KR0157220B1 - 금속 산화물 전극 - Google Patents

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Description

금속 산화물 전극

제1도는 본 발명의 금속 산화물 전극의 이상적인 네른스트(Nernst)응답을 보여주는 그래프.

제2도는 본 발명의 한 실시예에 따른 이온감지 전극의전극.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 감지층 11 : 이온환경

12 : 전도성 밑받침 14 : 패키징 수단

16 : 도선 17 : 전위 측정수단

본 발명은 화학적 특성을 측정하기 위한 전극에 관한 것이다. 특히 이들 전극은 수소이온과 같은 하나 또는 둘 이상의 이온종에 민감하다.

여러 형태 및 구조의 이온감지 전극이 본 기술분야의 숙련된 자에게 알려져 있다. 이같은 전극은 대개 탐지될 이온종을 함유한 용액과 접촉시 전기화학적 반응의 결과로 일정한 전위를 발생시키는 성분을 포함한다. 일정한 조건에서, 네른스트 방정식은 이같은 전위의 크기와 이온농도 사이의 함수 관계를 나타낸다. 정확한 전극을 만들어내는 데에는 광범위한 이온농도범위에서 전극이 이상적인 네른스트 응답에 가까운 반응을 보이는 것이 중요하다. 더욱이 전극의 전위는 이온농도 변화에 신속히 응답하여야 한다.

광범위한 재료가 이온종의 검출과 관련하여 사용되어 왔거나 제의되어 왔다. 이같은 목적을 위한 또다른 전극재료에 대한 확인 및 평가와 관련하여 상당한 연구노력이 계속 경주될 전망이다. 양호한 상업적 유용도를 갖는 이온에 민감한 전극을 만들어내기 위해서는 이온에 민감한 전극이 상당히 이온에 민감한 전극을 만들어내기 위해서는 이온에 민감한 전극이 상당히 오랜 기간의 전기화학적 안정도를 드러내는 것이 바람직하다. 특히 한 이온종의 특정농도에 노출시 이같은 재료의 전기적 응답은 예를 들어 수개월 또는 수년의 오랜기간동안 크게 변하지 않아야 한다. 그러나 전극 재료는 장시간 편차가 허용할 정도로 작은 평형상태에 도달하기 이전에 평형상태에 도달하기 위해 또는 조화(temper)되기 위해 상당한 기간을 필요로 한다. 따라서 전극을 평형시키기 위한 시간이 가능한한 짧은 것이 바람직하다.

전극재료는 양호한 물리적 탄성과 강도를 가져야 한다. 이 점과 관련 하여, 전극재료는 거칠게 다룸으로 인한 손상을 받지 않아야 하며, 비록 잘못 다루어진다 해도 줄어든 전기화학적 능력을 나타내지 않아야 한다.

마지막으로, 기구의 소형화를 향한 경향에 비추어, 전극의 재료 및 구성수단이 이를 매우 작은 실제 크기로 생산되어지도록 제조될 수 있도록 함이 바람직하다. 이같은 소형제작 능력은 전극의 유용도와 다예로움을 증가시킨다.

통상 pH로 언급되어지는 일정 용액에서의 수소이온 농도는 이같은 전극에 의해 측정되는 화학적 특성의 한 예이다. 1900년대로 거슬러 올라가는 pH 측정분야(S.P.L. Sorensen, Biochem. Z. 제21,131 및 201권(1909)가 R.G. Bates에 의해 잘 알려진 책인, The Determination of pH, 제2판(Wiley, New York, 1973) 및 D.J.G.Ives 와 G.J.Janz(eds)에 의해 잘 알려진 책인 Reference Electrodes(Academic Press, New York, 1961)에서 참고로 재검토된다.

분명 pH측정에 가장 광범위하게 사용되는 장치는 유리전극이다. 이는 수십년간 철저하게 연구되어 왔기 때문에, 그 수행특성은 기본적인 단계로 잘 이해되고 있다. 유리 pH 전극은 광범위한 응답범위를 가지며 산화-환원(redox) 및 다른 간섭이 벗으며 59mV/pH 유닛의 이상적인 네른스트 응답기울기를 달성할 수 있게 한다. 이같은 장점에도 불구하도 일정재료 및 디자인 한계가 있으며 (예를들어 높은 임피던스와 내부 액상의 필요), 이는 유리pH전극의 곧바른 극소화 및 생산수준의 극소-제작을 막는다.

