CZ305433B6

CZ305433B6 - Method of automated measuring electrochemical signals on several sets of electrodes and apparatus for making the same

Info

Publication number: CZ305433B6
Application number: CZ2007-40A
Authority: CZ
Inventors: Tomáš Navrátil; Bogdan Yosypchuk; Miroslav Fojta
Original assignee: Ústav Fyzikální Chemie J. Heyrovského Av Čr, V.V.I.
Priority date: 2007-01-18
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2015-09-16
Also published as: CZ200740A3

Abstract

The present invention relates to a method of automated measuring electrochemical signals on several sets of electrodes, wherein each electrode set comprises a measuring, a reference and optionally also an auxiliary electrode. The invention is characterized in that, potential or current signal is applied in a selected sequence to the electrode sets and the measured electrochemical signals are then gradually sensed in that selected sequence. The invention also relates to an apparatus for making the above-described method, the apparatus comprising a control computer (1), comprising a control and evaluation software (2), connected to a D/A converter (3), having its outputs connected to a potentiostat (4) or a galvanostat (5), which are connected to a multiplexer (6) having its contact parallel connected to the sets of electrodes (S1 to Sn). Current output of the multiplexer (6) is connected to a current-voltage converter (7) that is connected to the sensitivity control circuits (8). The output of the sensitivity control circuits (8) is then applied to an amplifier (9), while voltage outputs of the multiplexer are applied directly to the amplifier (9). The amplifier (9) output is applied to the A/D converter (3), and the output of the A/D converter (3) is applied to the control computer (1).

Description

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká způsobu automatizovaného sekvenčního měření elektrochemických signálů na několika sadách elektrod a zařízení k provádění tohoto způsobu měření pro polarografické, voltametrické, chronopotencimetrické, chronoamperometrické, coulometrické a od nich odvozené elektrochemické metody.The invention relates to a method of automated sequential measurement of electrochemical signals on several sets of electrodes and to an apparatus for performing this method of measurement for polarographic, voltammetric, chronopotentimetric, chronoamperometric, coulometric and electrochemical methods derived therefrom.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Moderní elektroanalytické metody nabývají v poslední době, zejména v souvislosti s novými ekologickými, zemědělsko-potravinářskými, biotechnologickými, biomedicínskými a průmyslovými programy stále více na významu. Dovolují stanovovat velmi malé koncentrace produktů či meziproduktů, ale i škodlivin, jakými jsou například těžké kovy, herbicidy apod. Mimořádná pozornost je věnována biologicky významným látkám, mezi jiným i DNA, RNA, enzymům a jiným bílkovinám, kterých je k dispozici většinou jen omezené množství (objem typického vzorku stovky mikrolitrů nebo méně). Na elektrochemické mikroelektrodové systémy provádějící tuto analýzu jsou kladeny velké nároky. Jedná se hlavně o citlivost měření, jeho reprodukovatelnost a v souvislosti s kvalitou prováděných měření o rychlost a přesnost měření a zaznamenávání výsledků. Neméně důležitou se jeví i časová produktivita měření a náročnost na obsluhu, zejména v těch případech, kdy je nutno analyzovat sady paralelních vzorků, včetně nezbytných pozitivních a negativních kontrol (to je typickým rysem např. analýzy DNA technikami molekulární hybridizace, kde je paralelní nebo automatizovaná sekvenční analýza sad vzorků v praxi naprostou nezbytností).Modern electroanalytical methods have recently become increasingly important, particularly in connection with new environmental, agri-food, biotechnology, biomedical and industrial programs. They allow very low concentrations of products or intermediates, as well as pollutants such as heavy metals, herbicides, etc. Special attention is paid to biologically important substances, including DNA, RNA, enzymes and other proteins, which are mostly available in limited quantities (typical sample volume hundreds of microliters or less). There are high demands on electrochemical microelectrode systems that perform this analysis. These are mainly the sensitivity of the measurement, its reproducibility and, in connection with the quality of the measurements performed, the speed and accuracy of measurement and the recording of results. Equally important is the time productivity of the measurement and the labor intensity, especially in cases where it is necessary to analyze sets of parallel samples, including the necessary positive and negative controls (this is a typical feature of eg DNA analysis by molecular hybridization techniques where parallel or automated sequential analysis of sample sets in practice is absolutely necessary).

Česká republika patří k zemím, kde má jak vývoj, tak praktické užívání elektrochemických metod, především polarografie, a voltametrie, bohatou tradici (Nobelova cena za objev polarografie udělená prof. Heyrovskému v roce 1959). Jejich aplikace v současné době je omezená, a to jak v oblasti vědeckých, tak i praktických laboratoří, a elektrochemické techniky (především voltametrické resp. polarografické) jsou postupně nahrazovány v čím dál větší míře jinými metodami, především spektrálními (AAS, AES). Příčin je hned několik. Jednou z nich je často diskutovaná, avšak naprosto nepodložená obava z toxicity kapalné rtuti (http://www.europarl.europa.eu/news/expert/infopress_page/064—6115—073—03—11—911—20060309IPR06021—14— 03-2006-2006-false/default_cs.htm), která v některých případech vede naprosto protismyslně k nahrazování rtuťové kapkové elektrody rtuťovými filmovými elektrodami, pro jejichž přípravu se však používají látky o několik řádů toxičtější a představující pro životní prostředí daleko větší zatížení.The Czech Republic is one of the countries where both the development and practical use of electrochemical methods, especially polarography, and voltammetry, have a rich tradition (the Nobel Prize for the Discovery of Polarography awarded to Prof. Heyrovský in 1959). Their application is currently limited, both in the field of scientific and practical laboratories, and electrochemical techniques (mainly voltammetric or polarographic) are gradually being replaced by other methods, mainly spectral (AAS, AES). There are several causes. One of these is the often discussed but totally unfounded concern about the toxicity of liquid mercury (http://www.europarl.europa.eu/news/expert/infopress_page/064—6115—073—03—11—911—20060309IPR06021—14— 03-2006-2006-false / default_en.htm), which in some cases leads totally antisense to the replacement of the mercury drop electrode with mercury film electrodes, but the preparation of which uses substances of several orders of magnitude more toxic to the environment.

