氧电极的制作方法

专利名称：氧电极的制作方法
技术领域：
本发明是关于氧电极的发明，特别是用于测定液体培养基中的溶解 氧量的氧电极。
背景技术：
以往，基于食品的卫生管理等的目的，有时要求测定食品中存在的 细菌数。迄今为止，作为测定食品等检体中存在的细菌的方法一般采用 如下方法梯度稀释检体并向琼脂培养基混释或者涂布一定量的各稀释 检体，培养24 48小时，通过目视计算所产生的菌落数，从而测定细菌 数。但是，对于该方法存在的问题是需要梯度稀释检体的操作，并需要 培养24 48小时等。因而，开发了如特开2000-287699号公报(以下也称 为专利文献)所示的方法，其是通过以氧电极测定包含于添加了检体的液 体培养基中的溶解氧浓度量而测定细菌数的方法(以下也称为氧电极法)。
在专利文献所揭示的氧电极法中，包含于液体培养基中的溶解氧的 浓度越高，测得的电流越多。另一方面，在检体中包含的细菌由于进行 呼吸而消耗液体培养基中的溶解氧。因而，伴随着细菌呼吸引起的溶解 氧浓度的降低，在氧电极中流通的电流也会降低。并且，溶解氧的消耗 量依存于检体中所包含的初期细菌数。也就是说，初期细菌数越多，消 耗的氧量就越多，溶解氧浓度的降低也就越快。由于溶解氧浓度在短时 间内降低，所以测定的电流值也会在短时间内降低。从以上的关系来看， 流通于液体培养基中的电流减少到规定阈值所用时间依存于检体中所包含的初期细菌数。由此，对于所含的初期细菌数未知的检体，通过测定 该所用时间可以确定初期细菌数。如上所述，氧电极法具有能以短时间 且正确地测定初期细菌数的特征。
但是，由于专利文献中采用的氧电极是通过在陶瓷板上印刷作为贵 金属的铂或者银等而形成的，因而存在成本高的问题。并且，再次使用 氧电极时，水洗后要进行乙醇杀菌，但有时会担心水洗时菌扩散并污染 周围。另外，也考虑了不水洗而使用加压蒸气灭菌的方法，但是由于氧 电极通过印刷而形成，所以使用加压蒸气灭菌时存在印刷剥离而不能再 次使用的问题。对于检査食品中的菌等，直接与检体接触的部件一般为 一次性使用，这是常识，因而希望同样地也一次性使用氧电极。

发明内容
本发明的目的是解决上述这样的问题，提供以低成本就可以形成的 氧电极结构。另外，本发明的目的是提供在低成本的氧电极使用Au层为 表层时，可以抑制其产生缺陷并提高溶解氧量的测定精度的氧电极结构。
本发明涉及的氧电极的第1方式，其是用于测定液体培养基中的溶 解氧量的氧电极，具有电极母材以及表面金属层，所述表面金属层覆盖
上述电极母材的表面，并由Au、 Pt或者Ti构成。
根据本发明涉及的氧电极的第1方式，可以将廉价且不适宜作为氧 电极的表面材料用作电极母材，可以做成能够廉价地形成的结构。
本发明涉及的氧电极的第2方式，其是第1方式涉及的氧电极，其
中，上述电极母材的表面或者上述表面金属层的表面的至少一个表面经 过机械抛光处理。
根据本发明涉及的氧电极的第2方式，可以减少在表面金属层产生 的针孔，并可以提高溶解氧量的测定精度。
本发明涉及的氧电极的第3方式或者第4方式，其是第1方式或者 第2方式涉及的氧电极，其中，在上述电极母材和上述表面金属层之间 还具有第1底层，上述表面金属层由Au构成，通过电镀形成于上述第1 底层上。根据本发明涉及的氧电极的第3方式或者第4方式，可以容易地进
行制造，并可以制造更廉价的氧电极。
本发明涉及的氧电极的第5方式或者第6方式，其是第3方式或者 第4方式涉及的氧电极，其中，上述第l底层由镍构成。
根据本发明涉及的氧电极的第5方式或者第6方式，可以使Au表面 金属层的附着性良好且不会对测定产生影响。
本发明涉及的氧电极的第7方式或者第8方式，其是第5方式或者 第6方式涉及的氧电极，其中，上述表面金属层厚度大于等于0.3微米。
根据本发明涉及的氧电极的第7方式或者第8方式，可以提高溶解 氧量的测定精度。
本发明涉及的氧电极的第9方式，其是第3方式至第8方式的任意 一个涉及的氧电极，其中，上述第l底层的表面经过机械抛光处理。