금속산화물 전극이 극소제조에 더 적합하다. 이같은 전기화학적 시스템은 안티몬/안티몬-산화물 전극으로 거슬러 올라가며(J.M. Kolthoff 및 B.D. Hartong 의 Rec. Trav. Chim., 제44,113권 (1925)을 참조), 계속하여 다양한 예를 포함하게 된다.

이리듐 산화물 전극은 가장 두각을 나타내는 금속산화물 전극인 것으로 명백하게 떠올랐다. 예를 들어 이리듐 산화 전극은 pH에 의해 야기되는 박동원(Pace Maker)과 관련하여 사용되어 온 것으로 보고되어 왔다. Cammilli등의 pH에 의해 야기된 박동원에서의 예비 경험(Preliminary Experience With a pH-Triggered Pace Maker) PAGE 제1권 448-457페이지(1978)로 참고한다. 이때의 작업은 1979년 W.C. Dautremont-Smith에 의한 스퍼터링된 이리듐 산화물의 공개된 발견이전에 수행되었다. L.M.Schiavone 및 W.C. Dautremont-Smith의 응용 물리학 학문(Applied Physics Letters) 제35권 823페이지(1979) 및 전기화학학회의 저어널(Journal of the Electrochemical Society) 제128권 1339페이지(1981)를 참조하낟. 양극인 이리듐/이리듐 산화물 pH전극의 제조 역시 설명되었다. 예를 들어 Katsube등의 센서 및 작동기(Sensors and Actuatirs) 제2권 제4호 399페이지(1982) pH에 민감한 스퍼터링된 이리듐 산화물 박막(pH Sensitive Sputtered Iridium Oxide Films) : N.F. De Rooij 및 P. Bergveld 등의 체외순환중 치명적 파라미터의 모니터링(monitoring or Vital Parameters During Extracorporeal Circulation), Proc, Int, Conf. Nijmegen, 156페이지(1980)에서 De Rooij등의 pH센서로의 이리듐/양극 이리듐 산화물 박막(Ir/AIoOF)전극을 참고한다. 그러나 DE Rooij에 의해 공개된 양극의 이리듐 산화물 전극은 바람직하지 않은 초 네른스트(super Nernstian)전기화학 반응을 나타낸다. 더구나, 양극의 이리듐 산화물은 화학적으로 거친 환경에서 불안정한 것으로 알려져 있다. 펜실바니아 대학 Yuen의 석사 논문양극이며 스퍼터링된 이리듐 산화물 박막의 화학적 특성(1982년 8월)을 참조한다. 화학적으로 산화된 이리듐 산화물 표면은 유사하게 불안정하다. Dobson 등의 Electrochemica Acta 제21권 527-533페이지(1976)를 참조한다.

이리듐 산화물에 추가하여, 다른 산화물 시스템이 고려되기도 하였다. 예를 들어 A. Fog 및 R.P. Buck의 센서 및 자극기(Sensors and Actuators) 제5권 137페이지(1984)는 백금, 류테늄, 오스뮴, 탄탈 및 티타늄 산화물을 언급한다. 또한, J.V. Dobson등의 Ibid는 로듐과 지르코늄 산화물을 언급한다. 팔라듐 산화물에 대한 연구가 E. Kinoshita 등의 Talanta 제33권 125페이지(1986)에 의해 보고되었다.

탄탈 산화물과 지르코늄 산화물을 제외한 상기 설명된 금속산화물 각각은 전도성이 있으며 전극에서의 화학적 변화가 일정 전위를 발생시키는 패러데이 구조에서 pH를 측정하도록 사용된다. 열역학적 평형상태와 안정된 계면전위를 달성시키기 위해 패러데이 법칙에 의해 결정되는 속도로 용액과 금속산화물 사이에서 수소이온이 교환된다. 금속산화물이 전도성이 있기 때문에 상기 전기화학적 반응에 의해 금속산화물에서 발생된 전기전위는 금속산화물 전체에서 일정하며 산화물 뒷면과 금속접촉을 하게 함으로써 측정될 수 있다.