Pořizovací náklady elektrochemických přístrojů jsou podstatně nižší oproti spektrálním či chromatografickým, které by bylo možno použít pro obdobné účely. Tato výhody je vyvážena jistou nevýhodou v podobě potřeby dostatečně kvalifikované obsluhy, znalé problematiky. Jedním z největších nedostatků bránících většímu rozšíření uvedených metod do praktických laboratoří je však relativně nižší produktivita práce. Zatímco spektrometry bývají vybaveny poměrně často karusely a zpracovávají analýzy sady vzorků včetně jejich vyhodnocení v zásadě automatizovaně, bez většího zásahu obsluhy, srovnatelné elektrochemické přístroje se v současnosti prakticky nevyskytují. Poměrně značným přínosem bylo zavedení počítačem řízených přístrojů. Zvýšení produktivity mohlo přinést připojení více pracovních stojanů k jednomu počítači, který slouží pouze jako řídicí jednotka více přístrojů stejného typu (Dřevínek M., Trojánek F.: Chem. Listy. 2004, 98, 188). Do počítače je vloženo několik interfaceových karet, přičemž každá z nich komunikuje s připojeným elektrodovým systémem. Toto řešení sice zkrátí prostoje, ale je náročnější proThe purchase costs of electrochemical devices are considerably lower compared to spectral or chromatographic devices that could be used for similar purposes. This advantage is counterbalanced by a certain disadvantage in terms of the need for a sufficiently qualified operator, knowledgeable in the field. However, one of the biggest drawbacks to the greater spread of these methods into practical laboratories is the relatively lower productivity of labor. While spectrometers are often equipped with carousels and process analyzes of a set of samples, including their evaluation, in principle automatically, without much operator intervention, comparable electrochemical instruments are practically absent at present. The introduction of computer-controlled devices was a considerable benefit. An increase in productivity could be achieved by connecting multiple workstations to one computer, which serves only as a control unit for multiple devices of the same type (Dřevínek M., Trojánek F .: Chem. Listy. 2004, 98, 188). Several interface cards are inserted into the computer, each communicating with a connected electrode system. This solution will reduce downtime, but is more demanding for

- 1 CZ 305433 B6 obsluhu, a kromě toho, počet stojánků je relativně omezený počtem slotů pro interfaceové karty v běžném počítači (cca 4 až 8).In addition, the number of racks is relatively limited by the number of interface card slots in a conventional computer (about 4 to 8).

Dalším vývojovým stupněm bylo paralelní řízení experimentu pomocí jednoho počítače (Dřevínek M.: Systém pro paralelní analýzu více vzorků elektroanalytickými technikami. PV 2003489). Tento systém počítal se zapojením většího počtu elektrodových systémů, osazených samostatnými galvanostaty a napěťovými sledovací k řídicímu systému tak, že výstupní signály řídicího systému byly přivedeny současně ke všem elektrodovým systémům a měřené signály po případném zpracování přivedeny na jednotlivé vstupy multipíexoru systému pro akvizici dat. To umožňovalo současné zpracování více nezávislých signálů a tudíž zvýšení počtu analytických měření za jednotku času. Značnou nevýhodou tohoto řešení je potřeba více nezávislých elektrodových systémů, jejichž pořizovací cena není zanedbatelná. Na trhu běžně dostupná výpočetní technika (PC, notebooky) vykazuje poměrně dostačující parametry pro řízení a hlavně zpracování dat jednoho experimentu, ale pokud by mělo dojít ke zpracování většího objemu dat v časové jednotce (např. v případě potenciometrického strippingu, rychlých stejnosměrných (DC) či diferenčně pulzních (DP) měřeních), nemusela by být postačující. Dalším problémem při těchto měřeních se jeví přechodové jevy, které vznikají při přepínání multipíexoru mezi jednotlivými systémy.The next development stage was parallel control of the experiment using one computer (Dřevínek M .: System for parallel analysis of multiple samples by electroanalytical techniques. PV 2003489). This system envisaged the connection of a plurality of electrode systems fitted with separate galvanostats and voltage monitoring to the control system, so that the control system output signals were applied simultaneously to all electrode systems and the measured signals after processing were applied to individual inputs of the data acquisition system multiplexer. This allowed multiple independent signals to be processed simultaneously and thus increased the number of analytical measurements per unit of time. A considerable disadvantage of this solution is the need for more independent electrode systems whose acquisition cost is not negligible. Commonly available computer technology (PCs, notebooks) on the market shows relatively sufficient parameters for control and mainly data processing of one experiment, but if more data should be processed in time unit (eg in case of potentiometric stripping, fast DC) or differential pulse (DP) measurements) may not be sufficient. Another problem in these measurements appears transient phenomena that occur when switching multipíexor between systems.

Pokud byl napojen elektrochemický analyzátor na karusel, jednalo se spíše o prototypové kusy ve vědeckých laboratořích.If the electrochemical analyzer was connected to the carousel, it was rather prototype pieces in scientific laboratories.

Dokumenty US 6 758 951 aUS 7358 081 popisují způsob a zařízení pro měření elektrochemických signálů na několika sadách elektrod, které jsou multiplexovány, přičemž měření je řízeno řídicím počítačem. V obou dokumentech se jedná o souběžná či postupná měření stejnou elektrochemickou metodou na všech sadách elektrod.US 6,758,951 and US 7358,081 disclose a method and apparatus for measuring electrochemical signals on several sets of electrodes that are multiplexed, wherein the measurement is controlled by a control computer. Both documents involve simultaneous or sequential measurements using the same electrochemical method on all electrode sets.

Na principu scannovacího elektrochemického mikroskopu je založen přístroj, který přesouvá pomocí krokového motoru titrační desku s 96 otvory, v nichž jsou umístěny analyzované roztoky a pomocí dalšího krokovacího motorku se spouští svazek elektrod do příslušného otvoru, v němž probíhá analýza (Márkle W., Speiser B., Tittel C., Vollmer M.: Electrochimica Acta. 2005, 50, 2753), avšak jeho užití se omezuje pouze na voltametrické techniky.On the principle of scanning electrochemical microscope is based instrument, which by means of stepper motor moves titration plate with 96 holes, in which the analyzed solutions are placed and with the help of another stepper motor is triggered electrode bundle into the relevant hole, where analysis takes place (Márkle W., Speiser B) , Tittel C., Vollmer M .: Electrochimica Acta. 2005, 50, 2753), but its use is limited to voltammetric techniques.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Předmětem předloženého vynálezu je způsob automatizovaného měření elektrochemických signálů na několika sadách elektrod, přičemž každá sada elektrod obsahuje měrnou (pracovní), referentní a případně pomocnou elektrodu, jehož podstata spočívá v tom, že na sady elektrod se postupně ve zvoleném pořadí vkládá potenciálový či proudový signál a měřené elektrochemické signály se postupně snímají ve zvoleném pořadí, přičemž se provádí měření odlišnými metodami s odlišnými parametry na různých sadách elektrod.It is an object of the present invention to provide a method of automated measurement of electrochemical signals on several electrode sets, each electrode set comprising a measurement (reference), reference and optionally auxiliary electrode, comprising the step-by-step insertion of a potential or current signal and the measured electrochemical signals are sequentially sensed in a selected order, being measured by different methods with different parameters on different sets of electrodes.

Elektrochemické signály, které lze takto měřit, jsou například proud nebo potenciál (resp. napětí), popř. jejich časové změny.The electrochemical signals that can be measured in this way are, for example, current or potential (or voltage), respectively. their time changes.