根据本发明涉及的氧电极的第9方式，可以减少由Au构成的表面金 属层上产生的针孔，并可以提高溶解氧量的测定精度。
本发明涉及的氧电极的第10方式，其是第3方式至第8方式的任意 一个涉及的氧电极，其中，上述第1底层是通过在二氧化碳中进行电镀 而形成的。
根据本发明涉及的氧电极的第IO方式，可以减少由Au构成的表面 金属层上产生的针孔，并可以提高溶解氧量的测定精度。
本发明涉及的氧电极的第11方式，其是第10方式涉及的氧电极， 其中，上述二氧化碳处于超临界状态。
根据本发明涉及的氧电极的第11方式，可以减少由Au构成的表面 金属层上产生的针孔，并可以提高溶解氧量的测定精度。
本发明涉及的氧电极的第12方式，其是第3方式至第8方式的任意 一个涉及的氧电极，其中，在上述第1底层和上述表面金属层之间还具 有第2底层，在上述第2底层的表面形成的粒径小于在上述第1底层的 表面形成的粒径。
根据本发明涉及的氧电极的第12方式，可以减少由Au构成的表面 金属层上产生的针孔，并可以提高溶解氧量的测定精度。本发明涉及的氧电极的第13方式，其是第12方式涉及的氧电极， 其中，上述第2底层由钌、铑或者钯构成。
根据本发明涉及的氧电极的第13方式，具有可减少在第1底层产生 的针孔并可减少由Au构成的表面金属层上产生的针孔的效果。
本发明的目的、特征、方式及优点通过以下详细的说明和附图会更 加清楚。


图1是本发明实施方式1涉及的菌数测定装置的框图2是本发明实施方式1涉及的电池的截面立体图3是本发明实施方式1涉及的氧电极的截面图4是表示本发明实施方式1涉及的氧电极的测定结果的图5是表示本发明实施方式1涉及的氧电极的测定结果的图6是本发明实施方式2涉及的氧电极的截面图7是表示本发明实施方式2涉及的溶解氧量的测定波形的图表；
图8是表示本发明实施方式2涉及的溶解氧量的测定波形的图表；
图9是表示本发明实施方式3涉及的溶解氧量的测定波形的图表；
图10是表示本发明实施方式3涉及的溶解氧量的测定波形的图表；
图11是本发明实施方式5涉及的氧电极的截面图12是本发明实施方式5涉及的氧电极的截面图。
具体实施方式
(实施方式1)
图1表示使用了本实施方式涉及的氧电极的菌数测定装置的框图。 在该菌数测定装置中设有电池1，在该电池1中盛装有添加了检体的培养 基。并且，在该电池l内设有氧电极法所用的氧电极2。图2表示电池1 的截面立体图。在电池1底面附近的侧壁上设有构成氧电极2的三个电 极，即对极21、作用极22、参照极23。进而，在电池1中设有与对极 21、作用极22、参照极23电连接的输出端子24，氧电极2通过输出端子24与电流测定部3连接。
在图1的电流测定部3中，用氧电极2测定流通于添加了检体的培 养基中的电流值。特别是，以对极21和作用极22测定流通于培养基中 的电流。在此，流通于培养基中的电流是培养基中的溶解氧在作用极22 被还原成水而形成的流通电流。因而，培养基的溶解氧浓度高时，电流 值也高；溶解氧浓度低时，电流值也低。另一方面，随着检体中包含的 普通活菌和大肠菌等细菌增殖，氧消耗量也会增加。因而，培养基中溶 解氧浓度降低，进而电流值也会随着溶解氧浓度的降低而降低。
以降低了的电流值达到规定阈值的时间为所用时间，用图1所示的 所用时间测定部4测定该所用时间。用图1所示的菌数计算部5由测定 出的所用时间计算出培养基中初期所含的细菌数。
如果不是仅用昂贵的金、铂、银和钛等特定材料构成氧电极2，就不 能测定与溶解氧浓度对应的电流量。为此，并不能廉价地形成设有氧电 极2的电池1。因而，对于本实施方式涉及的氧电极2，形成如下结构
将用于普通电极的廉价的铜和不锈钢等用作电极母材，用由金、铂或者 钛等构成的表面金属层覆盖该电极母材的表面。也就是说，对于本实施 方式涉及的氧电极2，电极母材为铜或者不锈钢等不适合氧电极的材料， 但是通过用金等覆盖表面，与培养基接触的部分形成最适宜氧电极的材 料，从而测定与溶解氧浓度对应的电流量。由于表面这少许部分为金等 昂贵的材料，其他为廉价的铜或者不锈钢等，且制作方法也可以使用一 般的镀覆法等，因而可以廉价地制作本实施方式涉及的氧电极2。因此， 本实施方式涉及的氧电极2适于一次性使用。
