が得られる。適当な電解質を含む試料溶
液中に対極、参照電極等とともに挿入し、参照電極に対
して適当な電位、例えば参照電極が銀−塩化銀電極であ
る場合−0.1〜−0.3Vの電位、を印加して電流を
記録すれば得られる還元電流値と酸素濃度との間には相
関関係が認められ、電流値から酸素濃度を決定できる。
【0011】この酸素電極の作製方法においては、直径
がミリ以下の微小な電極を基板電極としても作製に何ら
困難を伴うことはない。ポリジアルキルルシロキサン膜
の厚さのコントロールも任意に行うことができる。特に
10μm以下の薄い膜を形成することにより酸素濃度の
変化に対して迅速に応答し得る酸素電極が得られる。
【0012】
【実施例】次に本発明を実施例に基づきさらに詳細に説
明する。 実施例1(ポリジメチルシロキサン膜被覆電極の作製と
酸素応答、過酸化水素応答試験) 図1に示すように、端面1のみを露出して、側面をガラ
ス2で絶縁した白金(直径1.6mm)の端面3を直径
0.05μmアルミナ粉末で研磨、水洗したものを基板
電極とした。この電極の端面(実際は絶縁材料と白金の
端面)1を5%(w/v)のポリジメチルシロキサン分
散液中に浸せきした後、直ちに引き上げ、白金端面を上
向きにした状態で室温下、空気中、4時間放置、乾燥さ
せてポリジメチルシロキサン被覆電極を得た。電極上の
ポリジメチルシロキサンの膜厚は約10μmであった。
【0013】このポリジメチルシロキサン膜被覆電極を
作用極、白金ワイヤを対極、銀−塩化銀電極を参照極と
し、pH7、濃度0.1モル/リットルのリン酸緩衝液
(温度25℃)中に挿入し、定電圧電源(商品名、北斗
電工HA−150)及び関数波発生器(商品名、北斗電
工HB−104)を接続して、アルゴンガスを通気して
液中の酸素を除いた後、作用電極に参照電極に対し+
0.4Vから−0.4Vまでの範囲で−0.01V/秒
の速度で電位を走査させて電流−電位曲線(リニアスイ
ープボルタモグラム)を記録し、ついで緩衝液中に空気
を通気して同様のリニアスイープボルタモグラムの記録
を行い、さらにアルゴン通気、脱酸素後、0.1ミリモ
ル/リットルの過酸化水素を加えた緩衝液中で同様のリ
ニアスイープボルタモグラムの記録を行ったときの電位
と電流との関係を表すグラフを図2a)に示す。同図に
おいて点線、実線、及び破線は本発明の実施例1におけ
るポリジメチルシロキサン膜被覆電極について、それぞ
れ試験した(イ)アルゴン通気、過酸化水素濃度ゼロの
条件、(ロ)空気通気、過酸化水素濃度ゼロの条件、及
び(ハ)アルゴン通気、過酸化水素濃度0.1ミリモル
/リットルの条件、で得られた電流と電位との関係を表
すグラフである。図2a)から明らかなようにアルゴン
通気、過酸化水素濃度ゼロの条件(イ)で得られる電流
に比べて、空気通気、過酸化水素ゼロの条件(ロ)で得
られる電流、すなわち酸素の還元に対応する電流は電位
+0.1V(対銀−塩化銀電極)から立ち上がり、−
0.1V(対銀−塩化銀電極)より卑な電位域ではほぼ
一定の値(−0.15mA/cm)を与えている。一
方、アルゴン通気の条件で過酸化水素を添加した場合
(ハ)に与えられる電流は、過酸化水素濃度ゼロの条件
での電流とあまり変わらなかった。
【0014】参考例1(白金電極での酸素応答、過酸化
水素応答試験) 図1に示した端面のみを露出して、側面をガラスで絶縁
した白金(直径1.6mm)の端面を直径0.05μm
アルミナ粉末で研磨、水洗した白金電極を作用極とし、
実施例1と同様にして、(イ)アルゴン通気、過酸化水
素濃度ゼロの条件(ロ)、空気通気、過酸化水素濃度ゼ
ロの条件、及び(ハ)アルゴン通気、過酸化水素濃度
0.1ミリモル/リットルの条件の三条件でリニアスイ
ープボルタモグラムの記録を行ったときの電位と電流と
の関係を表すグラフを図2a)と同様に、それぞれ、点
線、実線及び破線で図2b)に示す。図2b)から明ら
かなようにアルゴン通気、過酸化水素濃度ゼロの条件
(イ)で得られる電流に比べて、空気通気、過酸化水素
ゼロの条件(ロ)で得られる電流、すなわち酸素の還元
に対応する電流は実施例1の結果とほぼ同様であった。
すなわち、電位+0.1V(対銀−塩化銀電極)から立
ち上がり、−0.1V(対銀−塩化銀電極)より卑な電
位域ではほぼ一定の値(−0.15mA/cm)を与
えている。一方、アルゴン通気の条件で過酸化水素を添
加した場合(ハ)に与えられる電流は、実施例1の場合
と大きく異なり、過酸化水素濃度ゼロの条件での電流に
比べて、電位+0.2V(対銀−塩化銀電極)から立ち
上がり、−0.1V(対銀−塩化銀電極)より卑な電位
域ではほぼ一定の値(−0.06mA/cm)を与え
た。実施例1の結果と参考例1の結果を比較すると、作
用極表面をポリジメチルシロキサン膜で被覆しても酸素
に対する電流応答はほとんど変化しないのに対し、過酸
化水素に対する電流応答は被覆によりほぼ完全に抑制さ
れることが分かった。
【0015】試験例1(ポリジメチルシロキサン膜被覆
