极性有机溶剂的水分或有机酸的含量的测定方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种测定方法和装置，即使极性有机溶剂的水分或有机酸的含量为低浓度，也能够高精度地测定水分或有机酸的含量，将在栅极上形成有薄膜的ＩＳＦＥＴ电极作为工作电极使用，对极性有机溶剂的水分或有机酸的含量进行测定，所述薄膜由３～１５族的金属或半金属元素的氧化物或氮化物构成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种测定方法和装置，即使极性有机溶剂的水分或有机酸的含量为低 浓度，也能够高精度地测定水分或有机酸的含量。
技术介绍
近来，地球温室化的问题日益严峻，并且矿物燃料越来越昂贵，因此生物乙醇(生 命体乙醇)等可再生的来自于生物的燃料开始受到关注。生物乙醇通过使甘蔗、玉米等生命体发酵并进行蒸馏而生产，但如果在乙醇中混 入水的话，则燃烧率就下降，因此，在生物乙醇的生产工序中，需要严格控制水分含量。在专利文献1中公开了 采用由于水的掺水而导电率可逆地增加的导电性聚合 物，对非水系介质中的水分含量进行测定的方法。然而，在专利文献1所公开的方法中，如 果水以外的电解质作为杂质而混入的话，则受到该影响，容易产生测定误差。而且，作为对有机溶剂等的水分含量进行测定的方法，已知有采用费歇尔试药对 水分含量进行测定的费歇尔滴定法，该费歇尔试药由碘、二氧化硫、碱和醇等构成，并与水 进行选择性且定量性反应。在费歇尔滴定法中有电量滴定法和容量滴定法，但装置都比较 大型和复杂。而且，作为费歇尔滴定法中的电化学性方法的电量滴定法，将试样加入由费歇尔 试药构成的电解液中并使其电解氧化，根据按照反应式“2I__2e — 12”所表示的反应而产生 的碘量，基于法拉第法则算出电解氧化所需的电量，按照“水lmg = 10. 71库仑”对该电量 进行换算，间接地测定出水分量。专利文献1 日本特开平6-160319
技术实现思路
专利技术要解决的问题因此本专利技术的目的在于，提供一种测定方法和装置，即使极性有机溶剂的水分或 有机酸的含量为低浓度，也能利用简单的装置，高精度地测定水分或有机酸的含量。解决课题的手段S卩，本专利技术的测定方法，将在栅极(日文—卜)上形成有薄膜的ISFET电极作 为工作电极使用，对极性有机溶剂的水分或有机酸的含量进行测定，所述薄膜由3 15族 的金属或半金属元素的氧化物或氮化物构成。在本专利技术中，作为测定对象的极性有机溶剂是介电常数较大的具有极性的有机溶 齐U，例如可以列举乙醇等醇、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲亚砜(DMS0)、六甲基磷酸酰胺 (HMPA)等。其中作为醇，例如可以列举由乙醇、n-丁醇、异丙醇、甘油等的醇发酵而产生的 醇，其中更适用于通过使甘蔗、玉米等的生命体发酵、蒸馏而获得的所谓生物乙醇的水分或 有机酸的含量的测定。所述ISFET电极是由离子敏场效应晶体管(Ion Sensitive Field Effect3Transistor)(日文^才 >感応性電界効果型卜，> 夕^夕)构成的电极，当试样溶液与 ISFET的栅极上的离子感应膜接触时，按照试样溶液中的离子活量产生界面电位。如果在 ISFET的栅极上形成有由Ti02、Ta205、Si3N4等3 15族的金属或半金属元素的氧化物或氮 化物、最好是Ta205构成的薄膜的话，则可具有感应氢离子的传感器的功能。另外，所谓3 15族的金属或半金属元素，换而言之，是指作为阳离子能够获得三价以上的电子状态的金 属或半金属元素。在本专利技术中，由ISFET电极直接对极性有机溶剂中的氢离子进行检测，由此测定 出水分或有机酸的含量。在这一点上，即使是相同的电化学性方法，费歇尔滴定法的电量滴 定法也与本专利技术明显不同。虽然pH玻璃电极也是直接对氢离子进行检测的电极，但pH玻璃电极通过在响应 玻璃膜表面生成掺水凝胶层，从而形成硅烷醇离子交换部位，通过该部位，根据所形成的氢 离子的浓度倾斜而产生电位差，可进行PH测定，为了在响应玻璃膜表面形成掺水凝胶层需 要一定量的水分，当将PH玻璃电极浸渍到极性有机溶剂中时掺水凝胶层会脱水，因此使得 离子交换部位不稳定，PH玻璃电极的响应性和稳定性恶化。而且，pH玻璃电极的掺水凝胶 层比较厚，从这点上看响应速度也不够快。与此相反，在本专利技术中作为工作电极而使用的ISFET电极，其掺水凝胶层非常薄， 因此，利用极少的水分就可容易地形成掺水凝胶层，并且能够响应速度快且灵敏度高地进 行测定。