一种具有自诊断功能的微型固态参比电极制造技术

本发明专利技术涉及一种用于电位测量电极系统的参比电极，其特征在于：增大了与样品溶液接触的接界，并采用了含有离子选择性物质的离子敏感性薄膜作为内部参比溶液的保护膜，该保护膜包括：基底；金属层；难溶性金属盐层；用于将金属层与水溶液隔离开的隔离膜；用作内部参比溶液的水凝胶；水凝胶上与样品溶液接触的接界；除接界以外在水凝胶整个表面上形成的离子敏感性保护膜，用于将样品溶液和内部参比溶液分隔开，或其可用作对接界污染物敏感的离子敏感性薄膜，由此就能容易地检查到由接界污染物引起的操作异常性，并能达到快速活化。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于电位测量电极系统的固态参比电极，具体涉及一种微型固态参比电极，其特征在于采用了离子敏感性薄膜，该离子敏感性薄膜包括一种离子选择性物质作为内部参比溶液的保护膜，并增大了与样品溶液接触的接界面积，由此可由它自己来检查操作异常性，并可做到快速活化。利用电位测量法的电极系统具有许多用途，它可用于进行广谱的分子分析，所述分子涵盖血液和尿中的生化化合物(例如尿素、肌酸酐、葡萄糖)、离子(例如K+、Na+、NH4+、Ca2+、Mg2+、HPO42-、Cl-、CO32-等)和气体如工业物质中的pH、pCO2、pO2、pNOx、pSOx等等，用于临床分析、水质检查和技术分析领域中。通常，这种进行电位测量的电极系统由两个电极构成工作电极，它与目的离子反应产生电势差；参比电极，它保持预定的电势。在该系统中，工作电极上测得的电势值不是绝对值，它们表示的是与参比电极所维持的预定电势之间的相对值，换句话说，它是工作电极与参比电极之间的电势差。因此，维持预定电势的稳定参比电极的开发对于进行电位测量的电极系统的进步有着非常重要的意义。象其它分析方法一样，用于临床、液体和工业物质分析的电位测量法要求样品在被采集后不会发生变化。然而，样品在运送过程中很可能被污染或由于测量的延迟使其性质发生改变，这样就导致了误差。因此，这种分析法需要对测量非常小心谨慎(point-of-care)。特别是，对于临床物质(例如血液)的医学分析必需要解决上述问题，以及由于从被化验者(例如内科病人)仅可得到少量的样品用于临床目的，因此还需要解决样品稀少的问题。为满足这些要求，人们已经并继续积极地进行测量装置微型化的研究。在这点上，必要的先决条件是使由工作电极和参比电极构成的电极系统微型化。实际上，说这是对于进行电位测量的电极系统的微型化是必要的并不过分。在进行电位测量的电极系统的部件中，工作电极已经并将继续得到积极的研究，结果已经实现并提出了许多方法。在另一方面，作为工作电极对应部分的参比电极的微型化离成功差得很远，并且事实上已经处于研究不足的状态，这成为实现整个进行电位测量的电极系统微型化的最大障碍因素。作为参比电极，甘汞Ag/AgCl电极是通用电极，其使用毛细管或多孔陶瓷作为其中的接界。然而，还不可能将这些常规参比电极大规模地小型化和进行制造。此外，常规参比电极的一个缺陷是生产成本高。结果，这些参比电极不适合用于小型或一次性分析器。已经作了多种尝试来开发固态参比电极，以便使其完全能用于小型进行电位测量的电极系统，下面两项技术已被评价为最成功的例子。一种技术是采用液体接界代替例如毛细管或多孔物质的固体接界，在该液体接界中构造了两个流动系统一个流动系统对应于难溶性金属盐的电极，例如AgCl，另一个流动系统对应于工作电极。这两个流动系统被设计成能符合构成电极接界的点。难溶性金属盐的电极可与特定离子反应(从AgCl到Cl离子)。参比溶液包括特定离子(在使用AgCl、NaCl溶液的情况下)并具有稳定浓度，使该参比溶液流到流动系统，该流动使难溶性金属盐电极保持恒定电势(参比电极系统)。另一方面，当校准溶液或样品溶液已经流过安装了工作电极的流动系统时，工作电极就与特定的离子发生反应，此时测量作为相对于参比电极系统的电势差的电势变化。即使上面所提及的参比电极在构造上相对简单，但该参比电极仍具有需要补充参比溶液和需要高维护费用的缺点，此外，由于其溶液分流成两部分，因此其流动不容易控制。