Řešení podle předloženého vynálezu umožňuje automatizované autonomní měření elektrochemických signálů, tj. provádění elektrochemických měření na jednotlivých sadách elektrod různými metodami, s různými parametry měření a/nebo na různých vzorcích při jedné automatizované měřicí sekvenci, což žádný z dosud známých způsobů automatizovaného měření elektrochemických signálů na více sadách elektrod neumožňoval.The solution of the present invention allows for automated autonomous measurement of electrochemical signals, i.e., performing electrochemical measurements on individual electrode sets by different methods, with different measurement parameters and / or on different samples in one automated measuring sequence, more sets of electrodes.

Předmětem předloženého vynálezu je zařízení k provádění způsobu měření podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že sestává z řídicího počítače, obsahujícího řídicí a vyhodnocovací software, spojeného s D/A převodníkem, jehož výstupy jsou připojeny k potenciostatu nebo galvanostatu, které jsou připojeny k multipíexoru, k jehož kontaktům jsou paralelně připojeny sadySUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for carrying out a measurement method according to the invention, which comprises a control computer comprising control and evaluation software connected to a D / A converter, the outputs of which are connected to a potentiostat or galvanostat, which are connected to a multipex, to whose contacts the sets are connected in parallel

-2CZ 305433 B6 elektrod, a proudový výstup z multiplexoru je připojen na převodník proud-napětí, připojený k obvodům řízení citlivosti a následně na zesilovač, zatímco napěťové výstupy z multiplexoru jsou vedeny přímo na zesilovač, přičemž výstup ze zesilovače je veden na A/D převodník, a výstup z A/D převodníku je přiveden do řídicího počítače, přičemž jednotlivé sady elektrod (Sl až Sn) jsou určeny pro měření odlišnými metodami s odlišnými parametry.The electrode output of the multiplexer is connected to a current-voltage converter connected to the sensitivity control circuits and then to an amplifier, while the voltage outputs from the multiplexer are routed directly to the amplifier, with the amplifier output being routed to A / D. the converter, and the output from the A / D converter is fed to a control computer, wherein the individual sets of electrodes (S1 to Sn) are intended for measurement by different methods with different parameters.

Ve výhodném provedení jsou kontakty multiplexoru propojeny tak, že kterákoliv elektroda může sloužit jako společná elektroda pro více sad elektrod, například jako společná pomocná nebo referentní elektroda pro několik čidel.In a preferred embodiment, the multiplexer contacts are interconnected such that any electrode can serve as a common electrode for multiple sets of electrodes, for example, as a common auxiliary or reference electrode for several sensors.

Měření s použitím zařízení pro sekvenční automatizovaná elektrochemická měření probíhá následovně: Z řídicího počítače vybaveného řídicím a vyhodnocovacím softwarem je vygenerován signál, který je přiveden pomocí D/A převodníku na analogový signál, který je přiveden na vstup potenciostatu nebo galvanostatu. Výstupní signál z nich je přiváděn na vstup multiplexoru, který pomocí řídicího signálu vybere příslušnou sadu elektrod (zvolenou měrnou, referentní a pomocnou elektrodu) (S|, S₂,..., S_n). Zařízení umožňuje propojení kontaktů pro referentní, popř. pomocné elektrody tak, že jedna elektroda může sloužit jako společná pro více sad elektrod (Si) (např. společná pomocná elektroda pro několik čidel). Proud protékající těmito elektrodami je následně přiveden na převodník proud-napětí a obvody řízení citlivosti. Takto upravený signál, stejně jako výstupní napěťový signál, který není nijak upravován, vstupují do zesilovače. Výstupní signál zesilovače je přiveden na A/D převodník a digitalizovaný signál je zpracován vyhodnocovacím softwarem v řídicím počítači.Measurements using sequential automated electrochemical measurements are performed as follows: A signal is generated from a control computer equipped with control and evaluation software, which is applied via a D / A converter to an analog signal, which is applied to the potentiostat or galvanostat input. The output signal of which is input to a multiplexer that uses the control signal selects the appropriate set of electrodes (chosen measuring, Reference and counter electrodes) (S |, S _2, ... S _n). The device enables connection of contacts for reference, resp. auxiliary electrodes such that a single electrode can serve as a common for multiple sets of electrodes (Si) (eg, a common auxiliary electrode for several sensors). The current flowing through these electrodes is then applied to the current-voltage converter and the sensitivity control circuits. The signal thus adjusted, as well as an output voltage signal that is not adjusted in any way, are input to the amplifier. The amplifier output signal is applied to the A / D converter and the digitized signal is processed by the evaluation software in the control computer.

Multiplexor zabudovaný v zařízení podle vynálezu umožňuje řízenou aktivaci zvolené sady elektrod, jak pro vkládání vstupních, tak pro registraci a měření výstupních signálů sady elektrod (měrná, referentní a popř. pomocná). Řídicí software určuje, která ze sady elektrod bude v určenou chvíli aktivní (ostatní nejsou připojeny) a nastavuje odpovídajícím způsobem multiplexor tak, aby byly vkládány či odečítány příslušné signály ze zvolených elektrod. Měřené analogové signály jsou zesíleny zesilovačem, následně pak digitalizovány a přenášeny do řídicího počítače, v němž mohou být v digitální podobě data ukládána, přenášena z něj do dalších zařízení a periferií (monitor, tiskárna aj.), či dále zpracovávána či archivována.The multiplexer embedded in the device according to the invention enables the controlled activation of the selected electrode set, both for input and for the registration and measurement of the output signals of the electrode set (specific, reference and auxiliary). The control software determines which of the electrode sets will be active at the specified time (the others are not connected) and sets the multiplexer accordingly to insert or subtract the appropriate signals from the selected electrodes. The measured analog signals are amplified by an amplifier, then digitized and transmitted to a control computer, where data can be stored in digital form, transferred from it to other devices and peripherals (monitor, printer, etc.), or further processed or archived.

Zařízení může pracovat, jak v dvoj-, tak v trojelektrodovém uspořádání.The device can operate in both two- and three-electrode configurations.

Hlavní přínos zařízení podle předloženého vynálezu spočívá v tom, že prostřednictvím řídicího softwaru lze pro každou sadu elektrod určit samostatnou elektrochemickou techniku či jejich kombinaci (např. stejnosměrnou, cyklickou, diferenčně pulzní, tast, normální pulzní voltametrii či polarografii, square-wave voltametrii, potenciometrický stripping, diferenční potenciometrický stripping, chronopotenciometrii, chronocoulometrii), zvolit dvoj- či trojelektrodové uspořádání a zvolit následnou techniku vyhodnocení (podle náboje, plochy signálového píku, jeho výšky) a sled, ve kterém mají být sady elektrod připojovány, a měření provést za aplikace rozdílných parametrů pro každou sadu elektrod.The main benefit of the device according to the present invention is that by means of the control software, a separate electrochemical technique or a combination thereof (eg DC, cyclic, differential pulse, tast, normal pulse voltammetry or polarography, square-wave voltammetry, potentiometric stripping, differential potentiometric stripping, chronopotentiometry, chronocoulometry), select two- or three-electrode arrangement and select the following evaluation technique (according to charge, signal peak area, height) and sequence in which electrode sets are to be connected and perform measurements using different parameters for each set of electrodes.

