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JPS59119254A - イオン選択透過性・酸化還元機能性膜 - Google Patents

イオン選択透過性・酸化還元機能性膜

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Publication number
JPS59119254A
JPS59119254A JP57232683A JP23268382A JPS59119254A JP S59119254 A JPS59119254 A JP S59119254A JP 57232683 A JP57232683 A JP 57232683A JP 23268382 A JP23268382 A JP 23268382A JP S59119254 A JPS59119254 A JP S59119254A
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JP
Japan
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polymer
ion
membrane
film
layer
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Granted
Application number
JP57232683A
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English (en)
Other versions
JPH037263B2 (ja
Inventor
Takeshi Shimomura
猛 下村
Noboru Koyama
昇 小山
Norihiko Ushizawa
牛沢 典彦
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.)
Terumo Corp
Original Assignee
Terumo Corp
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 Terumo Corp filed Critical Terumo Corp
Priority to JP57232683A priority Critical patent/JPS59119254A/ja
Publication of JPS59119254A publication Critical patent/JPS59119254A/ja
Publication of JPH037263B2 publication Critical patent/JPH037263B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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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
    • G01N27/40Semi-permeable membranes or partitions

Landscapes

  • 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)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (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。

Description

【発明の詳細な説明】 ■7発明の背景 〔技術分野〕 この発明は溶液中に存在する金属イオン種や金属系錯イ
オンを選択分離、濃縮、および分別することのできるイ
オン選択保護分離膜およびそれを用いたイオン電極に関
する。
〔先行技術および問題蔗〕□ 種々々化合物全導電体表面に保持することにより新しい
機能性を探索する研究は活発化している。しかしながら
、機能性を持った多くの化合物は翫それらを安定に導電
体表面に保持することは困難である。
■0発明の目的 したがって、この発明の目的は試料溶液中のイオン濃度
によって影響を受けずに比較的長期に渡って安定にイオ
ンの選択分離をおこなえるイオン選択保護分離膜および
それを用いたイオン電極を提供することにある。
この発明によれば、導゛亀性表面に接する表面を一方に
有する酸化還元機能材料層と、その他方の表面に接する
イオン選択透過性を有する高分子層とからなること’f
%徴とするイオン選択保護分離膜が提供される。
また、この発明によれば、4電体表面に支持された形態
にある、酸化還元反応機能を有する材料の層をイオン選
択透過性を有する高分子膜で被覆してなるイオン電極が
提供される。