여러 다른 정도로, 모든 금속/금속-산화물 pH전극은 산화-환원간섭의 문제를 갖는다. 산화-환원 간섭에 대한 금속산화물의 민감도는 어느정도 금속산화물의 전도도와 관계가 있어서 패러데이 전극에 사용하기에 충분히 전도성있는 금솟산화물이 상당한 산화-환원 간섭을 갖게 한다.

이와는 대조적으로, 충분한 출력전류를 공급할 수 없는 절연금속 산화물은 비교적 적은 산화-환원간섭을 나타내는 경향이 있다. 그러나, 이들의 높은 임피던스 때문에 이같은 산화물은 금속산화물로부터의 충분한 출력전류없이 동작하는 비-패러데이 전극구조에서만 유용하다. 이러한 구조의 일례는 이온에 민감한 전계효과 트랜지스터(ion sensitive field effect transister : ISFET)전극이다. 다시 전극은 측정된 이온종을 담고 있는 용액과 접촉하게 된다. 이같은 구조에서, 이온에 민감한 재료에 의해 발생된 전위가 전계효과 트랜지스터의 게이트에 가해진다. ISFET는 전극으로부터 충분한 전류를 끌어들이지 않고 게이트의 전위와 관계한 전기장에 응답하여 소스전류에 대한 드레인을 조절하도록 동작한다. 따라서 ISFET는 산화물-용액 계면에 있는 전하가 산화물 박막의 다른 면상의 트랜지스터 구조에 전기용량 효과를 주게 작동한다. 응답범위, 안정도, 민감도 및 간섭으로부터 해방의 관점에서 pH ISFET사용에 가장 적합한 것으로 보여지는 두 재료는 알류미늄 산화물과 탄탈산화물이며(T. Matsuo등의 센서 및 자극기 제1권 77페이지(1981)를 참조한다), 이들 모두는 통상 절연체인 것으로 간주되며, 전자장치 및 패러데이 전기화학적 센서에서 일상적으로 무반응인 것으로 사용된다.

불행하게도 FET를 근간으로 하는 장치는 비교적 간단한 패러데이 pH전극보다 제작하기가 복잡하며 비싸다.

산화-환원 간섭을 나타내지 않고 상당한 출력전류를 발생시킬 수 있는 pH에 민감한 재료를 갖는 것이 바람직하다. 종래의 금속산화물은 그같은 목적을 달성할 수 없었다.

이온종 또는 분석물질에 민감하도록 충분히 큰 밀도의 결합자리를 갖는 적어도 하나의 절연재료(예, 절연금속산화물)와 적어도 하나의 VIIIB 족 전도성 금속산화물(이리듐 또는 백금산화물과 같은)을 적절히 결합시키므로써 패러데이 전극과 같은 단순한 구조에서 사용하기 위해 충분히 낮은 출력 임피던스를 가지지만 전도성 금속산화물과 관련된 큰 산화환원 간섭이 없는 화학적으로 민감한 전극이 제조된다. 따라서, 극소제작이 가능한 간단하고 비싸지 않으며 정확한 pH측정장치가 제공된다.

본 발명의 공정에 따라, 전도성 성분과 절연성분은 전도성 산화물의 기본적 벌크특성을 변경시키는 방식으로 결합된다. 이는 혼합물의 형태를 조정하므로써, 즉 혼합물내 전도성 산화물 성분의 입자크기를 조정하므로써 달성된다. 전도성 성분의 입자크기가 충분히 작아짐으로써 단순한 패러데이 전극구조로 작동하기에 적절한 출력전류를 제공하면서 산화-환원 간섭이 감소됨이 밝혀졌다. 적절한 실시예에서, 전도성 성분이 절연성분에 대해 합금된다.

하기에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

막 전극(membrane electrode)을 포함하는 본 발명에 따른 이온에 민감한 전극은 전도성 산화물의 기본적인 벌크 전도성이 변형되어서 네른스트응답 및 측정의 정확도를 곡해시키는 산화-환원전류를 감소시키도록 절연재료와 조합된 전도성 금속산화물을 포함한다. 특히 본 발명의 전극은 VIIIB족 금속산화물과 절연재료를 포함하며, 이때의 절연재료는 전도성 금속산화물의 페르미 준위에 있는 상태의 밀도를 감소시키도록 매트릭스되며 필요한 민감도를 제공하기에 충분한 양성자 결합자리 밀도를 갖는다.