Počet sad elektrod je určen možnostmi multiplexoru (např. od 2 do 256). Pro potlačení vnějšího šumu je zařízení vybaveno uzemněním, které je možno připojit na vnější uzemňovací zařízení, a zároveň je celé zařízení možno umístit do Faradayovy klece. Zařízení je schopnost pracovat s velkou přesností, a to i pro velmi rychlá měření, kde se rychlosti polarizace pohybují okolo jednotek voltů za sekundu (což dovoluje podstatně zvýšit citlivost metody měření, hlavně ve stejnoměrných (DC) technikách). Výběrem kvalitních součástek s minimální tolerancí je zajištěna dobrá reprodukovatelnost výsledků.The number of electrode sets is determined by the multiplexer options (eg, from 2 to 256). To suppress external noise, the device is provided with a grounding device that can be connected to an external grounding device while the entire device can be placed in a Faraday cage. The device is capable of working with great precision, even for very fast measurements, where the polarization rates are around units of volts per second (which allows to significantly increase the sensitivity of the measurement method, especially in uniform (DC) techniques). The selection of quality components with a minimum tolerance ensures good reproducibility of the results.

Před zahájením měřicího bloku se nastaví všechny požadované parametry a konstanty v řídicím programu řídicího počítače. Měření se realizují automatizovaně, bez dalších zásahů obsluhy sekvenčně (ve zvoleném pořadí) na celém souboru sad elektrod či jeho části (třeba i jediné saděBefore the start of the measuring block, all required parameters and constants are set in the control program of the control computer. Measurements are performed automatically, without further operator intervention sequentially (in the selected order) on all or part of the electrode set (even a single set)

-3CZ 305433 B6 elektrod). Při automatizovaných měřeních je pomocí řídicích signálů v daném okamžiku připojena vždy jen jediná sada elektrod, na niž a z níž se přenáší vkládané, resp. měřené signály.-3E 305433 B6 electrodes). For automated measurements, only one set of electrodes is connected to the control signals at a time, to and from which the insertion or insertion of the electrodes is transmitted. measured signals.

Sady elektrod k provádění elektrochemických měření jsou připojeny k měřicímu boxu paralelně.Electrode sets for performing electrochemical measurements are connected to the measuring box in parallel.

Sady elektrod jsou umístěny buď jednotlivě každá zvlášť, nebojsou spojeny ve větší blok či bloky senzorů.The electrode sets are either located individually individually or connected to a larger sensor block or blocks.

Ve výhodném provedení jsou sady elektrod vytvořeny jako sdružený senzor, který sestává z vhodné izolační podložky (těla senzoru, vyrobeného z materiálu jako je např. teflon, polyethylen, plexisklo, PVC), ohraničené vyvýšeným okrajem elektrodového prostoru, v němž jsou uspořádány elektrody, centrálně rozmístěné kolem společné referenční nebo pomocné elektrody, která je umístěna uprostřed, přičemž případná třetí elektroda je vsunuta do analyzovaného roztoku látky, jenž překrývá uvedené elektrody. Tento sdružený senzor může obsahovat jeden nebo více druhů sad elektrod. Elektrody jsou uspořádané tak, že uprostřed těla senzoru se nachází společná pomocná nebo referenční elektroda (E_p, E_r). Po obvodu jsou rozmístěny jednotlivé stejné či různé měrné elektrody (E_M). Elektrodový prostor je umístěn v ohraničené části předmětného senzoru, do nějž se vnáší analyzovaný roztok. Případná třetí elektroda (referenční či pomocná) se vsune do tohoto ohraničeného prostoru. Celkový počet měrných elektrod se v principu může pohybovat od 2 do 256 či více. Všechny elektrické kontakty mohou být připojeny k multiplexoru zařízení podle vynálezu, který řídí a vyhodnocuje signály.In a preferred embodiment, the electrode sets are formed as a mating sensor which comprises a suitable insulating pad (sensor body made of a material such as Teflon, polyethylene, plexiglass, PVC) bounded by a raised edge of the electrode space in which the electrodes are arranged centrally disposed around a common reference or auxiliary electrode, which is located centrally, with an optional third electrode inserted into the analyte solution of the substance overlying said electrodes. The composite sensor may comprise one or more kinds of electrode sets. The electrodes are arranged such that a common auxiliary or reference electrode (E _p , E _r ) is located in the center of the sensor body. The same or different measurement electrodes (E _M ) are distributed around the perimeter. The electrode compartment is located in a delimited portion of the subject sensor into which the analyte is introduced. Any third electrode (reference or auxiliary) is inserted into this confined space. The total number of measuring electrodes may in principle range from 2 to 256 or more. All electrical contacts can be connected to a multiplexer of a device according to the invention which controls and evaluates the signals.

Jiné výhodné uspořádání sad elektrod je vhodné pro použití například jednorázových tištěných (screen printed) elektrod. Po obvodu kruhového či oválného či mnohoúhelníkového těla elektrodového držáku jsou uspořádány měrné elektrody nebo nosiče měrných elektrod, na kterých jsou nanesené pracovní elektrodové materiály, ve středu držáku je umístěna referentní a popřípadě také pomocná elektroda, přičemž všechny elektrody vystupují na stejné straně těla elektrodového držáku a jsou při měření ponořeny do měřeného roztoku. Všechny elektrické kontakty mohou vést k multiplexoru zařízení podle vynálezu, které řídí, vyhodnocuje a zpracovává signály. Elektrody upevněné v držáku mohou být při měření ponořeny do společné nádobky se základním elektrolytem či zkoumanou látkou (případně dalšími komponentami analytické procedury). Toto uspořádání je vhodné zejména pro ty případy, kdy je analyzovaná látka (např. DNA) mobilizována na povrchu měrných elektrod. Každá ze sad elektrod upevněných v držáku může být ponořena v jiném analyzovaném roztoku nebo všechny měrné elektrody mohou být ponořeny do stejného analyzovaného roztoku a pak lze použít jedinou společnou referentní a jedinou společnou pomocnou elektrodu.Another preferred arrangement of electrode sets is suitable for the use of, for example, disposable screen printed electrodes. Around the circumference of the round or oval or polygonal body of the electrode holder are provided measuring electrodes or measuring electrode carriers on which working electrode materials are deposited, in the center of the holder there is a reference and possibly also an auxiliary electrode, all electrodes extending on the same side of the electrode holder are immersed in the measured solution during measurement. All electrical contacts can lead to a multiplexer of the device according to the invention which controls, evaluates and processes the signals. The electrodes fixed in the holder can be immersed in a common vessel with the basic electrolyte or test substance (or other components of the analytical procedure). This arrangement is particularly suitable for those cases where the analyte (eg DNA) is mobilized on the surface of the measuring electrodes. Each of the electrode sets mounted in the holder may be immersed in a different analyte solution or all of the specific electrodes may be immersed in the same analyte solution and then a single common reference and a single common auxiliary electrode may be used.