一般に前記酸化還元反応機能を有する材料は高分子金属
錯体化合物または高分子−高分子間電荷移動型錯体であ
る。
才た、イオン選択透過性を有する高分子は、ナフィオン
、セルロース系高分子、ポリ塩化ビニルおよびその共重
合体、ポリ塩化ビニリデン、シリコーンゴム、ポリスル
ホンよりなる群の中から選ばれる。
また、導電体は、通常、白金系金属以外の導電材料の表
面に金又は白金系金属の層を真空蓄積によって形成して
なるものである。
111、発明の詳細な説明 以下、図面に沿って、この発明の詳細な説明する。
第1図は、この発明のイオン選択保護分離膜が基盤に担
持されている態様を示している。金、白金などの導電性
物質および5n02 r TiO2r RuO□。
In2O3などの半導体物質がガラスあるいはフィルム
等の絶縁性板状体1ノ上にスzJ?ツタ法により導電性
薄膜12として形成されている。さらに、薄膜12辰面
に酸化還元反応機能を有する材料からなる層13が形成
されている。この酸化還元反応機能を有する材料には、
レドックス反応活性中心を持った高分子化合物であるフ
ェロセン誘導体、ポリニトロスチレン、ポリアニリンな
ど、あるいは高分子配位子化合物に金属錯体が配位した
高分子金属錯体化合物、例えば、ポリビニルピリジン(
pvp )に配位したルテニウム錯体、あるいは高分子
電解質化合物とイオン種との間の静電的相互作用によっ
て作製された高分子錯体化合物、例えば、プロトン付加
したPvP膜中に固定されたMo(CN)λ74−錯体
、ポリキシリルビオロゲンとポリスチレンスルホン酸と
の錯体化合物などがある。
この層13ば、上記の高分子化合物あるいは高分子錯体
の溶液を薄膜12上に塗布するキャスト法によって薄膜
12上に形成できる。
層13を覆ってイオン選択透過性を有する高分子化合物
の膜14が形成されている。この高分子膜14はセルロ
ース系高分子(セルロース、アセチルセルロース、ニト
ロセルロース、エチルセルロース、トリアセチルセルロ
ース、セルロースアセテートブチレート等)、ポリ塩化
ビニルおよびその共重合体、7j?す塩化ビニリデン、
シリコーンゴム、フ・素樹脂(例えば、tテレロン)、
ナフィオン、ポリスルホン等で形成されている。この高
分子膜14は所定のイオンを選択的に透過させる機能を
有するとともに、溶液中において前記の酸化還元反応機
能を有する材料が当該溶液中に溶離することを防止し、
かつその1層13を薄膜12に安定に固定化する機能を
有する。
薄膜12、酸化還元反応層13および高分子膜14の周
辺部を覆って、例えばエポキシ樹脂からなる絶縁層15
が形成されている。リード線16は例えば、銀ペースト
17を介して薄膜12に接続している。
■0発明の具体的作用 以上述べた構成のイオン選択分離膜を被覆した導電体を
試料水溶液に浸漬しその電気化学的応答を両ぺると、導
電性薄膜表面に保持された酸化還元種は、イオン選択分
離膜を通しての対イオンの移動により酸化還元反応を行
なう。一方、該高分子膜は、酸化還元種を通過せず、溶
液への拡散を抑え、表面での保持安定性に寄与する。
以下、実施例を示す。
実施例1 ガラス板に金薄膜をス・ぐツタ法により作製し、その片
すみから、銀ペーストによ)銅線を接触させて、リード
線をとった。次に、金薄膜上で4.97ミリモル/lポ
リビニルピリジン(PVP :平均重合度Pn=19 
)メタノール溶液と25.0ミリモル/ !l K4M
o(CN)6水溶液をキャスト法により混合し常温で製
膜し、次いで、キュグロファンをその上に被覆し、電極
の周囲をエポキシ樹脂で絶縁して電極面積0.28 y
n2の(金薄膜/PVP−Mo(CN)B /キュプロ
ファン膜)組成膜電極を作製した。
3電極式セルを使用し、動作電極に本発明の膜被覆電極
、対極として白金網、基準電極として飽和塩化ナトリウ
ムカロメル電極(sscgと略称)を用い、0.2 M
 CF3 COONa支持電解質溶液(PH1,52>
中でMO(CN)Bの酸化還元反応のサイクリックボル
タモダラムを測定(掃引速度100 mV/秒)し膜の
特性を調べたところ第2図に示す酸化ピーク(+ 0.
6 V対5SCE )、還元ピーク(+0.45V対5
8CE )が観測され、各々のピークは徐々に増加し3
0分経過後一定化し1時間経てもピークが減少すること
無しに、一定の直を接続することが認められた。一方、
金電極に直接(PVP−Mo(CN)8)膜を被覆した
電極では、上記電極とほぼ同電位値(V対5SCE)K
酸化還元ピークが現われるが、電極を溶液浸漬後1分以
内で30チ位のピーク電流の減少がみられ掃引30分以
内でこのピーク電流はゼロ近く壕で減少することが観測
された(第3図)。
これらのことにより11、キュプロファン膜はイオン選
択分離膜として、(PVP−Mo(CN)B )の電極
表面への被着安定性に著しく寄与することがわかった。
また、キュプロファン膜の代わりに酢酸セルロースある
いはニトロセルロース膜を使用し、上記ト同1(711