以下，基于电极母材为铜、表面金属层为金的具体例子说明本实施 方式涉及的氧电极2。另外，如果直接在铜电极母材上镀金则镀覆的附着 性差，因而在电极母材和表面金属层之间设有底层。也就是说，本实施 方式涉及的氧电极2的结构为铜电极母材-镍层-金表面金属层(以下也称 为Au层)。图3表示本实施方式涉及的氧电极2的截面图。图3所示的 氧电极2中，电极母材10使用铜，在该电极母材10的表面层积有通过 电镀形成的镍层ll。进而，在镍层ll上通过电镀层积Au层13。在此，各层的镀层厚度釆用例如镍层11为0.3微米、Au层13为0.3 2.0微米。
接着，以下表明本实施方式涉及的氧电极2可以和仅由金、铂、银 或者钛等特定材料构成的氧电极同样地测定溶解氧量。首先，图4是表 示仅由特定材料构成的氧电极和本实施方式所涉及的氧电极2的测定结 果的表。在此，仅由特定材料构成的氧电极使用钛(Ti)。另外，仅由特定 材料构成的氧电极由于没有形成表面金属层，因而电极表面也是钛。另 一方面，如上所述，本实施方式涉及的氧电极2在铜电极母材上实施了 镍和Au的电镀，电极表面为Au。和仅由钛构成的氧电极比较，本实施 方式涉及的氧电极2是廉价的。
图4所示的表中，记载了使用各电极而测定的空气基准输出和零基 准输出，所述空气基准输出为仅测定溶液的测定结果，所述零基准输出 为通过添加大肠菌而使溶解氧减少了的测定溶液的测定结果。另外，图4 所示的表中，作为测定溶液使用作为细菌用培养基的MH-b(敏感性肉汤 培养基)和作为细胞用培养基的RPMI-HEPES(将RPMI1640培养基溶解到 HEPES(2-[4-(2-羟基乙基)-l-哌嗪基]-乙磺酸)后的溶液)。
用钛的氧电极测定细菌用培养基的结果是空气基准输出为213± 25.4nA、零基准输出为54士10.2nA。在此，士后面的数字表示标准偏差， 图4巾记载为SD。并且，从空气基准输出的平均值中扣除零基准输出的 平均值而得到的信号值为159nA，零基准输出的平均值(54nA)相对于该信 号值的比例(S/N比)约为2.9。
用本实施方式涉及的氧电极2测定细菌用培养基的结果是空气基准 输出为243土14.9nA、零基准输出为65± 10.3nA。并且，S/N比约为2.7。 也就是说，对于细菌用培养基，即使是本实施方式涉及的氧电极2也可 以和昂贵的钛的氧电极同样地测定溶解氧量。
用钛的氧电极测定细胞用培养基的结果是空气基准输出为170± 16.3nA、零基准输出为52士16.4nA。并且，S/N比约为2.3。另一方面， 用本实施方式涉及的氧电极2测定的结果是空气基准输出为256± 55.2nA、零基准输出为74士15.8nA。并且，S/N比约为2.5。从两者的结 果知道，对于细胞用培养基，即使是本实施方式涉及的氧电极2也可以和昂贵的钛的氧电极同样地测定溶解氧量。
接着，说明改变Au层13的厚度时氧电极2的电流测定值的变化。 图5中，针对具有0.1微米和0.3微米的Au层13的氧电极2表示出大气 中的电流测定值和无氧下的电流测定值。并且，在图5中，对在大气中 的电流测定后进行无氧下的电流测定的模式(以下称为模式A)以及在无 氧下的电流测定后进行大气中的电流测定的模式(以下称为模式B)进行 了测定。
在图5中，具有0.1微米的Au层13的氧电极2在模式A中其大气 中的平均电流测定值为186nA、标准偏差为22.0，无氧下的平均电流测 定值为101nA、标准偏差为16.3。并且，从大气中的平均电流测定值中 扣除无氧下的平均电流测定值而得到的信号值(85nA)相对于无氧下的平 均电流测定值(101nA)的比例(S/N比)约为0.84。同样，具有0.1微米的 Au层13的氧电极2在模式B中其大气中的平均电流测定值为193nA、 标准偏差为21.6,无氧下的平均电流测定值为115nA、标准偏差为19.6， 信号值为78nA， S/N比为0.68。进而，对于具有0.1微米的Au层13的 氧电极2，由氧测定值求出的刚使用后的信号值为71nA、 S/N比为0.62。