Dalším výhodným uspořádáním je lineární blok nádobek sestávající ze soustavy nádobek, k němuž může být připojen libovolný lineární držák měrných elektrod, či tyto měrné elektrody mohou být připevněny každá zvlášť, přičemž v každé nádobce je umístěna samostatná referentní a popřípadě pomocná elektroda a v lineárním držáku měrných elektrod jsou uspořádány měřené elektrody tak, že po nasazení lineárního držáku elektrod na soustavu nádobek je každá měrná elektroda vsunuta v jedné nádobce. Toto uspořádání je vhodné spíše pro měření sady různých vzorků obsahujících analyzovanou látku v roztoku. Blok sestává z nádobek pro měření v oddělených kompartmentech, vytvořených (např. vyvrtaných) ve vhodném materiálu (plexisklu, polyethylenu aj.). V každém kompartmentu je zabudována či zasunuta referentní elektroda (E_r) a případně pomocná elektroda (E_p). Pomocné elektrody mohou být vzájemně propojeny a zapojeny ke společné zdířce na mnohokanálovém přístroji.Another preferred embodiment is a linear container block consisting of a plurality of containers to which any linear electrode holder can be attached, or each of the electrodes can be mounted separately, each with a separate reference and optionally auxiliary electrode and a linear measurement holder The electrodes are arranged to measure the electrodes in such a way that, after the linear electrode holder has been placed on the set of containers, each measuring electrode is inserted in one container. Rather, this arrangement is suitable for measuring a set of different samples containing the analyte in solution. The block consists of containers for measurement in separate compartments, formed (eg drilled) in a suitable material (plexiglass, polyethylene, etc.). A reference electrode (E _r ) and optionally an auxiliary electrode (E _p ) are incorporated or inserted in each compartment. The auxiliary electrodes can be interconnected and connected to a common socket on the multi-channel device.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Obr. 1 znázorňuje blokové schéma mnohokanálového přístroje pro sekvenční automatizovaná elektrochemická měření, sestávajícího z (1) - řídicího počítače: (2) - řídicího a vyhodnocovacího software; (3) - D/A a A/D převodníků; (4) - potenciostatu; (5) - galvanostatu; (6) - multiplexo-4CZ 305433 B6 ru; (7) - převodníku proud-napětí; (8) - obvodů řízení citlivosti; (9) - zesilovače; Sl, S2,..., Sn sady elektrod (měrná, referentní a pomocná elektroda).Giant. 1 illustrates a block diagram of a multi-channel sequential automated electrochemical meter, consisting of (1) a control computer: (2) a control and evaluation software; (3) - D / A and A / D converters; (4) - potentiostat; (5) - galvanostat; (6) - multiplexo-4EN 305433 B6 ru; (7) - current-voltage converter; (8) - sensitivity control circuits; (9) - amplifiers; S1, S2, ..., Sn electrode sets (specific, reference and auxiliary electrodes).

Obr. 2 představuje náiys (A) a bokorys (B) výhodného provedení sdruženého senzoru pro komplexní měření vzorku pro připojení k mnohokanálovému přístroji. (10) E_M - měrné elektrody; (11) - E_r, E_p - referentní nebo pomocná elektroda; (12) - hranice elektrodového prostoru; (13) elektrodový prostor; (16)-tělo senzoru.Giant. 2 is a plan view (A) and a side view (B) of a preferred embodiment of a compound sensor for complex sample measurement for connection to a multi-channel instrument. (10) E _M - measuring electrodes; (11) - E _r , E _p - reference or auxiliary electrode; (12) - boundary of the electrode space; (13) electrode space; (16) -the sensor body.

Obr. 3 znázorňuje výsledek analýzy směsi adeninu (Ade) a guaninu (Gua) pomocí sdruženého 8— elektrodového senzoru pro komplexní měření vzorku při připojení k mnohokanálovému přístroji pro sekvenční automatizovaná elektrochemická měření.Giant. 3 shows the result of the analysis of a mixture of adenine (Ade) and guanine (Gua) using a coupled 8-electrode sensor for complex sample measurement when connected to a multi-channel sequential automated electrochemical measurement device.

Použité zkratky: m-AgSAE - stříbrná pevná amalgámová elektroda modifikovaná rtuťovým meniskem, MF-AgSAE - stříbrná pevná amalgámová elektroda modifikovaná rtuťovým filmem, p-AgSAE - leštěná stříbrná pevná amalgámová elektroda modifikovaná rtuťovým filmem, mCuSAE - měděná pevná amalgámová elektroda modifikovaná rtuťovým meniskem, CuE - měděná elektroda; AuE - zlatá elektroda; PtE - platinová elektroda; GCE - elektroda ze skelného uhlíku;Abbreviations used: m-AgSAE - silver solid amalgam electrode modified by mercury meniscus, MF-AgSAE - silver solid amalgam electrode modified by mercury film, p-AgSAE - polished silver solid amalgame electrode modified by mercury film, mCuSAE - copper solid amalgam electrode CuE - copper electrode; AuE - gold electrode; PtE - platinum electrode; GCE - glass carbon electrode;

DCV - stejnosměrná voltametrie, CSV - katodická stripping voltametrie, DPV - diferenčně pulzní voltametrie, CV - cyklická voltametrie, £_acc - potenciál akumulace, E_reg - potenciál regenerace, - počáteční potenciál, Ef,„ - konečný potenciál, £_rev = reverzní potenciál, í_acc - doba akumulace, v - rychlost polarizaceDCV - DC voltammetry, CSV - cathodic stripping voltammetry, DPV - differential pulse voltammetry, CV - cyclic voltammetry, £ _acc - accumulation potential, E _reg - regeneration potential, - initial potential, Ef, „- final potential, £ _rev = reverse potential , í _acc - accumulation time, v - polarization rate

A: DC - CSV na měrné elektrodě m-AgSAE; 3B: DC - CSV na měrné elektrodě MF-AgSAE;A: DC - CSV on m-AgSAE specific electrode; 3B: DC-CSV on MF-AgSAE measurement electrode;

3C: DC - CSV na měrné elektrodě p-AgSAE; DC - CSV na měrné elektrodě CuE; 3E: CV na měrné elektrodě m-CuSAE; 3F: DPV na měrné elektrodě AuE; 3G: DPV na PtE; 3H: DPV na měrné elektrodě GCE;3C: DC-CSV on p-AgSAE specific electrode; DC - CSV on CuE specific electrode; 3E: CV on m-CuSAE specific electrode; 3F: DPV on AuE measurement electrode; 3G: DPV on PtE; 3H: DPV on GCE measurement electrode;

