199997. lajstromszámú szabadalom • Nátriumion-szelektív elektród
1 HU 199997 B 2 A találmány tárgya cirkónium- és aluminiumoxidot tartalmazó nátrium- vagy litium-szilikét-üveg érzékelőelemmel kiképzett kisellenéllású nétriumion-szelektiv elektród, amely alkalmas biológiai minták, oldatok nátriumion-aktivitásának és/vagy koncentrációjának in vitro és in vivo meghatározására. A klinikai laboratóriumi analitikai és az intenzív terápia területén diagnosztikai jelentőségű a nátriumionok koncentrációjának meghatározása. E feladat megoldására napjainkban lángfotomelriás vagy potenciometriás módszert használnak. A lángfotometriás módszer körülményesebb, a potenciometriás módszer egyszerűbb és gyorsabb. Ezért az utóbbi időben az üvegalapú nátriumion-szelektiv elektródot alkalmazó potenciometriás módszer alkalmazása egyre nagyobb teret hódit. A potenciometriás nátriumion-koncentréció meghatározás lényege, hogy az ismeretlen nátriumion-koncentrációjú mintába nétriumion-szelektiv elektródot és állandó potenciálú vonatkozási elektródot helyeznek el. Az Így kialakított mérőcella elektrokémiai egyensúlyának kialakulása után megmérik a cellafeszültség értékét, amelyből számítható, vagy alkalmas mérőkészülék segítségével közvetlenül megkapható a minta nátriumion-koncentráció értéke. Utóbbi esetben a mérést ismert nátriumion-koncentrációjú oldattal történő illesztés előzi meg. Az ismert üvegalapú nátriumion-szelektiv elektródokat és jellemzőiket az irodalom részletesen ismerteti (Havas, J,. Ion- and Molecule-Selective Electrodes in Biological Systems, Springer-Verlag, Berlin - Heidelberg - New York - Tokyo, 1985.). Ezek szerint az ismert üvegalapú nátriumion-szelektiv elektródok felépítése a kővetkező. Inert anyagból, pl. üvegcsőből készült elektródtest egyik végén aluminiumoxid tartalmú alkáli szilikát üvegből pl: Corning gyártmányú NASn-is jelű (11 mól% NazO, 18 mól% AI2O3, 71 mól% SÍO2), vagy NAS27-4 jelű (27 mól% Na20, 4 mólX AI2O3, 69 mól% SÍO2) üvegből, előnyösen gömb alakú érzékelöelem van kialakítva. Az elektródtest belsejében elektrolit oldat, ebben vonatkozási, pl. ezüst/ezüstklorid elektród van elhelyezve. A vonatkozási elektród potenciál elvezető kábellel van kapcsolatban. Az ismert elektródok nem elégítik ki maradéktalanul a velük szemben támasztott műszaki követelményeket. Fő hiányosságuk, hogy igen nagy - több ezertől több száz Mohmig terjed - a belső ellenállásuk (pl. Corning makro-elektród:150-200 Mohm, RADELKIS makro elektród:300 Mohin, Amdev mikro-elektród: 3.000 Mhom), amely azzal a következménnyel jár, hogy kisellenállásű (néhány tizMohm) és igen kis felületű, in vivo vagy in vitro célra használható elektródok nem állíthatók elő az ismert aluminiumoxid tartalmú alkáli-szilikátokhól. A nagy ellenállás következménye az a hátrányos sajátság is, hogy az elektródok beállási ideje viszonylag nagy, pl. több perc. Az ismert elektródok szelektivitás - különösen a biológiai szempontból fontos káliurnionokra vonatkozó szelektivitás - tekintetében is elmaradnak az igények mögött. A káliumionokra vonatkozó szelektivitési állandók (Kna.h) a következők. Beckman makro-elektród: 2-10-2; Orion Research, Phillips makro elektród: 10~2; Corning, Radelkis rnikro-térfogatú kapilláris elektród: 310"2; Radiometer makro elektród: 10'2, Amdev mikroelektród: 4T0'2. Az eddigi kutató-fejlesztő munka nem tudta elérni, hogy az említett két lényeges követelmény - a kis ellenállás és a megfelelően nagy szelektivitás - egyidejűleg teljesüljön. A találmány célja, olyan nátriumion-szelektiv elektród létrehozása, amelynek belső ellenállása (Rb) kicsi (néhány tizMohm), válaszideje (T) rövid (10-15 s) és káliumra vonatkozó szelektivitása az ismert és azonos aluminiumoxid tartalmú alkáli-szilikát üvegelektródoknál nagyobb, pl. Knj.k = 4'10‘3 legyen, ugyanakkor az elektród kémiai ellenállóképessége, igy élettartama is növekedjék (1-2 év). A találmány alapját az a felismerés képezi, hogy az aluminiumoxid tartalmú nátrium- vagy litium-szilikát-üveg vezetőképessége, kémiai ellenállóképessége és szelektivitása jelentősen javul, ha a sziliciumatomok egy részét a hatos koordinációsszámú cirkóniumatomokra cseréljük ki. Ezzel olyan szerkezetű üveghez jutunk, amelynek rácspontjaiban elhelyezkedő Zr02‘c-anion két nátriumiont köt meg és csökken az elektród ellenállása. A hatos koordinációsszámú cirkónium tömörebb szerkezetű üveget eredményez, igy csökkenti a káliumionok üvegfázisba jutásénak lehetőségét, következésképpen javul az elektród szelektivitása. A cirkóniumoxid alkalmazása azzal az előnnyel is jár, hogy az igen nehezen megmunkálható 18-20 mólszázalékos aluminiumoxid tartalmú üvegek helyett kevesebb aluminiumoxid tartalmú üvegeket használhatunk azonos specifikációjú elektródok előállítására. Az elektród szelektivitása tovább növelhető, ha cirkónium- és aluminiumoxid tartalmú lítium-szilikátból indulunk ki és az érzékelőelem mindkét felületét adott hőmérsékleten, pl. 90 °C-on 1-2 óráig nátriumsó oldatban kezeljük - a litiumionokat nátriumra cserélve ki - melynek következtében nó az érzékelóelein felületi rétegében a térkitöltöttség és még jobban gátolttá válik a káliumionok üvegfázisba nyomulásának lehetősége, következésképpen nő a káliumionokra vonatkozó szelektivitása. További előny, amely a cirkóniumoxid kémiai természetéből következik, hogy nő az 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