iT (金薄膜/ PVP−Mo(CN)s /酢酸セ
ルロース膜)あるいは(金薄膜/PVP−Mo(CN)
a / ”トロセルロース膜)′t−使用し、上記と同
様の方法でサイクリックポルタモグラムを測定し、膜の
特性を調べたところ、酸化ピーク(+0.64V対5S
CE )及び還元ピーク(+0.33V対5SCE)の
ビーク電流は徐々に増加し30分経過後数時間経ても一
定の飽和瞳全持続した。
シタがって、酢酸セルロース膜及びニトロセルロース膜
は、(PVP−Mo(CN)B)膜i金薄膜表面上に安
定に保持した保護膜およびイオン選択分離膜であること
がわかった。
イオン選択保護分離膜として、(、キュプロフデン、及
び酢酸セルロースを使用し、電極表面に保持する化学f
j]J ’kかえて上記表1に掲げた組成膜電極を作製
した。電極作製法については以下に述べる。
実施例2・・・金薄膜上に4.97ミIJモル/1Pv
Pメタノール溶液と19.1ミリモル/1K4W(CN
)a水溶液をキャスト法により混合、製膜し、次いで、
・キープロファン膜を被覆し、電極を作製した。
実施例3・・・金薄膜上に1重量飴ポIJ m−キシリ
ルビオローゲン(m−PXV ) −yJe ’Jスチ
レンスルホン酸(PSS )錯体(混合モル比1:2)
のNaBr/H20/アセトン(30155/15 )
溶液をキャスト法により、製膜し、次いで、キュゾロフ
ァン膜を被覆し電極を作製した。
実施例4・・・金薄膜上に1重量係ポリビニルフェロセ
ン(PVF )のジクロロメタン溶液をキャスト法によ
り製膜し、次いで酢酸セルロース膜を被覆し電極を作製
した。
上記表1に掲げた組成膜電極を0.2 MCF3COO
Na (pH6、86)あるいは0.2 M NaCl
O2(pH5,9)の支持電解質溶液中に浸漬し、実施
例1と同様の方法でサイクリックデルタモグラムを測定
し膜の特性を調べた結果、酸化、還元波ピーク電位呟は
表1に示すようになり、いずれの組成膜電極も、ピーク
電流は徐々に増加し30分経過後、ピーク電流は減少す
ることなく、一定の飽和1直を接続することが認められ
た。一方、金薄膜に(PVP−W(CN)B )膜、(
m−PXV−(PSS)2)暎あるいf/i PVF膜
だけを被覆し7た電極では、掃引30分以内にピーク電
流はゼロ付近まで減少することが認められた。したがっ
て、キュプロファン膜及び酢酸セルロース膜を被覆した
本発明のイオン選択保護分離膜は、その導電性薄膜表面
上に(PVP−W(CN)B ) 、(m−PXV−(
PSS)2 )あるいはPVFのような酸化還元物質を
安定に保持することがわかった。
実施例5 第4図に示すように、ポリアミドフィルム2ノ辰面に白
金薄膜22をスパッタ法により被覆し、次に、白金薄膜
22上で4.97ミリモVI PVPメタノール溶液と
25.0ミリモル/lK4Mo (CN)a水酸液をキ
ャスト法により常温で混合、製膜23し次いでナフィオ
ン膜24をその上に被覆し、この膜被覆電極の両側から
穴(φ6、4 mm )のあいたシリコーンゴム25で
ノやツキングした。これを、第5図に示すような両側1
c連通する電解液室31.32f有するすり合せガラス
板33.34の間にはきんで外側をばねつき留め金で同
定し、実施例1と同様の方法でサイクリックデルタモグ
ラムを測定し、膜の特性音調べた。この場合、MO(C
N)8錯体の酸化還元波のピーク電位を表2の5−Aに
示した。ピーク電流11fは電位走査開始後30分経過
しても減少することなしに、一定の飽和匝を持続するこ
とが認められた。したがって、本作製の組成電極は、導
電体表面に担持させた( PVP−Mo (CN)a)
高分子錯体1!:電極外に溶離すること全防止し、電解
質溶液中の対イオンを取り込むことができることかわか
った。
上記と同様にして(?リアミド/白金薄膜/PVP−M
o (CN)a /ナフィオリ)組成電極を作製し、ナ
フィオンの測定試料鹸液に接触する面以外はすべてエポ
キシ樹脂で被覆した。この電極を使用し、実施例1と同
様の方法でサイクリックデルタモグラムを測定し膜の特
性を調べた結果、ピーク直流直は電位走査後30分経過
しても減少すること々しl/C、一定の飽和呟に持続す
ることが認められた。この結果1.ナフイオレを被覆し
たことにより導電体表面上に(’PVP−Mo(CN)
6 )膜が安定に保持されることがわかった。また、イ
オン選択分離機能を有することもわかった。
以上の結果を表2に示す。
実施例6 ポリアミドフィルム表面に白金薄膜をスパッタ法によシ
被覆し、次に、白金薄膜上で4.97ミリモル/1PV
Pメタトル溶液と25,0ミリモル/ l! K4Mo
(CN)a水溶液をキャスト法により常温で混合、製膜
し、次いでニトロセルロースをその上に被徨し、両側か
ら穴のあいたシリコーンゴムでバッキングし、第5図に
示すすりガラス板にはさみ実施例1と同様の方法でサイ
クリックポルタムグラムを測定し膜の特性を調べた結果