Křivka 1: základní elektrolyt: 0,lM octanový pufr pH 4,8; Křivka 2: základní elektrolyt, 5T0^_5M Gua a 5 - 10“⁵M Ade. DCV a CV rychlost polarizace v = 500 mV s'¹, DPV v = 20 mV s“¹. Elektrochemická regenerace před každým scanem pro m-AgSAE, MF-AgSAE, p-AgSAE a m-CuSAE: £reg = -1300 mV, Zreg = 30 s; pro CuE: £reg = -900 mV, Zreg = 30 s; pro AuE: £reg = M00 mV, Zreg = 30 s; pro PtE: £reg i = -200 mV, Zreg i = 30 s, £reg 2 = +200 mV, Zreg 2 = 30 s; pro GCE: £reg i = 200 mV, Zreg i = 30 s, £reg2 ⁼ +400 mV, Zreg2 = 30 s. Další důležitější parametry pro stanovení na m-AgSAE: DCV, £_acc = -100 mV, Z_acc = 60 s, v = 500 mV s*¹; pro MF-AgSAE: DCV, £acc = -150 mV, Zacc = 60 s, v = 500 mV s~‘; pro p-AgSAE: DCV, £acc = -200 mV, Zacc = 60 s, v = 500 mV s^_l; pro CuE: DCV, £acc = -250 mV, Z_acc = 60 s, v = 500 mV s“¹; pro m-CuSAE: CV, £acc = +200 mV, £fin = +1400 mV, v = 20 mV s^_l; pro PtE; DPV, E,„ = +200 mV, £f,„ = +1350 mV, v = 20 mV s“¹; pro GCE: DPV, £in = +200 mV, £_fin = +1400 mV, v = 20 mV s^-1.Curve 1: base electrolyte: 0.1 M acetate buffer pH 4.8; Curve 2: basic electrolyte 5T0 ^_5 M guanidine and 5 to 10 ^"5 M Ade. DCV and CV polarization rate v = 500 mV s ' ¹ , DPV v = 20 mV s' ¹ . Electrochemical recovery prior to each scan for m-AgSAE, MF-AgSAE, p-AgSAE, and m-CuSAE:? Reg = -1300 mV, Zreg = 30 s; for CuE: ε reg = -900 mV, Zreg = 30 s; for AuE: reg reg = M00 mV, Zreg = 30 s; for PtE: £ reg i = -200 mV, Zreg i = 30 s, £ reg 2 = +200 mV, Zreg 2 = 30 s; for GCE: £ reg i = 200mV, Zreg i = 30s, £ reg2 ^{= +} 400mV, Zreg2 = 30s. Other more important parameters for determination on m-AgSAE: DCV, £ _acc = -100mV, Z _acc = 60 s, v = 500 mV s * ¹ ; for MF-AgSAE: DCV, ε acc = -150 mV, Zacc = 60 sec, v = 500 mV sec ~ '; for β-AgSAE: DCV, ε acc = -200 mV, Zacc = 60 s, v = 500 mV s ^-1 ; for CuE: DCV, ε acc = -250 mV, ε _acc = 60 s, v = 500 mV s ^{1 1} ; for m-CuSAE: CV,? acc = +200 mV,? fin = +1400 mV, v = 20 mV s ^-1 ; for PtE; DPV, E, "= + 200 mV, £ f," = + 1350 mV, v = 20 mV s "¹; GCE for: DPV in £ = +200 mV £ _fin = +1400 mV, = 20 mV s ^-1.

Obr. 4 znázorňuje nárys (A) a bokorys (B) výhodného provedení kruhového držáku elektrod pro připojení k mnohokanálovému přístroji. (17) - Em - Měrné elektrody; (18) - E_r - Referentní elektroda; (19) - E_p - Pomocná elektroda (20) - Tělo elektrodového držáku; (22) - Aktivní elektrodový materiál měrné elektrody; (23) - E_r - Referentní elektroda; (24) - E_p - Pomocná elektroda; (25) - Kontakty elektrod; (26) - Nosiče měrných elektrod.Giant. 4 shows a front view (A) and a side view (B) of a preferred embodiment of a round electrode holder for connection to a multi-channel apparatus. (17) - Em - Specific electrodes; (18) - E _r - Reference electrode; (19) - E _p - Auxiliary electrode (20) - Electrode holder body; (22) - Active electrode material of the measuring electrode; (23) - E _r - Reference electrode; (24) - E _p - Auxiliary electrode; (25) - Electrode contacts; (26) - Specific electrode carriers.

Obr. 5 ukazuje (A) bokorys výhodného provedení lineárního bloku nádobek pro připojení k mnohokanálovému přístroji a možné provedení lineárního držáku elektrod, (B) nárys výhodného provedení lineárního bloku nádobek dle obr. 5(A). (27) - Tělo elektrodového držáku podle příkladu; (28) - Otvory pro umístění vzorku a měrných elektrod; (29) - E_r - Referenční elektrody; (30) - Spojovací kontakt pomocných elektrod; (31) - E_p - Pomocné elektrody; (32) - Kontakty měrných elektrod; (33) - Tělo lineárního elektrodového držáku; (34) - Nosiče měrných elektrod; (35) - Aktivní elektrodový materiál měrné elektrody.Giant. 5 shows (A) a side view of a preferred embodiment of a linear container block for connection to a multi-channel apparatus and a possible embodiment of a linear electrode holder; (B) a front view of a preferred embodiment of a linear container block of FIG. 5 (A). (27) - An electrode holder body according to an example; (28) - Holes for sample and measuring electrode placement; (29) - E _r - Reference electrodes; (30) - Auxiliary electrode connection contact; (31) - E _p - Auxiliary electrodes; (32) - Measuring electrode contacts; (33) - Linear electrode holder body; (34) - Measuring electrode carriers; (35) - Active electrode material of the measuring electrode.

-5CZ 305433 B6-5GB 305433 B6

Vynález je dále objasněn na následujících příkladech, aniž by jimi byl jakkoliv omezen.The invention is further illustrated by the following examples without being limited thereto.

Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Příklad 1Example 1

8-kanálový přístroj pro připojení 8 měrných elektrod k mnohokanálovému přístroji pro sekvenční automatizovaná elektrochemická měření.8-channel instrument for connecting 8 measuring electrodes to a multi-channel instrument for sequential automated electrochemical measurements.

8-kanálový přístroj, jehož blokové schéma je znázorněno na obr. 1, je řízen počítačem I se softwarem Multielchem 2. Do takovéhoto stolního počítače vybaveného sběrnicí PCI je vsunuta multifunkční interfaceová karta s vysokým rozlišením PCI—1716 (16-bitové rozlišení; vzorkovací iychlost 250 KS/s, 16 digitálních vstupních kanálů, 16 digitálních výstupních kanálů, jeden 10MHz čítač s 16-bitovým rozlišením) (Advantech, USA), která v sobě obsahuje mj. A/D a D/A převodníky 3. Tato karta je vybavena PCI sběrnicí pro řízení přenosu dat. Pro řízení byl použit operační systém Windows XP, počítač s procesorem Intel Pentium 2, 128 MB RAM. Interfaceová karta je pomocí 68-pinového SCSI kabelu spojena s měřicím boxem, vybaveným potenciostatem 4, galvanostatem 5, multiplexorem 6, převodníkem proud-napětí 7, obvody 8 pro řízení citlivosti a zesilovačem 9.The 8-channel device, whose block diagram is shown in Fig. 1, is controlled by a computer I with Multielchem 2 software. A PCI-1716 high-resolution multifunction interface card (16-bit resolution; sample rate) is inserted into such a PCI-equipped desktop computer. 250 KS / s, 16 digital input channels, 16 digital output channels, one 10MHz 16-bit resolution counter (Advantech, USA), which includes A / D and D / A converters 3. This card is equipped with PCI bus for data transfer control. The operating system was Windows XP operating system, computer with Intel Pentium 2 processor, 128 MB RAM. The interface card is connected by means of a 68-pin SCSI cable to a measuring box equipped with potentiostat 4, galvanostat 5, multiplexer 6, current-voltage converter 7, sensitivity control circuits 8 and amplifier 9.

