專利名稱：離子傳感器及使用它的臨床分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于分析生物流體/物質(zhì)中離子的離子傳感器。更具體地說，本發(fā)明涉及適用于對(duì)電勢(shì)法測(cè)定離子進(jìn)行傳感的離子傳感器和臨床分析儀。
背景技術(shù)：
離子傳感器具有選擇性測(cè)量溶液中某種離子濃度的特點(diǎn)，迄今為止應(yīng)用很廣，如監(jiān)測(cè)某種離子的濃度以及對(duì)水的分析。特別是，在醫(yī)療領(lǐng)域，離子傳感器已經(jīng)用來測(cè)定生物流體/物質(zhì)如血液和尿中所含的離子，例如，測(cè)定氯離子和鉀離子。這是根據(jù)生物流體/物質(zhì)中某種離子的濃度與生物流體/物質(zhì)的代謝反應(yīng)有直接的關(guān)聯(lián)。測(cè)量了該離子濃度，就可診斷各種疾病，如高血壓、腎病、神經(jīng)疾病等。離子傳感器處理的離子活度a與離子傳感器顯示的電勢(shì)E之間有一個(gè)關(guān)系式，如下所示，E＝E0+2.303(RT/ZF)log a式中，活度的對(duì)數(shù)隨電勢(shì)呈比例變化，因此所需的離子活度容易由測(cè)得的電勢(shì)計(jì)算得出。在上述公式中，R是氣體常數(shù)、T是絕對(duì)溫度、Z是化合價(jià)、F是法拉弟常數(shù)、E0是體系的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)。使用這種離子傳感器可通過簡(jiǎn)單的電勢(shì)測(cè)量來測(cè)定廣泛濃度范圍內(nèi)的離子。
氯離子傳感器主要使用一種季銨鹽作為離子敏感物質(zhì)，人們已經(jīng)進(jìn)行了廣泛的研究，旨在改善其選擇性(Mikrochimica Acta〔Wien〕，1984，III，1-16)。日本專利申請(qǐng)No.23151/1989公開了一種以選擇性極好為特征的傳感器，其中，采用高分子支撐膜如聚氯乙烯承載作為敏感物質(zhì)的四(十八烷基)銨鹽。在使用離子敏感液體膜的傳感器中，由于使用了具有親油性的酯、醇和氟乙烯作為膜的主要成分，故水難以流過，并且不會(huì)流入內(nèi)部溶液中，所以內(nèi)部溶液的組分保持穩(wěn)定。但是，有個(gè)問題是由于敏感物質(zhì)和增塑劑的洗提，電極的斜率靈敏度會(huì)不穩(wěn)定。還已知JP-A-57-40642和JP-B-2-13262公開了使用離子交換膜的傳感器，在該離子交換膜中，季銨鹽固定在聚合物基質(zhì)上。由于敏感物質(zhì)被固定不被洗去，可以認(rèn)為電極的斜率靈敏度很穩(wěn)定。但是，離子交換膜是為了除去鹽而研制的，它讓離子容易通過，因此也讓水容易流過。如果將離子交換膜用作離子傳感器的敏感膜，會(huì)產(chǎn)生的問題是水容易遷移進(jìn)入內(nèi)部溶液中，由此內(nèi)部溶液變稀，致使傳感器的壽命縮短。據(jù)報(bào)道JP-A-2000-28568公開了一種方法，在離子交換膜的近旁設(shè)置一層抑制水滲透的膜。它是水不能流過但離子可以通過的材料。具體地說，所述的膜是(1)季銨鹽和增塑劑分散在聚氯乙烯中的可塑聚合物膜，(2)季銨鹽、冠醚和增塑劑分散在聚氯乙烯中的可塑聚合物膜，以及(3)摻雜了碘離子的聚吡咯膜。使用有機(jī)溶劑將上述聚合物膜附著在離子交換膜與試樣接觸的面相背的表面上。裝有與用所述方法形成的水滲透抑制膜構(gòu)成一體的離子交換膜，即使在保存三個(gè)月后仍能抑制斜率靈敏度的下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明者研究了使用聚氯乙烯作為上述JP-A-2000-28568的實(shí)施例中的水滲透抑制膜的傳感器，發(fā)現(xiàn)該傳感器重量的減少得以抑制，但是有一個(gè)問題，它不能長(zhǎng)時(shí)間保持斜率靈敏度的穩(wěn)定性。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種穩(wěn)定性高的離子傳感器。
