JPH02141413A

JPH02141413A - 電極用カーボン材料

Info

Publication number: JPH02141413A
Application number: JP63292352A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Ushizawa; 牛沢　典彦; Takeshi Shimomura; 猛下村; Naoto Uchida; 直人内田
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1988-11-21
Filing date: 1988-11-21
Publication date: 1990-05-30

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】［産業上の利用分野］本発明は電極用カーボン材料、特に医用センサあるいは
化学分析用センサとして用いる高分子修飾電極の電極基
体として使用される電極用カーボン材料に関するもので
ある。

［従来の技術］従来から高分子修飾電極の電極基体としては、白金、パ
ラジウム、金等の貴金属、シリコン。

イリジウムオキサイド、インジウムオキサイド等の半導
体、あるいはグラジ−カーボン、ペーストカーボン、Ｂ
ＰＧ　（ベーサル・ブレーン・ピロリティック・グラフ
ァイト）等のカーボン材料が用いられている。この中で
も、カーボン材料は表面に種々の官能基、特にキノン、
ヒドロキノン基を有するため、高分子膜との物理的吸着
や化学的結合がし易い上に、有機溶媒・酸・アルカリに
対する耐溶媒性、熱安定性２機械強度（曲げ強度１弾性
率、密度）等がよく、電極基体として優れている。高分
子修飾電極用カーボン材としては、特にグラシカ−ボン
あるいはグラファイト構造で代表されるＢＰＧが用いら
れてきた。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、グラジ−カーボンはグラファイト構造を
もたないため比抵抗が大きく、また表面が平滑なため有
機物の被着性に劣っている。

一方、ＢＰＧはカーボン断面（表面）上への有機物の被
着性には優れているが、側面がもろいため鱗片状にへき
開する傾向があり、加工し難く、特に直径１ｍｍ以下の
細線を得ることが困難である。

本発明は、前記従来例の欠点を除去し、高分子膜、有機
膜を被覆した膜被覆電極を作成する場合に、膜の被着性
が良く、且つ加工し易く強度を保持する電極用カーボン
材料を提供する。

［課題を解決するための手段及び作用］この課題を解決
する機械的強度（曲げ強度、弾性率、密度等）を有する
カーボン材料としては、構造の等方性が望まれる。しか
し、加工性の面から考える線状構造では異方性（縦方向
と横方向の構造が異なる）となり、機械的強度を得るこ
とが困難である。

そこで、本発明の電極用カーボン材料は、炭素を９９．
０重量％以上含有し、該炭素の５０重量％以上がグラフ
ァイトからなる。

前記グラファイトの平均粒径は、５μｍ以下で、密度が
１　、５０　ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましい。

又、電極に用いる場合、線径１．５ｍｍ以下の細線であ
ることが好ましい。

［実施例］本実施例では次の機械的強度、線径　　　０．１８　ｍｍ　　　　　１．５ｍｍ曲げ強
度　２８０ＭＰａ以上　　　３００Ｍｐａ以上弾性率　
　１４５−１５０ＧＰａ以上　１４５−１５０ＧＰａ以
上密度　　　１．５５−１．６０８／ｃｍ３１．５０ｇ
／ｃｍ３以上を保持することを条件として、グラファイト率５０重量％以上、好ましくは８０重量％以上炭素含有率９９．０重量％以上、好ましくは９９．９重量％以上グ
ラファイト構成の粒径（平均）５μｍ以下のカーボン材料を使用する。

グラファイト率が５０重量％より小さいと、高分子膜、
有機膜の被着性が悪くなる。炭素含有率が９９．０重量
％より小さいと、カーボン中の不純物の影響をうけて、
センサ等に用いる場合に特性が劣化する。

この材料は、電極材料として比抵抗５．０×１０−４Ω
・ｃｍ以下と優れている。

以上のカーボン材を用いることにより、線径１ｍｍ以上
のカーボン線はもとより線径１ｍｍ以下のカーボン細線
が得られ、従来困難であった線径１ｍｍ以下の高分子修
飾電極の作成が容易となった。これにより、各種センサ
の微小化が図れるようになり、少量検体の測定や体内挿
入による測定が可能となる。

〈実施例１〉本実施例で述べるカーボン細線は、表面に酸化還元物質
を被覆した後、電位あるいは電流法によりイオン濃度や
基質濃度等を計測するセンサの電極基体として用いる。

センサの基本構造は第１図に示すように、カーボンｌの
一方の端面１ａにリード線２を接続し、周囲を絶縁材３
で絶縁した後、カーボンのもう一方の端面１ｂに主に電
解酸化重合法を用いて酸化還元機能を発現する膜４を被
覆したものである。