Řídicí signály podle pokynů řídicího software jsou zpracovány interfaceovou kartou a řídicím boxem. Z řídicího počítače i vybaveného řídicím a vyhodnocovacím softwarem 2 je vygenerován signál, který je převeden pomocí D/A převodníku 3 na analogový signál, který je přiveden na vstup potenciostatu 4 nebo galvanostatu 5. Výstupní signál z nich je přiváděn na vstup multiplexoru 6, který pomocí řídicího signálu vybere příslušnou sadu senzorů (zvolenou měrnou, referentní a pomocnou elektrodu). V uvedeném výhodném případě bylo možno připojit 8 sad elektrod (8 měrných, 8 referentních) (S_b S₂,..., S₈). Pro úsporu objemu řídicího boxu byla zvolena jediná přípojná svorka pro pomocnou elektrodu, společnou pro všechny sady elektrod. Proud protékající těmito elektrodami je po výstupu z multiplexoru následně přiveden na převodník 7 proud-napětí a obvody 8 řízení citlivosti. Takto upravený signál, stejně jako napěťový signál, vstupují do zesilovače 9. Výstupní signál zesilovače je přiveden na A/D převodník 3 a digitalizovaný signál je zpracován vyhodnocovacím softwarem 2 v řídicím počítači L Některé jednoduché obvody, které plní pouze pomocnou funkci, nejsou z důvodů přehlednosti na obr. 1 popisovány (např. přepínače elektrod, obvody řízení multiplexory).The control signals are processed by the interface card and the control box as directed by the control software. From the control computer 1 equipped with the control and evaluation software 2 a signal is generated which is converted by means of the D / A converter 3 into an analog signal which is applied to the input of potentiostat 4 or galvanostat 5. The output signal is applied to the multiplexer 6 input. selects the appropriate sensor set (control, reference and auxiliary electrode) using the control signal. In the preferred case, it was possible to connect 8 sets of electrodes (8 specific, 8 reference) (S _b S ₂ , ..., S ₈ ). To save control box volume, a single connection terminal for the auxiliary electrode, common to all electrode sets, was selected. The current flowing through these electrodes is then fed to the current-voltage converter 7 and the sensitivity control circuits 8 upon output from the multiplexer. The signal thus adjusted, as well as the voltage signal, are input to the amplifier 9. The amplifier output signal is applied to the A / D converter 3 and the digitized signal is processed by the evaluation software 2 in the control computer L Some simple circuits which only perform auxiliary functions are not 1 (electrode switches, multiplexer control circuits).

Díky zabudování multiplexoru je umožněna řízená aktivace zvolené sady elektrod (jedné z osmi), jak pro vkládání vstupního, tak pro registraci a měření výstupních signálů sady elektrod (měrná, referentní a popř. pomocná). Řídicí software určuje, která z 8 sad elektrod bude v určenou chvíli aktivní (ostatní nejsou připojeny) a nastavuje odpovídajícím způsobem multiplexor tak, aby byly vkládány či odečítány příslušné signály ze zvolených sad elektrod. Měřené analogové signály jsou v měřicím boxu zesíleny, následně pak digitalizovány a přenášeny do řídicího počítače, v němž mohou být v digitální podobě ukládány, přenášeny z něj do dalších zařízení a periferií (monitor, tiskárna aj.), či dále zpracovávány či archivovány.Thanks to the built-in multiplexer, a controlled activation of the selected electrode set (one of eight) is possible, both for input and registration and measurement of output signals of the electrode set (specific, reference and auxiliary). The control software determines which of the 8 lead sets will be active at the specified time (the others are not connected) and sets the multiplexer accordingly to insert or subtract the appropriate signals from the selected lead sets. Measured analog signals are amplified in the measuring box, then digitized and transmitted to the control computer, where they can be stored in digital form, transferred from it to other devices and peripherals (monitor, printer, etc.), or further processed or archived.

Zařízení je schopno pracovat jak v dvoj-, tak v trojelektrodovém uspořádání.The device is able to work in both two- and three-electrode configuration.

Tento přístroj umožňuje prostřednictvím řídicího softwaru pro každou sadu elektrod určit samostatnou elektrochemickou techniku či jejich kombinaci (stejnosměrnou, cyklickou, diferenčně pulzní, tast, normální pulzní voltametrii či polarografii, potenciometrický stripping, diferenční potenciometrický stripping, chronopotenciometrii, chronocoulometrii), parametry, se kterými má být tato metoda realizována (např. počáteční, konečné potenciály, rychlost polarizace, .„), zvolit dvoj- či trojelektrodové uspořádání a zvolit následnou techniku vyhodnocení (podle výšky píku či vlny nebo podle náboje, resp. plochy signálového píku či vlny) a sled, ve kterém mají být sady elektrod připojovány.This instrument enables to determine for each electrode set separate electrochemical technique or their combination (DC, cyclic, differential pulse, tast, normal pulse voltammetry or polarography, potentiometric stripping, differential potentiometric stripping, chronopotentiometry, chronocoulometry), parameters with which to implement this method (eg initial, final potentials, polarization rate,. "), to choose two- or three-electrode arrangement and to select the subsequent evaluation technique (according to the peak or wave height or charge or area of the signal peak or wave) in which the electrode sets are to be connected.

Pro potlačení vnějšího šumu může zařízení být vybaveno uzemněním, které je možno připojit na vnější uzemňovací zařízení, a zároveň je celé zařízení možno umístit do Faradayovy klece. Zařízení je schopno pracovat s velkou přesností, a to i pro velmi rychlé děje, kde se rychlosti polarizace pohybují v řádu jednotek voltů za sekundu, což dovoluje podstatně zvýšit citlivost metody měření, hlavně v DC technikách. Výběrem kvalitních součástek s minimální tolerancí je zajištěna dobrá reprodukovatelnost výsledků.To suppress external noise, the device can be provided with a grounding device that can be connected to an external grounding device while the entire device can be placed in a Faraday cage. The device is able to work with great accuracy, even for very fast processes, where the polarization velocities are in the order of units of volts per second, which allows to significantly increase the sensitivity of the measurement method, especially in DC techniques. The selection of quality components with a minimum tolerance ensures good reproducibility of the results.