상기에서 설명된 조합은 빠른 네른스트 이온응답과 감소된 산화-환원 간섭을 갖는 이온 선택성 전극을 제공하며 전도체에서 높은 수준의 전도도, 장시간의 전기-화학적 안정도, 새로운 전극을 평형상태로 만들기 위해 필요한 안정화시간 축소, 부식과 화학침식에 대한 내성, 저 임피던스 그리고 필요한 안정화시간 축소, 부식과 화학침식에 대한 내성, 저 임피던스 그리고 극소형화 및 다양한 전극 구조를 위한 용이한 적용을 유지시킨다.

본 발명의 전극재료는 본 기술분야에 숙련된 자에 알려진 여러 방법으로 제조될 수 있다. 그러나, 전극들은 혼합물의 형태가 잘 조절되도록 제조되어야 한다. 특히, 전극 재료는 전극이 패러데이 전극으로 작용할 수 있도록 적합한 전도도를 제공하면서 혼합물에서 전도성 금속산화물의 입자크기가 산화-환원 간섭을 최소화되도록 충분히 감소되게 제조되어야 한다.

이와는 대조적으로, 전도성 금속산화물과 절연재 또는 절연금속산화물의 단순 혼합물 예를 들어 Trasatti 와 0'Grady의 전기 화학 및 전기화학 공학(Advances in Electrochemostry and Electrochemical Engineering) 제12권 200페이지에서 설명되는 ROTO 박막(루테늄 산화물, 탄탈 산화물)으로 구성된 전극은 전도성 금속 산화물의 벌크 전도성이 남아 있기 때문에 pH감지 특정에는 아무런 개선도 가져오지 못한다.

전도성 금속산화물의 입자크기 축소는 입자가 더 이상 전도성 금속산화물의 벌크 특성, 특히 벌크 전도성을 나타내지 않도록 하기에는 충분하다. 전도성 금속 산화물의 벌크 전도성은 페르미 준위에 있는 상태의 밀도와 관련된 전도성 전자의 숫자에 달려있다. 입자 크기를 줄이므로써 페르미 준위에 있는 상태밀도가 감소되므로 전도성 금속산화물은 재료의 벌크 전도성을 나타내지 않는다.

혹은, 전극재료는 전도성 금속산화물을 절연재에 합금시키므로써 제조될 수 있다. 산화-환원 간섭의 양은 패러데이 구조로 전극을 유지하기에 충분한 전도도를 유지하면서 줄어든다.

이같은 재료가 나타내야 하는 전도도의 크기는 이같은 재료의 임피던스가 측정회로의 임피던스보다 적어야 하기 때문에 적용에 따라, 특히 측정회로의 임피던스에 따라 결정된다. 예를 들어, 만약 측정회로의 임피던스가 10¹²오옴이면 이같은 재료의 임피던스는 10¹⁰오옴 이하가 되는 것이 바람직하다.

본 발명의 전극에서 사용되는 절연재료는 재료의 표면이 쉽게 양성자를 교환하는 형태를 한다. 양성자 교환과 이온농도 변화에 대한 전극재료의 감도는 재료에서의 양성자 결합자리(binding sites) 밀도와 관계가 있다. 양성자 결합자리의 밀도가 크면 클수록 재료 표면에서의 양성자 교환이 더 빨리 일어나고, 이온농도에 대한 재료의 민감도가 커지게 된다. 절연재료에서의 양성자 교환을 위한 자리밀도는 10¹³/㎠보다 큰 것이 바람직하다.

바람직한 절연재료는 절연 금속산화물이다. 수소이온 농도, 즉 pH를 결정하기 위해 탄탈, 지르코늄 및 알루미늄 산화물이 우수한 표면 pH응답 특성을 나타내는 절연 금소산화물의 좋은 예이다.

본 발명의 전극에서 사용된 전도성 금속산화물은 VIIIB 족 산화물, 특히 이리듐, 루테늄, 백금, 파랄듐, 로듐 및 오스뮴 산호물로부터 선택되는 것이 바람직하다.