〈実験例〉線径０．１８ｍｍ（断面積２．５４Ｘ１０−’ｃｍ２）
でカーボン特性（グラファイト構造の組成率８０重量％
以上、炭素含有率９９．９重量％以上、グラファイト平
均粒径５μｍ以下）のカーボン材（比抵抗５Ｘ１０−’
Ωｃｍ以下）を用いて、次の電解条件でポリ（コバルト
ポルフィリン）膜を被着した膜固体型酸素センサな作成
した。

電解液メソテトラ（ｏ−７ミノフエニル）コバルトポルフィン
　　　　　１ｍＭ過塩素酸ナトＩ功ム　　　　　　　　
　　　　０，１Ｍアセトニトリル　　（溶媒）電解条件０〜＋１．８ボルト（ｖｓ、　５ＳＣＥ）で３回掃引後
十１．８ボルトで１５分定電位電解この酸素センサは、カーボン基板と膜の被着付が優れ、
特に水溶性中での膜の耐久性が優れている。又、ｐｏ２
分圧がほぼ零の時の本電極表面の電流値（残余電流値）
は、３．９５Ｘ　１０−’Ａ／ｃｍ２であり小さい値で
ある。なお、残余電流値は電流密度対ｐＯ□の関係より
ｐｏ、＝Ｏの場合の電流密度から求めた。また、感度（
前述の関係の直線の勾配より求める）は、４．０６　Ｘ
　Ｉ　Ｏ−”Ａ／ｃｍ２−ｍｍＨｇであった。

このような測定結果をもつ本実施例のカーボン材料の表
面及び側面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真像を見る
と、本実施例のカーボン材料では微粒子の面が鱗片状（
ウロコ状）に並んでいる構造であることが分った。又、
Ｘ線解析実験結果の写真像からは、本実施例のカーボン
材料が結晶構造を有していることが分った。更に、１０
０％グラファイト構造の材料と本発明使用のカーボン材
料との層間格子距離の比較は、第１表のようであり、（
００２）面の層間格子距離はよく一致している。

一以下余白一表　　１＊　Ｐｏｗｄｅｒ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ　　Ｆｉｌ
ｅ　　５ｅｔｓ２５　ｔｏ　２４　（ＪＣＰＤＳ、　　
ｉｎ　ＵＳＡ）より引用〈比較例〉実施例１のグラファイト構造を含むカーボン材料の代わ
りに、ガラスのような平滑面を有するグラジ−カーボン
（断面積７．０７Ｘ１０−２　ｃ　ｍ　２断面直径３ｍ
ｍφ）を使用した場合は、高分子膜がカーボン材料表面
に被着し難く、比抵抗も１０−１〜１０−２Ω・ｃｍと
大きく、高分子修飾電極の電極基体には不向きである。

〈実施例２〉ＢＰＧ■カーボン材料（断面積２．５　Ｘ　１０−３ｃ
ｍ”；　０．５ｍｍ　Ｘ　０．５ｍｍ平方）表面に、実
施例１と同様にポリ（コバルトポルフィリン）膜を被覆
した。

結果は次の様であった。

基板（カーボン材料）グラファイト率　　９０重量％以上比抵抗　　　　　　４．０３Ｘ　１０−３Ω・ｃｍカー
ボン材料を膜被覆した０２センサの残余電流　　６．　
ＯＸ　１０””Ａ／ａｍ２感度　　　　３．　ＯＸ　１
０−’Ａ／ｃｍ２・ｍｍＨｇであり、残余電流が極めて
小さい。

［発明の効果］本発明により、医用センサあるいは化学分析用センサと
して高分子膜、有機膜を被覆した膜被覆電極を作成する
場合に、膜の被着性が良く、且つ加工し易く強度を保持
する電極用カーボン材料を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例の電極基体の構成模式図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炭素を９９．０重量％以上含有し、該炭素の５０
重量％以上がグラファイトからなることを特徴とする電
極用カーボン材料。
（２）前記グラファイトの平均粒径は、５μｍ以下で密
度が１．５０ｇ／ｃｍ＾３以上であることを特徴とする
請求項１記載の電極用カーボン材料。
（３）線径１．５ｍｍ以下の細線からなる電極に用いる
ものであることを特徴とする請求項２記載の電極用カー
ボン材料。
（４）少なくとも表面が請求項１乃至３のいずれかに記
載の電極用カーボン材料からなることを特徴とする電極
。