在图5中，具有0.3微米的Au层13的氧电极2在模式A中其大气 中的平均电流测定值为184nA、标准偏差为13.7，无氧下的平均电流测 定值为34nA、标准偏差为15.0。并且，从大气中的平均电流测定值中扣 除无氧下的平均电流测定值而得到的信号值(150nA)相对于无氧下的平 均电流测定值(34nA)的比例(S/N比)约为4.44。同样，具有0.3微米的Au 层13的氧电极2在模式B中其大气中的平均电流测定值为197nA、标准 偏差为16.1，无氧下的平均电流测定值为29nA、标准偏差为12.7，信号 值为168nA, S/N比为5.72。进而，对于具有0.3微米的Au层13的氧电 极2，由氧测定值求出的刚使用后的信号值为155nA、 S/N比为5.28。另 外，在图5中分别对8个氧电极2进行了测定。
如图5所示，对于具有O.l微米的Au层13的氧电极2， S/N比为小 于等于1的值，测定溶解氧的电流值是困难的。但是，对于具有0.3微米 的Au层13的氧电极2， S/N比为小于等于4的值，溶解氧的电流值不被杂波(noise)埋没可以进行测定。因而，通过使作为表面金属层的Au层13 为大于等于0.3微米，可以高精度地测定溶解氧的电流值，并可以提高溶 解氧量的测定精度。
如上所述，即使是用Au层覆盖廉价的电极母材铜的结构的氧电极2， 也能够高精度地测定溶解氧量，其精度与仅由特定材料构成的氧电极几 乎相同。并且，本实施方式涉及的氧电极2仅仅是在电极母材上用电镀 法等层积Au层，因而可以用廉价的工艺而形成。另外，在本实施方式中， 将铜用于电极母材，但也可以用其他材料，例如耐腐蚀的不锈钢也可以 廉价地形成电极母材。在本实施方式涉及的氧电极2中，底层使用的是 镍层11，但本发明并不限于此，只要是可以提高表面金属层的附着性且 不会影响测定的材料，也可以是其他的材料。进而，在本发明中，也可 以代替Au层而用铂或者钛构成表面金属层，制造方法也不仅限于电镀， 还可以采用蒸镀法等其他方法。
(实施方式2)
对于实施方式1涉及的氧电极2，由于构成铜电极母材10-镍层ll-Au 层13，所以可以廉价地形成氧电极。但是，用一般的电镀条件在电极母 材10的表面上层积镍层11时，存在镍层ll上容易产生针孔的问题。如 果镍层11上产生针孔，则在其上层积的Au层13也会受到镍层11的影 响而产生针孔。如果Au层上产生大量针孔，则电极母材10的表面会露 出，当测定液体培养基中的溶解氧量时，由于电极母材10的影响会存在 测定初期的电流值和规定阈值的差变小的问题。
测定初期的电流值和规定阈值的差也会由于检体中所包含的菌种或 者选择的培养基的因素而存在变小的情况，此时如果氧电极上产生大量 针孔，则测定初期的电流值和规定阈值的差进一步变小，就不能够以充 分的测定精度测定溶解氧量。因而，优选通过减少氧电极上产生的针孔 以充分确保测定初期的电流值和规定阈值的差来提高测定精度。
因此，在本实施方式涉及的氧电极2中，通过在作为底层的镍层ll 和作为表面金属层的Au层13之间设有其他底层，用其他底层堵塞镍层 11上产生的针孔，从而减少形成于表面金属层上的针孔。为此，为了能够堵塞镍层11上产生的针孔，要求形成于其他底层表面的粒径小于形成 于镍层ll表面的粒径。具体说明本实施方式涉及的氧电极2。另外，采用了本实施方式涉及的氧电极2的菌数测定装置，与图1中所示的菌数测定装置的框图相同。 在本实施方式中采用的电池1也和图2所示的电池1的截面立体图相同。 因而，省略对菌数测定装置和电池1的详细说明。随后，对本实施方式涉及的氧电极2的结构进行说明，该氧电极可 以用作对极2K作用极22、参照极23中的任意一个。