本發(fā)明提供(1)一種離子傳感器，它包括試樣溶液流經(jīng)的流路；離子交換膜，它與上述試樣流路中的試樣接觸；內(nèi)部溶液(內(nèi)部溶膠)，它設(shè)在所述離子交換膜的不與試樣接觸的那個(gè)面上并與之接觸；內(nèi)部電極，它與所述內(nèi)部溶液接觸，這些構(gòu)成部分安置在密封的容器中，其特征在于，所述離子交換膜的不與試樣接觸的表面上涂布有反應(yīng)型膠粘劑。
(2)一種離子傳感器，它包括試樣溶液流經(jīng)的流路；離子交換膜，它與上述試樣流路中的試樣接觸；內(nèi)部溶液(內(nèi)部溶膠)，它設(shè)在所述離子交換膜的不與試樣接觸的那個(gè)面上并與之接觸；內(nèi)部電極，它與所述內(nèi)部溶液接觸，這些構(gòu)成部分安置在密封的容器中，其特征在于，所述離子交換膜不與試樣接觸的表面上涂布有兩種液體混合的環(huán)氧樹脂。
(3)一種氯離子傳感器，試樣溶液流經(jīng)的流路；氯離子交換膜，它與上述試樣流路中的試樣接觸；內(nèi)部溶液(內(nèi)部溶膠)，它設(shè)在所述氯離子交換膜的不與試樣接觸的那個(gè)面上并與之接觸；內(nèi)部電極，它與所述內(nèi)部溶液接觸，這些構(gòu)成部分安置在密封的容器中，其特征在于，所述氯離子交換膜不與試樣接觸的表面上涂布有兩種液體混合的環(huán)氧樹脂。
(4)一種臨床分析儀，它使用上述〔1〕-〔3〕中任意一種離子傳感器。


圖1是根據(jù)本發(fā)明制成的氯離子傳感器的透視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明制成的氯離子傳感器的剖面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明在測(cè)量2中斜率靈敏度隨著時(shí)間變化結(jié)果的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明在測(cè)量2中電極重量隨著時(shí)間變化結(jié)果的示意圖；圖5是應(yīng)用本發(fā)明離子傳感器的臨床分析儀的構(gòu)造示意圖。
具體實(shí)施例方式
在描述本發(fā)明之前，下面將首先描述通過使用JP-A-2000-28568的實(shí)施例中所述的水滲透抑制膜來研究傳感器斜率靈敏度穩(wěn)定性的結(jié)果。將其中分散有季銨鹽的可塑聚合物膜用作膜材料。此膜的制法是按200mg的總重量，稱取30％甲基三癸基氯化銨作為季銨鹽、50％癸二酸二辛酯作為增塑劑，20％聚氯乙烯作為聚合物，都溶解在2ml四氫呋喃溶劑中。將所得溶液倒入一實(shí)驗(yàn)皿中并鋪展之，溶劑蒸發(fā)后形成可塑的聚合物膜。將此膜沖切成適宜的形狀，用四氫呋喃將其附著在離子交換膜要與內(nèi)部溶液接觸的那個(gè)面上，這就將此水滲透抑制聚合物膜與離子交換膜完整地合在一起。將這樣制得的復(fù)合膜裝入五個(gè)氟離子傳感器中，另使用不用水抑制膜的電極作為空白，檢查溫度恒定在37℃的恒溫器中時(shí)斜率靈敏度的穩(wěn)定性。表1和2示出了保存階段以及斜率靈敏度和傳感器重量的變化。在保存3個(gè)月后，傳感器的重量變化不大，但斜率靈敏度下降了。
表1斜率靈敏度的穩(wěn)定性(單位mV)

表2傳感器重量的變化(單位g)

可知當(dāng)聚氯乙烯用作水滲透抑制膜時(shí)，可以抑制傳感器重量的減少，但斜率靈敏度的穩(wěn)定性不能長(zhǎng)時(shí)間保持。
當(dāng)采用離子交換膜作為離子敏感膜的離子傳感器長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)，位于內(nèi)部電極和離子交換膜之間的內(nèi)部溶液中的水隨著時(shí)間的推移會(huì)通過離子交換膜進(jìn)入試樣流路中，使電導(dǎo)率減小，因此傳感器的性能下降。為了減少水的上述遷移，在離子交換膜不與試樣接觸而與內(nèi)部溶劑接觸那一面上涂布一種聚合物。這樣，就可抑制經(jīng)膜滲入內(nèi)部溶液中的水，實(shí)現(xiàn)高度的穩(wěn)定性。所使用的聚合物必須緊密地附著在離子交換膜上而且必須具有允許水滲透的孔隙。如果水一點(diǎn)也不能滲透，則顯示不出電導(dǎo)率，傳感器不起作用。另一方面，水若過分滲透進(jìn)入試樣流路，會(huì)使傳感器失去穩(wěn)定性。如果水會(huì)滲透較多，則聚合物與離子交換膜之間的粘附變差，因此，隨著聚合物部分或全部剝落，電導(dǎo)率下降。因此，本發(fā)明最適宜的是聚合物允許水以一合適的程度滲透并保持這樣一種狀態(tài)，使得聚合物長(zhǎng)時(shí)間不會(huì)從離子交換膜上剝落。