비록 금속산화물 전극이 입자크기가 조절되는 식으로 제조될 수 있다 하더라도 금속산화물을 전도성 표면상에서 스퍼터링하는 공정을 통해서 금속산화물이 제조되는 것이 바람직하다. 기질의 온도, 바이어스의 양 그리고 용착속도와 같은 요소를 통하여 입자크기가 조절될 수 있다. 스퍼터링 기술은 Chopra, K.L. 의 박막현상(Thin Film Phenomena)에서 설명된다. 이같은 기술은 공지된 마이크로-석판 기술을 사용하여 크기가 작은 이온민감성 전극의제조를 가능하게 한다.

본 발명의 금속산화물 전극은 한 환경에서 이온종을 측정하고, 특정성분의 농도를 계산하기 위해 촉매 또는 효소층과 협력하여 사용될 수 있다. 이는 환경에 층을 노출시킬 때 나타나는 층내의 이온종 농도의 변화를 탐지하기 위해서 탐지될 환경과 금속산화물 조성물 사이에 적어도 하나의 재료층을 위치시킴으로써 달성될 수 있다. 본 발명의 금속산화물 전극에 의해 감지된 이온종의 농도변화를 통해 환경에서 관심있는 화학종의 농도가 결정될 수 있다.

표Ⅰ은 한 절연 금속산화물, 탄탈산화물과 두 전도성 금속산화물, 이리듐 산화물 및 백금산화물, 그리고 본 발명의 두 금속산화물, 이리듐-탄탈 산화물과 백금-탄탈 산화물에 대한 비저항, pH 이동, 감도, 산화제 간섭 및 환원제 간섭을 기재한 것이다.

표Ⅰ에서 명시된 재료의 전극은 금속화된 기질에 스퍼터링 용착시킴으로써 제조된다.

표Ⅰ에서 도시된 바와 같이 탄탈 산화물 전극은 매우 높은 비저항과 pH측정을 불가능하게 하는 큰 이동을 보인다. 순수한 이리듐 산화물로 구성된 전극은 이상적인 pH응답 기울기를 나타내었으나, 역시 1-1.5pH의 상당한 산화제 간섭과 1.7-3.4pH의 상당한 환원제 간섭을 나타내었다. Fog와 Buck(A. Fog 와 R. P. Buck의 센서와 자극기 제5권 137페이지(1984)를 참조한다)에 의해 보고된 바의 백금 산화물 전극은 1.7pH의 산화제 및 환원제 간섭을 갖는 유사한 특성을 나타내었다. 간섭의 양은 공지된 pH크기의 산화-환원 중성환경속에 전극을 위치시킨 다음에 동일한 pH를 갖는 용액속에 전극을 놓으므로써 측정된다. pH크기의 변화는 산화-환원 간섭의 양을 반영한다.

그러나 본 발명의 이리듐-탄탈 및 백금-탄탈 산화물 전극은 드리프트의 감소, 산화제 간섭의 감소 및 환원제 간섭의 감소를 갖는 이상적인 네른스트 응답(58-59mV)을 나타내었다. 특히 본 발명의 이리듐 탄탈산화물 전극은 5×10¹²ohms/cm의 비저항, 약 0.1의 작은 드래프트, 각각 3과 20배만큼 간섭의 감소를 나타내는 0.3-0.6의 산화제 간섭 그리고 0.02-0.05의 환원제 간섭을 나타낸다. 마찬가지로 본 발명의 백금-탄탈 산화물 전극은 0.1의 드래프트, 0.1-0.2의 산화물 간섭과 0.3-0.6의 환원물 간섭과 1.5×10¹³ohm/cm 의 비저항을 나타낸다. 또한 본 발명의 혼성 금속산화물 전극의 pH응답분석은 네른스트 방정식에 의해 예견된 바와 같이 pH감도가 절대온도와 정량적으로 비례함을 보여준다. 제1도는 섭씨 15, 25, 38 및 52도의 온도에서 네른스트 응답을 도시한다.

표Ⅱ는 본 발명의 이리듐-탄탈 산화물 전극에서 수행된 유기적 산화-환원 간섭시험 결과를 도시한다. 표Ⅱ에서 분명한 것과 같이, pH의 전기 화학적 측정을 막을 수 있는 유기적 산화-환원 간섭의 양은 최소이다.