图4是对在栅极上形成有由Ta205构成的薄膜的ISFET电极和pH玻璃电极的响 应性进行比较的图表。如图4所示，将所述ISFET电极从pH7的缓冲剂中移至乙醇中后，在 1分钟之内变得稳定，即使从乙醇中再一次移至PH7的缓冲剂中，也能良好地响应。另一方 面，当将PH玻璃电极从pH7的缓冲剂中移至乙醇中时，即使经过15分钟也没有稳定。另外，虽然乙醇等极性有机溶剂也略微离解，但水的离解常数要大得多，因此通过 在极性有机溶剂中对氢离子的浓度进行测定，能够大致正确地对极性有机溶剂的水分含量 进行评价。而且，醋酸等的有机酸的离解常数也远大于乙醇等极性有机溶剂的离解常数，因 此对于混入极性有机溶剂的微量的有机酸的含量也能够大致正确地进行评价。这里，有机 酸是醋酸、甲酸等释放出质子的有机化合物，其离解常数必须远大于极性有机溶剂的离解 常数，最好也比水的离解常数大。这里，离解常数由纯净的溶剂中的酸和碱(离子积)的积来定义，例如水的离解常 数(离子积)为10_14，而极性有机溶剂的代表例乙醇的离解常数是10_191，甲醇的离解常数 是 10i7(25°C )。由此，对于酸碱的等量点即中点，水大约为7，而乙醇大约为10左右，从水来看，乙 醇比较偏向于碱侧。这里，当在乙醇中添加水时，试样中的氢离子浓度变大，从乙醇来看，中点向酸性 侧移动。利用ISFET捕捉这种变化，从而对于混入极性有机溶剂的微量的水的含量也能大 致正确地评价。同样地，作为有机酸，甲酸(离解常数10_6 2 (25 °C ))、醋酸(离解常数 10_4 8 (25°C ))的离解常数远大于乙醇等的极性有机溶剂，在乙醇等极性有机溶剂中添加甲 酸或醋酸等有机酸，同样也使中点移动。尤其当是有机酸时，如上所述，有机酸中的中点为2到3左右，因此与极性有机溶 剂相比，中点的差较大，中点的差越大由ISFET所测定的电位差也越大，因此即使含量是微 量，电位的变化幅度也较大。所以，即使有机酸的含量是微量，也能高精度地进行评价。在本专利技术中，当连续对水分或有机酸的含量进行测定时，也可使用流动注入分析 法。只要能进行连续测定，就可适用于生物乙醇的质量管理等。用于实施本专利技术的测定方法的测定装置不做特别限定，但作为工作电极，需要具 有在栅极上形成有薄膜的ISFET电极，该薄膜由Ti02、Ta205或Si3N4等的3 15族的金 属或半金属元素的氧化物或氮化物、最好是Ta205构成。所述ISFET电极的主体最好由不锈钢等金属、陶瓷、聚苯硫醚(日文f U 7 二二 ^f^yr^ Y )，聚四氟乙烯(日文水°〗J歹卜，7 >才口工f > > )、聚偏氟乙烯-六氟 丙稀(日文水。7 7化If 二尹 >一 寸7 >才口 / 口 o > )等氟树脂，玻璃等构成。 金属、陶瓷、聚苯硫醚、氟树脂、玻璃等对于有机溶剂的耐久性高，因此通过用这样的材料构 成ISFET电极的主体，能够长时间使用。所述测定装置也可以具备流动池。通过具备流动池可以进行采用流动注入分析法 的连续测定。而且，在本测定装置中，所述ISFET电极也可以具备液体接地机构。当通过对测定 对象的极性有机溶剂进行搅拌等，在ISFET电极和极性有机溶剂之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测定方法，其特征在于，将在栅极上形成有薄膜的ＩＳＦＥＴ电极作为工作电极使用，对极性有机溶剂的水分或有机酸的含量进行测定，所述薄膜由３～１５族的金属或半金属元素的氧化物或氮化物构成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2007-12-27 2007-335542一种测定方法，其特征在于，将在栅极上形成有薄膜的ISFET电极作为工作电极使用，对极性有机溶剂的水分或有机酸的含量进行测定，所述薄膜由3～15族的金属或半金属元素的氧化物或氮化物构成。2.如权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述极性有机溶剂为醇。3.如权利要求1所述的测定方法，其特征在于，采用流动注入分析法。4.一种测定装置，用于对极性有机溶剂的水分或有机酸的含量进行测定，其特征在于， ...

【专利技术属性】
技术研发人员：西尾友志，岩本惠和，
申请(专利权)人：株式会社堀场制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]