使用不同聚合物構(gòu)成傳感器對(duì)其性能進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)環(huán)氧樹脂最適合用作滿足上述條件的聚合物。雖然其機(jī)理尚不清楚，但可認(rèn)為(1)在干燥狀態(tài)下環(huán)氧樹脂能很好地附著在離子交換膜上，(2)與水接觸時(shí)，水滲透進(jìn)入環(huán)氧樹脂并得到適宜程度的電導(dǎo)率，(3)即使水滲透進(jìn)入環(huán)氧樹脂，它仍能附著在離子交換膜上。在以上“要解決的問題”中已述，在所有使用老化的聚氯乙烯作為高分子涂料制成的傳感器中，聚氯乙烯膜和離子交換膜之間觀察到小的間隙?？梢哉J(rèn)為這是因?yàn)榫勐纫蚁┠げ荒荛L(zhǎng)時(shí)間附著在離子交換膜上的緣故。
A.用聚合物涂布離子交換膜的背面。
在不與試樣接觸的離子交換膜的背面上施加約50mg兩種液體混合的環(huán)氧樹脂，在40℃試驗(yàn)24小時(shí)，在離子交換膜上面形成聚合物膜。
B.離子傳感器的構(gòu)造。
圖1和2示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成氯離子傳感器的例子。圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的流動(dòng)池型氯離子傳感器的透視圖。直徑為1mm的流路4穿過聚氯乙烯制成的矩形平行六面體形的流動(dòng)池型傳感器體3的相背的兩個(gè)表面而形成，它用作試樣溶液的流路。當(dāng)許多個(gè)使用的傳感器相互重疊時(shí)，在形成用于連接這許多傳感器連接的通孔的表面上有一個(gè)圓柱形凸起部分5。防止溶液泄漏的O環(huán)6置于凸起部分5的上表面上。
圖2是沿圖1的a-a′線切開的剖面圖。在流動(dòng)池型傳感器體3中的一個(gè)部位形成空腔10。在空腔10中向一個(gè)方向彎曲的內(nèi)部彎曲表面11與流路4交叉，結(jié)果在流路的內(nèi)部側(cè)表面上形成一個(gè)橢圓形小孔12。沿內(nèi)部彎曲表面11裝上離子交換膜9，用來關(guān)閉小孔12并凸出在流路側(cè)面上。
使用內(nèi)徑4.6Φ的木塞穿孔器將經(jīng)選擇性處理的離子交換膜沖壓成圓形，用THF將其附著在流動(dòng)池型電極體上，并干燥1小時(shí)。再將約50mg聚合物施加在離子交換膜的背面，然后在40℃干燥24小時(shí)。用內(nèi)部溶液填充位于流路對(duì)面的空腔10。將銀/鹵化銀內(nèi)部電極7浸入內(nèi)部溶液中，將接收信號(hào)的導(dǎo)線8在它的一端與內(nèi)部電極7的金屬部分連接，在另一端與外部測(cè)量電路連接。
C.測(cè)量1(初始性能試驗(yàn))。
用不同聚合物涂布在離子交換膜上，構(gòu)成流動(dòng)池型電極，然后使用臨床分析儀(7170型，日立株式會(huì)社制造)對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。圖5是臨床分析儀的構(gòu)造的圖解示意圖。使用取樣泵107向稀釋皿130中注入試劑，使用取樣探針127注入試樣。用抽吸泵126將要測(cè)定的試樣注入離子傳感器128中，并用A/D變換器129處理所產(chǎn)生的電勢(shì)。結(jié)果如下表所示。
〔表3〕表3