图6表示本实施 方式涉及的氧电极2的截面图。图6所示的氧电极2将铜用作电极母材 10。在该电极母材IO的表面通过电镀法层积作为底层的镍层11。进而， 在镍层11上通过电镀法层积作为其他底层的钌层12。在该钌层12表面 形成的粒径小于在镍层11表面形成的粒径。在此，所谓粒径是指在镍层11和钌层12等金属层上形成的晶粒的 直径，最适宜的电镀条件下的粒径因材料而异。并且，粒径可以通过电 镀条件进行一些调整。例如，镍层11的粒径为从0.05微米至0.2微米， 钌层12的粒径为比这些值小的粒径。并且，由于镍层11上产生的针孔 直径约为大于等于0.05微米，比钌层12的粒径大，因而通过钌层12可 以堵塞镍层11上产生的针孔。另外，在钌层12上通过电镀法层积有Au 层13。在此，各层的镀层厚度采用例如镍层11为0.3微米、钌层12为 0.2微米、Au层13为0.3微米 2.0微米。另外，本实施方式涉及的氧电极2的结构中，在镍层ll和Au层13 之间层积有钌层12，但是本发明并不限于此，只要是形成于表面的粒径 小于形成于镍层11表面的粒径的金属层，也可以是钌以外的金属。例如， 为铑(Rh)或钯(Pd)等。另外，在本实施方式涉及的氧电极2中，在电极母 材10上层积的镍层11、钌层12和Au层13均可以用电镀法形成，但是 本发明并不限于此，也可以是其他的方法例如蒸镀法。以一般的电镀条件形成的镍层11上会产生大量的针孔。在本实施方 式涉及的氧电极2中，通过用形成于表面的粒径小于形成于镍层11表面 的粒径的钌层12填埋该针孔，形成于镍层11上的针孔不会对Au层13产生影响。因此，本实施方式涉及的氧电极2中，通过制成在镍层ll和Au层13之间层积有钌层12的结构，可以减少Au层13上形成的针孔。接着，用氧电极2测定液体培养基中的溶解氧量， 一般地，在测定 初期流通了一定的电流值后，会显示出电流值随着溶解氧量的降低而降 低的曲线分布。具体来说，图7表示使用本实施方式涉及的氧电极2测 定溶解氧量的图表。并且，图8表示使用在铜电极母材上层积有镍层和 Au层的氧电极测定溶解氧量的图表。在图7及图8的测定中所使用的检 体中含有大肠菌(E.coli IF03972),液体培养基使用普通菌用培养基。并 且，包含在检体中的初期细菌数为101、 103、 105、 107(单位CFU/g)。 另外，图表的横轴为测定时间(单位分钟)，纵轴为电流值(单位nA)。观察图7所示的图表，在测定初期流通的一定的电流值(以下称为初 期电流值)的平均值约为1200nA;观察图8所示的图表，初期电流值的平 均值约为900nA。因而，设定图7及图8的规定阈值为约300nA时，对 于图7所示的图表，初期电流值和规定阈值的差可以确保约为900nA， 而对于图8所示的图表，仅仅可以确保约为600nA。从而可以知道，使用本实施方式涉及的氧电极2测定溶解氧量时， 初期电流值和规定阈值的差改善了约300nA。也就是说，实验发现，像 本实施方式那样使用减少了针孔的氧电极2的情况与使用在电极母材上 层积有镍层和Au层的氧电极的情况相比，初期电流值和规定阈值的差存 在变大的倾向。因而，认为要是像本实施方式涉及的氧电极2那样可以 减少Au层13的针孔，就可以增大初期电流值和规定阈值的差。如果像使用本实施方式涉及的氧电极2测定溶解氧量的情况那样可 以确保初期电流值和规定阈值的差较大，即使是由于检体中包含的菌种 和选择的培养基的因素使初期电流值和规定阈值的差变小的情况，也可 以高精度地测定溶解氧量。如上所述，本实施方式涉及的氧电极2由于具有电极母材IO(铜)、 层积在电极母材IO表面上的镍层11、层积在镍层11上并且形成于表面 的粒径小于形成于镍层11表面的粒径的钌层12以及层积在钌层12上的 Au层13，因而在Au层13上产生的针孔减少了，可以确保初期电流值和规定阈值的差更大，并可以提高溶解氧量的测定精度。 (实施方式3)在实施方式2中，电极母材10使用了铜，但是本发明并不限于此， 只要适于溶解氧量的测定，电极母材10也可以用其他的材料。