표Ⅰ과 Ⅱ에서 기재된 좋은 결과를 획득하기 위해 사용된 이리듐-탄탈 산화물 전극은 약 0.09의 이리듐-탄탈 몰비와 50옹스트롬 이하의 입자크기를 갖도록 제조된다. 상기 결과는 입자크기를 50옹스트롬으로 유지하므로써 획득되었으나, 바람직한 실시예는 100옹스트롬 이하의 입자크기를 포함하며, 이때 입자 크기가 0이라는 것은 무정형 합금의 경우이다. 또한, 본 발명의 혼성 금속산화물 전극은 상기의 예로 제한되지 않으며, 탄탈, 지르코늄 및 알루미늄 산화물과 같은 절연금속 산화물과 이리듐, 백금, 루테늄, 팔라듐, 로듐 및 오스뮴 산화물과 같은 전도성 금속산화물의 다른 조합으로 만들어질 수 있다.

설명된 바의 혼성 금속산화물은 다양한 전극구성에서 사용될 수 있다.

제2도는 한 실시예에 따른 이온에 민감한 전극의 단면을 도시한 것이다. 절연재와 합금된 전도성 산화물을 포함하는 감지층(10)이 전도성 도선(16)과 접촉하고 있는 전도성 밑받침(12)과 접촉시켜 준비된다. 감지층(10), 금속 밑받침(12) 및 도선(16)은 불활성 패키징수단(14)에 의해 이온환경으로부터 화학적으로 그리고 전기적으로 분리된다. 이같은 분리는 하나 또는 둘이상의 감지층(10)표면을 포함하지 않는다. 불활성 패키지 수단은 감지층, 밑받침 및 도선의 전술한 어셈블리를 요구되는 바와 같이 환경으로부터 분리시킬 수 있는 여러 재료중 어느 것일 수도 있다. 이같은 불활성 패키징 수단은 또한 질을 저하시키지 않고 물품이 놓여지게 될 화학적, 열적, 그리고 이온적 환경을 견딜 수 있어야 할 것이다. 이같은 재료는 다양한 플라스틱, 적층 플라스틱, 세라믹 또는 앞선 목적들을 달성시킬 수 있는 다른 재료들중 어느것일 수도 있다.

본 발명 실시예의 실시에 따라, 환경부(11)는 수소이온과 같이 측정되어질 하나 또는 둘이상의 이온종을 포함한다. 제2도의 전극 어셈블리가 환경의 이온과 접촉하여 놓여지며, 여기서 감지층(10)과 환경부(11)의 이온사이의 전기화학적 반응이 일어나 전기적 전위를 일어나도록 한다. 이같은 전위는 금속의 밑받침(12)과 도선(16)을 통하여 적절한 전위감지 또는 측정수단(17)으로 전달된다. 본 기술분야에 숙련된 자에 의해 알 수 있는 바와 같이 도시되지 않은 기준전위의 소스(source)가 요구되거나 바람직할 것이다. 금속밑받침(12)과 도선(16)은 측정이 방해가 되는 환경부(11)와 밑받침(12) 또는 도선(16)간의 이차적인 전기화학적 반응을 막기 위해 패키징 수단(14)에 의해 환경부(11)로부터 전기적, 화학적으로 절연된다. 감지층(10)과 환경(11)의 이온간의 전기화학적 상호작용의 크기는 네른스트 방식으로 이러한 환경에서 이온의 활동농도에 달려있다. 대부분의 경우, 이같은 활동농도는 환경에서 이온의 농도이다. 따라서 이같은 농도는 도선(16)에 의해 전달된 발생전위에 대해 네른스트 방정식을 적용함으로써 결정될 수 있다.

스퍼터링된 이리듐/탄탈 산화물의 경우에 임의의 금속 밑받침(12)이 사용될 수 있긴하나. 이때의 밑받침은 이리듐 금속, 실리콘 웨이퍼 또는 여러 다른 전기전달 화학종을 포함할 수 있다. 선택에 따라서는 전도성 산화물과 절연재가 금속성 밑받침(12)과는 공통되는 금속원자를 갖지 않는다.

본 발명이 여러 특정 실시예와 관련하여 설명되긴 하였으나, 이전 설명에 비추어 본다면, 여러 다른 선택적 실시예, 수정 및 변경이 본 발명 분야에 숙련된 자에게 분명할 것이다.