另一个可选择的技术提供了这样一种机构其中参比溶液形成在例如AgCl的难溶性金属盐上的水凝胶，并用聚合物保护薄膜涂覆在除水凝胶与样品溶液进行接触的窗口(接界)之外的整个水凝胶面积上。内部参比溶液用一种例如KCl的盐饱和，这使难溶性金属盐的电势恒定，但由于饱和的盐逐渐通过接界渗出，这改变了水凝胶的盐浓度，也由此改变了难溶性金属盐电极的电势。此外，难溶性金属盐电极在产生电势变化前扮演了几分钟的参比电极的角色。该类型的参比电极具有构造简单和易于控制的优点，因此，它不需要附加机构。然而，该普通参比电极在为标准操作进行的水凝胶的活化时间方面存在一些问题，即，水凝胶吸收样品水分以便维持稳定状态的时间比较长。此外，作为接界的小窗口容易被构造得不精确或常常被例如样品飘浮物的杂质所阻塞。而且，不运行参比电极就不会检测到由上述问题造成的参比电极的异常性，因此所测得的数值的可靠性较差。因此，本专利技术的一个目的是提供一种具有自诊断功能的固态参比电极，该参比电极在接界污染方面得到了改进，并能在短时间内得到活化。根据本专利技术提供了一种平面型的固态参比电极，它包括基底；金属层；难溶性金属盐层；隔离金属层与水溶液的隔离薄膜；用作内部参比溶液的水凝胶；扩大了的与水凝胶的接界，在此水凝胶与液样接触；在水凝胶表面上除接界外的整个表面形成的离子选择性保护膜，用以将内部参比溶液和外部液样隔离开，该保护膜还作为对接界污染物敏感的离子敏感性薄膜。根据本专利技术的平面固态参比电极具有自诊断功能，其能自动检测到本身的操作异常，从而提高了测量值的可靠性。此外，还减少了由于接界污染物产生的误差，以及由于扩大了接界面积，因此容易在较短时间内实现溶液的活化。本专利技术提供了一种平面型的固态参比电极，它包括基底11，金属层12，难溶性金属盐层13，隔离薄膜18，用作内部参比溶液的水凝胶14，在水凝胶上形成的、与液样接触的两个或两个以上的接界16，在水凝胶表面上除接界外的整个表面形成的离子敏感性保护膜17，用以将内部参比溶液和外部液样分离，该保护膜还作为对接界污染物敏感的离子敏感性薄膜。含有离子选择性物质的离子敏感性薄膜将离子选择性物质加入到纯聚合物薄膜中，这些聚合物例如为聚氯乙烯、聚四氟乙烯、硅橡胶、聚氨酯等等，该离子敏感性薄膜用作水凝胶的保护膜。当接界未被污染时，离子敏感性薄膜仅用作保护膜，它将液样与内部参比溶液(水凝胶)分隔开。在该情况下，离子敏感性薄膜构成断开式循环，由此它被排除在电极系统的回路部件之外。反之，接界的污染物使回路闭合，从而离子敏感性薄膜作为固有敏感性薄膜起作用，并显示出特性响应。由此，以采用离子敏感性保护膜的参比电极接界处的污染物为决定因素的操作特征能诊断出参比电极是处于正常还是异常，即，在样品测试前的电极系统校正过程中诊断接界是否受到污染。虽然在传统技术中加载参比电极的一个位置形成接界，本专利技术的特征在于至少在参比电极的两个位置设置分离的接界。因此，尽管本专利技术的参比电极的一个接界位置受到污染，但电极仍可利用另一个接界工作。此外，本专利技术的参比电极通过两个或更多的接界位置吸收水分，因此根据本专利技术的参比电极可在比仅具有一个接界位置的传统参比电极在更短的时间内达到活化。附图说明图1和2中示出了根据本专利技术的双电极电位测量系统，该测量系统包括工作电极30、参比电极40和测量两个电极间电势差的伏特表20。在细节上，工作电极30包括基底11、金属层12、难溶性金属盐层13、隔离膜18和离子选择性电极薄膜15。基底11由例如聚氯乙烯的塑料或例如氧化铝(Al2O3)的陶瓷制成。用于金属层12的金属可从由银(Ag)、铂(Pt)、金(Au)、铜(Cu)或其它合金构成的组中选择。难溶性金属盐层13可在金属层12上通过化学或物理方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电位测量电极系统的参比电极，特征在于，形成有两个或两个以上与样品溶液接触的接界，并采用含有离子选择性物质的离子选择性薄膜作为内部参比溶液的保护膜。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：申宰昊，李星东，南学铉，车根植，裴炳宇，
申请(专利权)人：因法普亚有限公社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]