例如，在 本实施方式中，电极母材10使用不锈钢。另外，使用了本实施方式涉及 的氧电极的菌数测定装置与图1所示的菌数测定装置的框图相同。并且， 本实施方式中使用的电池1也和图2所示的电池1的截面立体图相同。 因此，省略了菌数测定装置及电池1的详细说明。接着，本实施方式涉及的氧电极2的截面图也和图6所示的截面图 基本相同，不同的是电极母材10使用不锈钢代替了铜。因此，在电极母 材10的表面上通过电镀法层积的镍层11、钌层12、 Au层13和实施方 式1相同。另外，对于本实施方式涉及的氧电极2的结构，也在镍层11和Au 层13之间层积有钌层12，但是本发明并限于此，只要是形成于表面的粒 径小于形成于镍层ll表面的粒径的金属层，也可以是钌以外的金属。例 如，为铑(Rh)或钯(Pd)等。另外，在本实施方式涉及的氧电极2中，在电 极母材10上层积的镍层11、钌层12和Au层13均可以用电镀法形成， 但是本发明并不限于此，也可以是其他的方法例如蒸镀法。本实施方式涉及的氧电极2和实施方式2同样，由于是在镍层11和 Au层13之间层积有钌层12的结构，因而可以减少在Au层13上形成的 针孔。从而，对于使用本实施方式涉及的氧电极2进行测定的情况，也 可以使初期电流值和规定阈值的差变大，即使是由于检体中包含的菌种 和选择的培养基的因素使初期电流值和规定阈值的差变小的情况，也可 以高精度地测定溶解氧量。对于电极母材采用廉价的不锈钢并层积有镍层和Au层的氧电极，由 于在通过剪断等形成氧电极时产生的应力，镍层会产生裂纹，与之相应 的是Au层13也会产生裂纹。但是，本实施方式涉及的氧电极2由于是 在镍层11和Au层13之间层积有钌层12的结构，因而Au层13难以产 生裂纹。据认为，即使镍层ll产生裂纹，由于存在钌层12，镍层ll的裂纹并没有影响到Au层13。另外，氧电极的Au层13产生裂纹时，镍层11或者电极母材IO(不 锈钢)会影响电流值测定，存在的问题是不能测定正常的电流值而观测到 异常波形。但是，通过形成本实施方式涉及的氧电极2的结构，Au层13 难以产生裂纹，同时，由于设有钌层12，镍层11或者电极母材IO(不锈 钢)不会露出，从而不易影响电流值测定，能测定正确的电流波形。具体来说，图9表示使用本实施方式涉及的氧电极2测定溶解氧量 的图表。图10表示使用在不锈钢电极母材上层积有镍层和Au层的氧电 极测定溶解氧量的图表。与图7及图8不同，图9及图10是用氧电极测 定作为特定培养基和特定菌群的组合的特定酶基质培养基中的大肠菌或 者大肠菌群的情况。该情况和图7及图8所示的曲线分布不同，在图9 及图IO中形成的曲线分布中，在测定初期流通了一定的电流值后，电流 值随着溶解氧量降低而降低，之后电流值会上升。在图9及图10的测定中使用的检体中含有大肠菌(E.colilF015034)， 液体培养基使用- ll ， 一卜(注册商标)。并且，在图9的检体中包含的初 期细菌数为102(单位CFU/g)，在图10的检体中包含的初期细菌数为 102(单位CFU/g)。另外，图9及图IO的图表的横轴为测定时间(单位 分钟)，纵轴为电流值(单位nA)。观察图9所示的图表，初期电流值的平均值约为600nA，将规定阈 值设定为OnA附近时，可以确保初期电流值和规定阈值的差约为600nA。 然而，观察图10所示的图表，初期电流值的平均值约为900nA，但规定 阈值仅可以设定为600nA左右。因而，在图10所示的图表中，仅可以确 保初期电流值和规定阈值的差约为300nA。从而可以知道，通过形成本 实施方式涉及的氧电极2的结构，初期电流值和规定阈值的差改善了约 300nA。另外，在图10所示的图表中，除了正常的波形以外，还检测出电流 值从较早期上升的异常波形，对于检测出了该异常波形的氧电极，在Au 层产生了裂纹。但是，使用了本实施方式涉及的氧电极2的情况，在Au 层没有产生裂纹，如图9所示没有观测到异常波形。