표Ⅰ에 대한 범례

a) pH2의 0.01M KCrO용액에서 측정.

b) pH7의 0.0005M 아스코르빈산염 용액에서 측정.

c) pH2의 0.03M KCrO에서 측정.

d) Fog 와 Buck에 의해 보고된 크기.

e) Fog 와 Buck에 의해 보고된 크기. 산화-환원(redox)간섭의 정확한 의미는 정의되지 않았으나, Fe(CN)및 Fe(CN)의 0.01M용액이 측정에서 사용되었다.

Claims (34)

1. 특정 이온종에 대해 민감하도록 충분히 큰 결합자리 밀도를 갖는 적어도 하나의 절연재료와 VIIIB 족 금속산화물로부터 선택된 적어도 하나의 전도성 금속산화물의 혼합물을 포함하는 특정 이온종에 민감한 금속 산화물 전극에 있어서, 상기 혼합물에서 금속산화물의 입자크기가 벌크 전도성을 나타내지 않을 정도로 충분히 작아서 패러데이 구조에서 전극역할을 하기에 충분한 전도도를 유지하면서 산화-환원 간섭에 대한 상기 혼합물의 감수율을 감소시킴을 특징으로 하는 특정 이온종에 민감한 금속산화물 전극.
2. 제1항에 있어서, 절연재료가 절연 금속 산화물임을 특징으로 하는 전극.
3. 제2항에 있어서, 혼합물이 스퍼터 코팅수단에 의해 기질 표면위에 용착됨을 특징으로 하는 전극.
4. 제3항에 있어서, 전술한 금속산화물 혼합물이 전술한 기질과 공통적인 금속원자를 갖지 않음을 특징으로 하는 전극.
5. 제1항에 있어서, 전술한 전극이 막 전극임을 특징으로 하는 전극.
6. 제1항에 있어서, 입자의 크기가 100 옹스트롬 이하인 범위에 있음을 특징으로 하는 전극.
7. 제1항에 있어서, 절연재료와 전도성 금속산화물이 함께 합금되도록 입자크기가 조절됨을 특징으로 하는 전극.
8. 제1항에 있어서, 전술한 전극이 수소이온에 민감함을 특징으로 하는 전극.
9. 제1항에 있어서, 전술한 절연재료가 알류미늄 산화물, 지르코늄 산화물 및 탄탈 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 전극.
10. 제1항에 잇어서 절연물질이 10¹³/㎠보다 큰 밀도의 양성자 결합자리를 가짐을 특징으로 하는 전극.
11. 제1항에 있어서, 혼합물위에 놓여져 측정되어질 환경과 반응하는 촉매 또는 효소층을 더욱 포함하며, 촉매 또는 효소층이 감지되어질 환경과 반응하여 혼합물에 의해 감지되는 층의 이온종 농도의 변화를 일으킴을 특징으로 하는 전극.
12. 화학적으로 민감한 재료가 전도성이 있는 제1성분과 벌크 형태에서 제1성분의 비저항보다 큰 비저항을 갖는 제2성분의 혼합물을 포함하며, 전술한 제2성분이 분석 화학종에 대하여 산화-환원 간섭이 없는 표면응답을 하며, 전술한 제1성분이 충분히 작은 입자크기로 전술한 혼합물내에 존재하여 전술한 분석화학종에 대한 제2성분의 산화-환원 간섭이 없는 표면응답에 영향을 미치지 않을 정도로 벌크 전도성을 충분히 변형시킴을 특징으로 하는 특정분석화학종에 민감하고 화학적으로 민감한 전극.
13. 제12항에 있어서, 전술한 화학적으로 민감한 재료가 금속산화물을 포함함을 특징으로 하는 전극.
14. 제12항에 있어서, 전술한 제2성분이 특정 이온종에 민감하도록 충분히 큰 결합자리 밀도를 가짐을 특징으로 하는 전극.
15. 제12항에 있어서, 전술한 제1성분이 전도성 금속산화물이고, 전술한 제2성분이 절연 금속산화물임을 특징으로 하는 전극.
16. 제12항에 있어서, 전술한 전극이 수소이온에 화학적으로 민감함을 특징으로 하는 전극.
17. 제16항에 있어서, 전술한 제2성분이 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물 그리고 탄탈 산화물의 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 전극.
