174628. lajstromszámú szabadalom • Szelektív nátrium-érzékeny elektród
3 174628 4 kelőt cső végére rögzítik úgy, hogy az a csővéget lezárja, majd a cső belsejébe elektrolit oldatot töltenek, melybe belső vonatkozási elektródot helyeznek el. Az üvegalapú elektródok felépítése hasonló. Az alkáli-alumínium-szilikát alapösszetételü nátrium-érzékeny üvegmembrán érzékelőt hőtechnikai eljárással üvegcső végére rögzítik, az üvegcső belsejébe elektrolit oldatot és belső vonatkozási elektródot helyeznek el. Az ismert eljárásokkal előállított elektródok nem elégítik ki maradéktalanul a velük szemben támasztott követelményeket. Főbb hiányosságaikat az alábbiakban foglaljuk össze: Az ioncserélő alapú elektródok nem sterilizálhatok, igy az élő szervezetre veszélyesek. A szükségszerűen választott konstrukciójuk olyan, hogy az érzékelő felületén könnyen képződik vagy tapad meg légbuborék, miáltal a mérés lehetetlenné válik. Maga a membrán sérülékeny, mivel anyagának nagy fajlagos ellenállása miatt vékonyra képezik ki. Az ioncserélő alapú elektródok viszonylag gyakori - hetenkénti - regenerálást igényelnek. Az ismert üvegalapú elektródok fő fogyatékossága, hogy nagy a belső ellenállásuk, pi. 5 10 ezer Mohm, amelynek következtében csak speciális és drága mérőműszerrel alkalmazhatók együtt. Az elektródok nagy belső ellenállása azt eredményezi, hogy a mérőcella beállási ideje nagyon hosszú (5 10 perc), amely amellett, hogy a mérések időigényét megnöveli, lényegében meggátolja, hogy az elektródokat in vivo és folyamatos mérésekre alkalmazzuk. A kisebb ellenállású üvegelektródok viszont, amelyek beállási ideje megfelelően rövid (1-2 perc), szelektivitás tekintetében maradnak el az igények inogott, pl.: Kni.k - I- Azok a törekvések, amelyek azt célozták, hogy az elektródoknak nagyobb legyen a szelektivitásuk, a válaszidő még nagyobb fokú növekedéséhez vezettek. A tapasztalat szerint az eddigi fejlesztési törekvések nem tudták elérni, hogy az említett két lényeges követelmény - rövid válaszidő és nagy szelektivitás - egyidejűleg teljesedjék. Az ismert üvegalapú elektródok nem használhatók in vivo mérésekre, az eddig alkalmazott üvegek valamennyien nehezen formálhatók. A találmányunk szerinti nátriumion-érzékeny elektród üvegmembrán érzékelőjének alapösszetételét úgy választottuk meg, előállítás technológiáját pedig úgy alakítottuk ki, hogy az elektród belső ellenállása kicsi (Mohm nagyságrendű), következésképpen az elektród válaszideje is kicsi (max. 30 s az egyensúlyi potenciál 99%-ának eléréséig), szelektivitása pedig a rövid válaszidő ellenére kielégítően nagy (KNíiK « 5-10 *, Kn,iH 3104) legyen. Ezekkel az adatokkal jellemzett elektródok a klinikai laboratóriumi, biológiai, in vivo és folyamatos mérési igényt egyaránt kielégítik. A találmány alapját az a felismerés képezi, hogyha kis ellenállású lítium-aluminium-szilikát alapüveget speciális ioncsere folyamatnak vetjük alá, akkor olyan összetételű és szerkezetű felületi réteghez jutunk, amely, mint érzékeld réteg kiváló elektród tulajdonságokat mutat. Az ioncsere folyamat csak a vékony (lOOnm nagyságrendű) felületi réteg ellenállását növeli meg, így az üvegmembrán ellenállása a kezelés után gyakorlatilag ugyanolyan kicsi marad, mint a kezelés előtt volt. Az ellenállás és válaszidő tekintetében tehát az elektród az alapüveg előnyös tulajdonságait közelítőleg megtartja. A lítiumionok nátriumionokra való parciális kicserélése az elektród működéséhez megkívánt nátriumion-tartalmat biztosítja, és az elektród szelektivitásának szempontjából előnyös változásokat hoz létre a réteg kompaktságában (térkitöltőnségében). A nátriumion-aktivitás mérése alkalmával ugyanis, mint zavaró ion elsősorban a nála nagyobb káliumion jön szóba (a két értékű ionok zavaró hatásától el lehet tekinteni). A káliumion úgy tudja kifejteni zavaró hatását, hogy az oldatból az érzékelő üvegbe jutva az üreg egyértékű kationjait kiszorítja és helyüket elfoglalja. Ennek az a szükséges feltétele, hogy a szilikátváz közeiben levő üregek, melyekben általában kationok helyezkednek el, kellően nagyok legyenek a káliumion befogadásához. Minthogy az üveg szerkezete megszilárduláskor többé-kevésbé alkalmazkodik az üregekben elhelyezkedő kationok méretéhez, a lítium-alumínium-szilikátok eleve jobban ellenállnak a káliumionok behatolásának. Ha még ezen felül a kész üvegrétegben az ún. érzékelő rétegben a lítiumionokat részben nátriumionokra cseréljük ki, ami az üveg alkotórészeinek szorosabb illeszkedését eredményezi (feszített váz), a káliumion belépése még nehezebbé válik és szelektivitás tekintetében mind a lítium-aluminium-szilikát, mind a nátrium-alumínium-szilikát alapú üvegelektródokat jelentősen felülmúlja. A lítiumionoknak nátriumionokra való kívánt mértékű kicserélése tömény só oldatokkal, olvadékokkal és amalgámmal való magas hőmérsékletű kezeléssel vagy ilyen fázisok alkalmazásával végzett elektrolízissel valósítható meg. A találmány szerinti szelektív nátriumion-érzékeny elektród példakénti kiviteli alakját az 1. ábrán mutatjuk be anélkül, hogy a találmányunk oltalmi körét csupán a példára korlátoznánk. Az 1. ábra a szelektív nátriumion-érzékeny elektród szerkezetét mutatja be hosszmetszetben. A lap alakú érzékelő membrán 1 érzékelő rétege 2 alapréteggel érintkezik. Az 1 érzékelő réteg lítium-nátrium-alumíríium-szilikát (alkálifém : alumínium >1:3, nátrium : lítium >4:1). A 2 alapréteg lítium-aluminium-szilikát (lítium : alumínium >1 :3). A 2 alapréteg 3 elektródtest falával van kapcsolatban. A 3 elektródtest üregében 4 potenciál elvezető oldat, pl. 10'* M NaCl oldat helyezkedik el, amelybe 5 belső vonatkozási elektród, pl. Ag/AgCl másodfajú elektród merül. A találmány szerinti szelektív nátriumion-érzékeny elektród példakénti előállításának módját az alábbiakban mutatjuk be: lítium-alumínium-szilikátból (lítium : alumínium >1:3) szokásos üvegtechnikai eljárással csőszerű elektródtest egyik végén, azt lezáró néhány tized milliméter vastag réteget (érzékelő membránt) hozunk létre. Az üvegcső belsejébe telitett nátrium-klorid oldatot öntünk. Az érz&elő membránt és az oldatot tartalmazó eiektródtestet nátrium-kloridot feleslegben tartalmazó 5 10 IS 20 25 30 35 40 45 50 SS «0 65 2