如上所述，本实施方式涉及的氧电极2由于具有电极母材IO(不锈钢)、层积在电极母材IO(不锈钢)表面上的镍层11、层积在镍层11上并 且形成于表面的粒径小于形成于镍层11表面的粒径的钌层12以及层积 在钌层12上的Au层13，因而在Au层13产生的针孔减少了，可以确保 初期电流值和规定阈值的差更大，并可以提高溶解氧量的测定精度。并 且，本实施方式涉及的氧电极2为不易使Au层13产生裂纹的结构，在 测定溶解氧量时不会观测到异常波形，可以进行正确的测定。 (实施方式4)本实施方式涉及的氧电极为电极母材-镍层-Au层的结构。但是，如 果用一般的电镀条件在己形成的镍层上直接形成Au层，则如实施方式2 中所述，有时在Au层会产生大量的针孔。因此，本实施方式涉及的氧电 极通过对层积在电极母材上的镍层11的表面进行机械抛光处理，可以不 使用钌层12而减少Au层的针孔。在此，机械抛光处理为喷射式擦洗处 理、电刷擦洗处理和抛光研磨等。以下，使用喷射式擦洗处理进行说明。首先，使用了本实施方式涉 及的氧电极的菌数测定装置及电池与图1及图2所示的相同，因而省略 详细说明。并且，本实施方式涉及的氧电极2的截面图和图3相同。图3 所示的氧电极2中，电极母材10使用铜或者不锈钢。而且，在该电极母 材10的表面通过电镀法层积有镍层11。进而，在该镍层11上通过电镀 法层积Au层13。本实施方式涉及的镍层11在层积Au层13之前被进行喷射式擦洗处 理。本实施方式中使用的喷射式擦洗处理为以往利用于印刷基板的Cu表 面的抛光的处理，其通过向处理对象吹附抛光剂而形成没有斑点的表面。 通过对镍层11应用该喷射式擦洗处理，可以通过物理作用力填埋镍层11 表面形成的针孔，从而可以减少镍层11表面的针孔。如果可以减少在镍层11表面形成的针孔，即使在镍层11上直接通 过电镀法层积Au层13，在Au层13上也不会形成大量的针孔。也就是 说，本实施方式涉及的氧电极2也可以减少在Au层13上形成的针孔， 并和实施方式2同样可以使初期电流值和规定阈值的差变大。如上所述，本实施方式涉及的氧电极2由于具有电极母材IO(铜或者 不锈钢)、层积在电极母材10表面且表面进行了喷射式擦洗处理的镍层 11、层积在镍层ll上的Au层13，因而减少了在Au层13产生的针孔， 可以确保初期电流值和规定阈值的差更大，并可以提高溶解氧量的测定 精度。另外，在本实施方式中对作为底层的镍层ll进行机械抛光处理，但 是也可以对电极母材10的表面或表面金属层13的表面进行机械抛光处 理。通过对电极母材10的表面进行机械抛光处理，电极母材10表面的 凹凸被缓和，可以减少在表面金属层13形成的针孔等缺陷。并且，通过 对表面金属层13的表面进行机械抛光处理，可以在事后修正或减少在表 面金属层13形成的针孔等缺陷。(实施方式5)本实施方式涉及的氧电极也和实施方式4同样直接在镍层上形成Au 层。但是，本实施方式涉及的氧电极并不象实施方式3那样对镍层实施 喷射式擦洗处理，而是改善了镍层的电镀方法。另外，使用了本实施方 式涉及的氧电极的菌数测定装置及电池与图1及图2所示的相同，因而 省略详细说明。并且，本实施方式涉及的氧电极2的截面图也和图3相 同，因而省略了详细说明。像图3那样，本实施方式也在电极母材IO(铜或者不锈钢)上层积镍 层11。但是，本实施方式的镍层11通过与以往的电镀方法不同的超临界 电镀法而形成。在此，所谓超临界电镀法是使用加入有表面活性剂和二氧化碳并使 它们处于悬浮状态的电镀液，通过使二氧化碳处于超临界状态而进行电 镀的方法。另外，所谓超临界状态是指在状态图中位于温度、压力、熵 图的临界点以上的温度、压力的状态。具体来说，超临界电镀法中，首 先向耐高压的反应液槽中加入镍用的电镀液和与该电镀液成规定比例的 表面活性剂，在阴极上安装并密封经脱脂的电极母材IO(铜或者不锈钢)、 在阳极上安装并密封纯镍板。随后，用恒温槽将温度升高至32X:或者32'C 以上，然后用输液泵及压力调节器将反应液槽内的压力升高至8Mpa或者8Mpa以上。