18. 제16항에 있어서, 전술한 제1성분이 VIIIB 족 산화물에서 선택된 금속산화물임을 특징으로 하는 전극.
19. 제12항에 있어서, 입자의 크기가 100 옹스트롬 이하 범위내에 있음을 특징으로 하는 전극.
20. 제12항에 있어서, 제1성분과, 제2성분이 함께 합금되도록 입자크기가 조절됨을 특징으로 하는 전극.
21. 적어도 한 이온종에 민감하고 절연성분과, 전도성분을 포함하는 화학적으로 민감한 재료를 포함하는 특정이온종의 활동농도 측정용 전극에 있어서, 절연성분이 특정이온종에 민감하도록 충분히 높은 양성자 결합자리 밀도를 가지며 전술한 전도성분이 전도재료의 입자를 포함하고, 그 입자의 크기가 충분히 작아서 전도성분이 더 이상 벌크 전도성을 나타내지 않으며 전극의 동작시 산화-환원 간섭에 대한 전술한 입자의 감수율이 패러데이 전극 구조에서 동작하기에 충분한 전도도를 유지하면서 감소됨을 특징으로 하는 특정이온종의 활동농도 측정용 전극.
22. 제21항에 있어서, 전술한 화학적으로 민감한 재료가 금속 산화물을 포함함을 특징으로 하는 전극.
23. 제21항에 있어서, 전술한 절연성분이 금속산화물을 포함하고 전술한 전도성분이 금속산화물을 포함함을 특징으로 하는 전극.
24. 제21항에 있어서, 전술한 이온종이 용액내 수소이온을 포함함을 특징으로 하는 전극.
25. 제21항에 있어서, 전도성분이 VIIIB 족 금속산화물에서 선택되며 절연성분이 탄탈산화물, 알루미늄 산화물 또는 지르코늄 산화물에서 선택됨을 특징으로 하는 전극.
26. 제21항에 있어서, 입자의 크기가 100옹스트롬 이하의 범위내에 있음을 특징으로 하는 전극.
27. 제21항에 있어서, 절연성분과 전도성분이 함께 합금되도록 입자크기가 조절됨을 특징으로 하는 전극.
28. 적어도 한 이온종에 민감하고 절연성분과 전도성분을 포함한 화학적으로 민감한 재료를 포함한 특정이온종의 활동농도 측정용 장치에 있어서, 절연성분이 특정이온종에 민감하도록 충분히 큰 결합자리 밀도를 가지며, 전술한 전도성분이 전도재료의 입자를 포함하고, 그 입자의 크기가 충분히 작아서 상기 전극이 작동시 패러데이 회로에서 작동하기에 충분한 전도도를 유지하면서 산화환원 간섭에 대한 상기 입자의 감수율이 감소되도록 상기 입자의 벌크 전자성질을 변형시킴을 특징으로 하는 장치.
29. 제28항에 있어서, 전술한 이온종이 용액내 수소이온을 포함함을 특징으로 하는 장치.
30. 제28항에 있어서, 전술한 전도성분이 VIIIB 족 금속 산화물에서 선택된 적어도 하나의 금속산화물을 포함하고, 절연성분은 탄탈산화물, 알루미늄 또는 지르코늄 산화물에서 선택된 적어도 하나의 금속산화물을 포함함을 특징으로 하는 장치.
31. VIIIB 족 금속산화물에서 선택된 적어도 하나의 전도성 금속산화물과 합금하며 이온종에 민감하도록 충분히 큰 결합자리 밀도를 갖는 적어도 한 절연재료를 포함하는 특정이온종에 민감한 금속산화물 전극에 있어서, 금속산화물의 입자크기가 벌크 전도성을 나타내지 않도록 충분히 작으므로써 패러데이 구조에서 전극역할을 하기에 충분한 전도도를 유지하면서 산화-환원 간섭에 대한 합금의 감수율을 줄이도록 함을 특징으로 하는 특정 이온종에 민감한 금속산화물 전극.
32. 제31항에 있어서, 전극이 수소이온에 민감함을 특징으로 하는 금속산화물 전극.
33. 제31항에 있어서, 절연재료가 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물 및 탄탈 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 금속산화물 전극.
34. 제31항에 있어서, 절연재료가 10¹³/㎠보다 큰 양성자 결합자리 밀도를 가짐을 특징으로 하는 금속산화물 전극.

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