電極での酸素濃度の測定試験) 実施例1で作製したポリジメチルシロキサン膜被覆電極
を作用極、白金ワイヤを対極、銀−塩化銀電極を参照極
とし、pH7、濃度0.1モル/リットルのリン酸緩衝
液(温度25℃)中に挿入し、定電圧電源(北斗電工H
A−150)に接続して−0.3V(対銀−塩化銀電
極)の電位に設定した。緩衝液は磁気かくはん子でかく
はんした。緩衝液中にアルゴン及び酸素をそれぞれの量
比を変えて通気し、市販のクラーク型酸素電極を用いた
溶存酸素計(商品名、バイオット)により酸素濃度を求
めた。ポリジメチルシロキサン膜被覆電極で得られた電
流値と溶存酸素計を用いて求めた酸素濃度との関係を表
すグラフを図3に示す。図3から明らかなとおり、両者
は直線関係にあり、本ポリジメチルシロキサン膜被覆電
極が、溶存酸素濃度を求めるための酸素電極として利用
できることを示している。なお、空気飽和下の緩衝液中
に体液成分として知られている尿酸及び血清アルブミン
を、それぞれ濃度0.1ミリモル/リットル、0.1ミ
リグラム/ミリリットル添加した場合、ポリジメチルシ
ロキサン膜被覆電極の電流に何ら変化は認められなかっ
た。
【0016】
【発明の効果】本発明の酸素電極は微小化が容易で迅速
に酸素濃度を測定できる。本発明の酸素電極の製造方法
によれば、このような優れた性能の酸素電極を簡便な工
程で製造でき、膜の厚さの制御も容易に行うこともでき
る。本発明の酸素電極は、医療計測、発酵工程管理、食
品管理、環境計測等の分野において利用される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例で用いられる基板電極の1例を
一部を省略して示す斜視図である。
【図2】実施例1及び参考例1におけるポリジメチルシ
ロキサン膜被覆電極又は白金電極の酸素応答、過酸化水
素応答を示すグラフである。 a)中、点線、実線、及び破線は本発明の実施例1にお
けるポリジメチルシロキサン膜被覆電極について、それ
ぞれ試験した(イ)アルゴン通気、過酸化水素濃度ゼロ
の条件、(ロ)空気通気、過酸化水素濃度ゼロの条件、
及び(ハ)アルゴン通気、過酸化水素濃度0.1ミリモ
ル/リットルの条件、で得られた電流と電位との関係を
表すグラフである。 b)中、点線、実線、及び破線は参考例1における未修
飾の白金電極でそれぞれ得られた(イ)アルゴン通気、
過酸化水素濃度ゼロの条件、(ロ)空気通気、過酸化水
素濃度ゼロの条件、及び(ハ)アルゴン通気、過酸化水
素濃度0.1ミリモル/リットルの条件、で得られた電
流と電位との関係を表すグラフである。
【図3】試験例1における酸素電極の酸素応答性を示す
グラフである。本発明の試験例1におけるポリジメチル
シロキサン膜被覆電極で得られた電流値と酸素濃度との
関係を表すグラフである。
【符号の説明】
1 端面 2 ガラス 3 白金線端面

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板電極上にポリジアルキルシロキサン
    膜を設けて成ることを特徴とする酸素電極。
  2. 【請求項2】 基板電極上にポリジアルキルシロキサン
    分散液を塗布し、乾燥させることを特徴とする請求項1
    記載の酸素電極の製造方法。
JP2000019872A 2000-01-28 2000-01-28 酸素電極 Pending JP2001208721A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006013617A1 (ja) * 2004-08-02 2006-02-09 Daikin Industries, Ltd. 酸素電極
KR100822585B1 (ko) * 2006-12-22 2008-04-16 다이킨 고교 가부시키가이샤 산소 전극
JP2010501259A (ja) * 2006-08-24 2010-01-21 ザ ユニバーシティー オブ ノースカロライナ アット チャペル ヒル フルオロシランベースのキセロゲル膜を介するマイクロセンサ
JP4797024B2 (ja) * 2004-12-08 2011-10-19 ▲聖▼美迪▲諾▼医▲療▼科技(湖州)有限公司 導管なし埋め込み式針状生物センサー

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN100395544C (zh) * 2004-08-02 2008-06-18 大金工业株式会社 氧电极
JP4797024B2 (ja) * 2004-12-08 2011-10-19 ▲聖▼美迪▲諾▼医▲療▼科技(湖州)有限公司 導管なし埋め込み式針状生物センサー
JP2010501259A (ja) * 2006-08-24 2010-01-21 ザ ユニバーシティー オブ ノースカロライナ アット チャペル ヒル フルオロシランベースのキセロゲル膜を介するマイクロセンサ
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