、表3(6−A)のようになり、ピーク電流値は30分
経過後も減少することなしに、一定の飽和値を持続する
ことが認められた。したがって、本作製の組成膜電極は
導電体表面に担持させた( PVP−Mo(CN)a 
)高分子錯体を電極外 −に溶離することを防止し、電
解液中の対イオンを覗極内に取シ込むことができる特性
を持つことがわかった。
上記と同様にして(ポリアミド/白金薄膜/PVP−M
o(CN)8/ 二) oセ/l/ CI −ス)組成
電極を作製し、ナフィオンの測定試料溶液に接触する面
取外はすべてエポキシ樹脂で被覆した。この電極を使用
して実施例1と同様の方法でサイクリックがルタモグラ
ムを測定した結果、1:li2化還光還元電位3の6−
Hのようになり、ピーク電流値は30分経過後も減少す
ることなしに、一定の飽和値を持続することが認められ
た。この結果ニトロセルロースを被層した本発明の膜は
、導電体表面上に(PVP−Mo(CN)6 )膜を安
定に保持する保護膜および対イオンに対するイオン透過
膜であることがわかった。
実施例7 ナフィオン(デュポン社製)膜表面に白金薄膜をス・ぐ
ツタ法あるいは無電解めっき法により作製し、次に、白
金薄膜上に4.97ミlJモル/l PVPメタノール
溶液と25.0ミリモル/lK4Mo(CN)B水溶液
をキャスト法により常温で混合、製膜し、次いで、曳ナ
フィオンをその上に被覆し、電極の周囲を工?キン樹脂
で絶縁し、第4図に示すと同様の構造の(ナフィオン/
白金薄膜/ PVP−Mo(CN)6 /ナフィオン)
組成電極を作製した。この電極f 0.2 M CF3
CO0Na (pH1,5)の支持電解質溶液中に浸漬
し、実施例1と同様の方法で、サイクリックポルタモグ
ラムを測定し膜の特性を調べた結果、ピータ電流は徐々
に増加し、30分経過後、ビーク電流は減少することな
く、一定の呟を持続することが認められた。
したがって本作製の組成膜電極は導電体表面上に(PV
P−Mo(CN)a )膜を安定に保持する効果を有す
ることがわかった。
■8発明の具体的効果 以上述べたこの発明のイオン選択保護分離膜は、酸化還
元反応機能を有する材料層をイオン選択透過性高分子膜
で覆うことによって上記酸化還元反応機能を有する材料
層を導電性表面に安定に保持することができ、その機能
を充分に発現させることができる。また、この発明のイ
オン電極は上記のようなイオン選択保護膜を有するので
、特定イオンに対して選択的に上記材料層を感応1せる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明のイオン選択保護分離膜を基盤に支持
された形態で示す図であって、(A)は平[i 図、(
B) fl (A) +7)線B−BIC?iiっだ断
面図、第2図および第3図はそれぞれこの発明のイオン
選択保護分離膜および比較例に関するサイクリラス板と
電解液室からなる装置の断面図。 12.22・・・導電体、13.23・・・酸化還元反
応機能膜、14.24・・・保護膜。 第1図 第 2 図 〔王カ0艷刀己(V吋5SCE) 第3図 卯力0tJE (Vt:fsscE)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  導電性表面に接する表面を一方に有する酸化
    還元反応機能材料層と、その他方の面に接するイオン選
    択透過性を有する高分子層とからなることを特徴とする
    イオン選択保護分離膜。
  2. (2)酸化還元反応機能材料が高分子金属錯体化合物ま
    たは高分子−高分子間電荷移動型錯体である特許請求の
    範囲第1項記載のイオン選択保護分離膜。
  3. (3)  イオン選択透過性を有する高分子がナフィオ
    ン−、ノセルロース系高分子、ポリ塩化ビニルおよびそ
    の共重合体、ポリ塩化ビニリデン、シリコーンゴム、ポ
    リスルホンよシなる群の中から選ばれる特許請求の範囲
    第1項または第2項記載のイオン選択保護分離膜。
  4. (4)溝車体表面に支持された形態にある、酸化還元反
    応機能を有する材料の層をイオン選択透過性を有する高
    分子層で被覆してなるイオン電極。
  5. (5)酸化還元反応機能を有する材料が高分子金属錯体
    化合物または高分子−高分子間電荷移動型錯体である特
    許請求の範囲第4項記載のイルロース系高分子、ポリ塩
    化ビニルおよびその共重合体、ポリ塩化ビニリデン、シ
    リコーンゴム、ポリスルホンより々る群の中から選ばれ
    る特許請求の範囲第4項または第5項記載のイオン電極
    。 (力 導電体は、白金系金属以外の導電材料の表面に金
    又は白金系金属の層を真空蓄積によって形成してなる特
    許請求の範囲第4項ないし第6項のいずれかに記載のイ
    オン電極。
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