进而，在反应液槽内封入二氧化碳，并用搅拌器搅拌二氧化 碳、表面活性剂及电镀液使它们悬浮。然后，以规定的电流值在阴极和 阳极之间通电几分钟，进行镀镍。通过使用超临界电镀法而形成的镍层11，针孔少、致密，且形成于 表面的粒径也变小。图11表示超临界电镀法形成的镍层11表面的扫描 式电子显微镜(SEM)照片，图12表示以往的电镀法形成的镍层11表面的 扫描式电子显微镜(SEM)照片。图11的镍层11表面致密，也没有形成针 孔，几乎没有形成凹凸。但是，在图12的镍层11表面，形成大量针孔， 显示出形成凹凸的样子。另外，图11及图12均是放大了 500倍的镍层 11表面。由图11及图12也可以知道，通过使用超临界电镀法可以减少形成 于镍层ll表面的针孔，也可以使粒径变小，因而即使通过电镀法直接在 镍层11上层积Au层13，在Au层13也不会形成大量的针孔。这样，本 实施方式涉及的氧电极2中如果能减少Au层13的针孔，则认为其和实 施方式1或者实施方式2同样能够使初期电流值和规定阈值的差变大。如上所述，本实施方式涉及的氧电极2具有电极母材IO(铜或者不锈 钢)、层积在电极母材10表面的镍层11、层积在镍层ll上的Au层13， 由于镍层11是通过超临界电镀而形成的，因而在Au层13产生的针孔减 少了，可以确保更大的初期电流值和规定阈值的差，并可以提高溶解氧 量的测定精度。另外，在镍层11上形成针孔的原因之一是在镍层11的表面产生的 氢气。据认为，由于该氢气对二氧化碳比对水更有亲和性，因而通过在 二氧化碳中电镀镍层11可以减少针孔。从而本实施方式中采用的镍层11 并不限于通过超临界电镀而形成，也可以使用通过在二氧化碳中进行电 镀而形成的镍层11。以上详细地说明了本发明，但是上述的说明对于整个保护范围仅是 例示，本发明并不限于此。可以理解，在不超出本发明的范围能够想象 出没有例示的无数的变形例。
权利要求
1、一种氧电极，其是用于测定液体培养基中的溶解氧量的氧电极(2)，该氧电极具有电极母材(10)、第1底层(11)以及表面金属层(13)，所述电极母材(10)由铜构成，所述第1底层(11)覆盖所述电极母材(10)的表面并由镍构成，所述表面金属层(13)覆盖所述第1底层(11)的表面并由金构成。
2、 根据权利要求1所述的氧电极(2)，其特征在于，所述电极母材(IO) 的表面、所述第1底层(11)的表面及所述表面金属层(13)的表面中的至少 一个表面经过机械抛光处理。
3、 根据权利要求1所述的氧电极(2)，其特征在于，所述表面金属层 (13)通过电镀形成于所述第1底层(ll)上。
4、 根据权利要求2所述的氧电极(2)，其特征在于，所述表面金属层 (13)通过电镀形成于所述第1底层(ll)上。
5、 根据权利要求1所述的氧电极(2)，其特征在于，所述表面金属层 (13)的厚度大于或等于0.3微米。
6、 根据权利要求2所述的氧电极(2)，其特征在于，所述表面金属层 (13)的厚度大于或等于0.3微米。
7、 根据权利要求1至6中的任意一项所述的氧电极(2)，其特征在于， 所述第1底层(ll)通过在二氧化碳中进行电镀而形成。
8、 根据权利要求7所述的氧电极(2)，其特征在于，所述二氧化碳处于超临界状态。
全文摘要
本发明涉及氧电极，所述氧电极具有能以可一次性使用的成本形成的结构。本发明提供用于测定液体培养基中的溶解氧量的氧电极(2)，所述氧电极(2)具有电极母材(10)、第1底层(11)以及表面金属层(13)，所述电极母材(10)由铜构成，所述第1底层(11)覆盖所述电极母材(10)的表面并由镍构成，所述表面金属层(13)覆盖所述第1底层(11)的表面并由金构成。
文档编号G01N27/30GK101216447SQ20071019983
公开日2008年7月9日 申请日期2004年8月2日 优先权日2004年8月2日
发明者宇津野万里子, 赤松惠 申请人:大金工业株式会社