對(duì)幾乎所有用于實(shí)驗(yàn)的聚合物而言，電極的初始斜率靈敏度不小于-45mV。在離子交換膜與內(nèi)部溶液接觸的面上用聚合物涂布后，發(fā)現(xiàn)聚合物不是完全的絕緣體，它有一定的電導(dǎo)率?？赡苁怯捎诰酆衔镫妼?dǎo)率的差異，斜率靈敏度隨聚合物而不同。
D.測(cè)量2(重量試驗(yàn))。
進(jìn)行重量試驗(yàn)，測(cè)量初始斜率靈敏度不小于-50mV的高靈敏度電極的耐久性。為了評(píng)價(jià)穩(wěn)定性，將電極保存在60℃恒溫器中，作圖表示電極的斜率靈敏度和重量的隨著天數(shù)的變化。結(jié)果示于圖3和4。
在恒溫器中保存約6個(gè)月后，觀察到電極的斜率靈敏度和重量的變化。在沒有涂布聚合物的空白情況下，3個(gè)月后重量減少約3g，斜率靈敏度為零。在所施加的聚合物中，僅施加環(huán)氧樹脂的電極展示了良好的結(jié)果，其斜率下降很小。由此可知，在用聚合物涂布離子交換膜不與試樣接觸的背面時(shí)，可控制水通過膜向內(nèi)部溶液的滲入，從而增加穩(wěn)定性，且聚合物也不會(huì)剝落。
權(quán)利要求
1.一種離子傳感器，它包括試樣溶液流經(jīng)的流路；離子交換膜，它與上述試樣流路中的試樣接觸；內(nèi)部溶液，它設(shè)在所述離子交換膜的不與試樣接觸的那個(gè)面上并與之接觸；內(nèi)部電極，它與所述內(nèi)部溶液接觸，這些構(gòu)成部分安置在密封的容器中，其特征在于，所述離子交換膜的不與試樣接觸的表面上涂布有反應(yīng)型膠粘劑。
2.一種離子傳感器，它包括試樣溶液流經(jīng)的流路；離子交換膜，它與上述試樣流路中的試樣接觸；內(nèi)部溶液，它設(shè)在所述離子交換膜的不與試樣接觸的那個(gè)面上并與之接觸；內(nèi)部電極，它與所述內(nèi)部溶液接觸，這些構(gòu)成部分安置在密封的容器中，其特征在于，所述離子交換膜的不與試樣接觸的表面上涂布有兩種液體混合的環(huán)氧樹脂。
3.一種氯離子傳感器，它包括試樣溶液流經(jīng)的流路；氯離子交換膜，它與上述試樣流路中的試樣接觸；內(nèi)部溶液，它設(shè)在所述氯離子交換膜的不與試樣接觸的那個(gè)面上并與之接觸；內(nèi)部電極，它與所述內(nèi)部溶液接觸，這些構(gòu)成部分安置在密封的容器中，其特征在于，所述氯離子交換膜的不與試樣接觸的表面上涂布有兩種液體混合的環(huán)氧樹脂。
4.一種臨床分析儀，它使用權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的離子傳感器。
全文摘要
一種離子交換膜，它具有水可滲透的微孔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)離子交換膜放入傳感器體時(shí)，該膜的一面與試樣溶液接觸，而其另一面與內(nèi)部溶液接觸。內(nèi)部溶液中的水會(huì)通過膜逐步滲入試樣流路中。因此，當(dāng)傳感器長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)，由于內(nèi)部電極和離子交換膜之間電導(dǎo)率的降低，傳感器的性能通常會(huì)下降。本發(fā)明提供一種離子傳感器，它包括試樣溶液流經(jīng)的流路；離子交換膜，它與上述試樣流路中的試樣接觸；內(nèi)部溶液，它設(shè)在所述離子交換膜的不與試樣接觸的那個(gè)面上并與之接觸；內(nèi)部電極，它與所述內(nèi)部溶液接觸，這些構(gòu)成部分安置在密封的容器中，其特征在于，所述離子交換膜不與試樣接觸的表面上涂布有兩種液體混合的環(huán)氧樹脂。
文檔編號(hào)G01N27/30GK101038266SQ20061016879
公開日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2002年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月11日
發(fā)明者山下浩太郎, 田山孝一, 吉岡范子, 柴田康久 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立高新技術(shù)