Před zahájením měřicího bloku se nastaví všechny požadované parametry a konstanty v řídicím programu řídicího počítače. Měření se realizují buď automatizovaně (bez dalších zásahů obsluhy) - sekvenčně (ve zvoleném pořadí) na celém souboru sad elektrod, nebo na jeho části (třeba i jediné sadě elektrod). Při automatizovaných měřeních je pomocí řídicích signálů v daném okamžiku připojena jen jediná sada elektrod, na niž a z níž se přenáší vkládané, resp. měřené signály.Before the start of the measuring block, all required parameters and constants are set in the control program of the control computer. The measurements are carried out either automated (without further operator intervention) - sequentially (in the selected order) on the whole set of electrode sets, or on its part (even a single set of electrodes). For automated measurements, only one set of electrodes is connected to the control signals at a given time, to and from which the insertion or insertion of the electrodes is transmitted. measured signals.

Sady elektrod k provádění elektrochemických měření jsou připojeny k měřicímu boxu paralelně. Sady jsou situovány buď jednotlivě každá zvlášť, nebojsou spojeny ve větší blok či bloky senzorů.Electrode sets for performing electrochemical measurements are connected to the measuring box in parallel. The kits are either individually located separately, or connected to a larger sensor block or blocks.

Příklad 2Example 2

Sdružený 8-elektrodový senzor pro komplexní měření vzorku pro připojení k mnohokanálovému přístrojiCoupled 8-electrode sensor for comprehensive sample measurement for connection to a multi-channel instrument

K mnohokanálovému přístroji z příkladu 1 lze připojit sdružený 8-kanálový senzor (obr. 2). Sestává z teflonového válcovitého těla 16 o průměru 10 mm. V horní části je elektrodový prostor 13 o průměru 8 mm, ohraničený hranicí 12 elektrodového prostoru, do nějž je vyvrtáno 8 otvorů, do nichž jsou vneseny elektrodové materiály měrných elektrod JO (stříbrná pevná amalgámová elektroda leštěná (p-AgSAE), filmová (MF-AgSAE) a modifikovaná rtuťovým meniskem (mAgSAE) (všechny 0 0,8 mm), měděná elektroda (0 0,6 mm) (CuE), měděná pevná amalgámová elektroda modifikovaná rtuťovým meniskem (m-CuSAE) (0 0,8 mm), zlatá elektroda (AuE) (0 0,6 mm), platinová elektroda PtE (0 0,6 mm) a elektroda ze skelného uhlíku (GCE; 0 2,0 mm)). Uprostřed těla 16 senzoru je umístěna společná pomocná platinová elektroda J_1 (E_p) (0 0,8 mm). Elektrodový prostor J3 vhodný pro vzorky o objemu 200 až 500 μΐ. Jako referentní se používá stříbrná amalgámová referentní elektroda, která má tvar komplementární k popsanému elektrodovému prostoru 13 a uzavírá jej. Všechny kontakty elektrod byly připojeny ke shora popsanému mnohokanálovému přístroji, který řídí a vyhodnocuje signály.An associated 8-channel sensor can be connected to the multichannel device of Example 1 (Fig. 2). It consists of a Teflon cylindrical body 16 with a diameter of 10 mm. At the top is an electrode compartment 13 with a diameter of 8 mm, bounded by an electrode compartment boundary 12 into which 8 holes are drilled into which electrode materials JO (silver solid amalgam polished (p-AgSAE), film (MF- AgSAE) and modified with mercury meniscus (mAgSAE) (all 0 0.8 mm), copper electrode (0 0.6 mm) (CuE), copper solid amalgam electrode modified with mercury meniscus (m 0.88 mm) , gold electrode (AuE) (0,60.6 mm), platinum electrode PtE (0,60.6 mm) and glassy carbon electrode (GCE; 2,02.0 mm)). A common platinum auxiliary electrode 11 (E _p ) (θ 0.8 mm) is disposed in the center of the sensor body 16. Electrode compartment J3 suitable for samples of 200 to 500 μΐ. A silver amalgam reference electrode having a shape complementary to the described electrode space 13 and closing it is used as reference. All electrode contacts were connected to the multi-channel device described above, which controls and evaluates the signals.

Pomocí sdruženého 8-elektrodového senzoru pro komplexní měření vzorku při připojení k mnohokanálovému přístroji pro sekvenční automatizovaná elektrochemická měření byla proměřena směs adeninu (Ade) a guaninu (Gua) (obr. 3). Měření bylo provedeno po vložení níže uvedených parametrů zcela automaticky, stiskem jediné klávesy, bez jakéhokoliv dalšího zásahu obsluhy či nutnosti její přítomnosti, během přibližně 15 minut.The adenine (Ade) and guanine (Gua) mixture was measured using a coupled 8-electrode sensor for complex sample measurement when connected to a multi-channel sequential automated electrochemical measurement instrument (Fig. 3). The measurement was performed automatically after entering the parameters below, by pressing a single key, without any operator intervention or presence, within approximately 15 minutes.

Použité zkratky: m-AgSAE - stříbrná pevná amalgámová elektroda modifikovaná rtuťovým meniskem, MF-AgSAE stříbrná pevná amalgámová elektroda, m-CuSAE měděná pevná amalgámová elektroda modifikovaná rtuťovým meniskem, CuE - měděná elektroda; AuE - zlatá elektroda; PtE - platinová elektroda; GCE - elektroda ze skelného uhlíku. DCV - stejnosměrná voltametrie, CSV - katodická stripping voltametrie, DPV - diferenčně pulzní voltametrie, CV cyklická voltametrie, Ε_Άΐΐ = potenciál akumulace, E_K% - potenciál regenerace, - počáteční potenciál, £fin - konečný potenciál, E_K„ = reverzní potenciál, í_acc - doba akumulace, v - rychlost polarizace.Abbreviations used: m-AgSAE - silver solid amalgam electrode modified by mercury meniscus, MF-AgSAE silver solid amalgam electrode, m-CuSAE copper solid amalgam electrode modified by mercury meniscus, CuE - copper electrode; AuE - gold electrode; PtE - platinum electrode; GCE - glass carbon electrode. DCV - DC voltammetry, CSV - cathodic stripping voltammetry, DPV - differential pulse voltammetry, CV cyclic voltammetry, Ε _Άΐΐ = accumulation potential, E _K% - regeneration potential, - initial potential, £ fin - final potential, E _K „= reverse potential , í _acc - accumulation time, v - polarization rate.

-7CZ 305433 B6-7EN 305433 B6

Obr. 3A znázorňuje DC - CSV na měrné elektrodě m-AgSAE; Obr. 3B znázorňuje DC - CSV na měrné elektrodě MF-AgSAE; Obr. 3C znázorňuje DC - CSV na měrné elektrodě p-AgSAE; Obr. 3D znázorňuje DC — CSV na měrné elektrodě CuE; Obr. 3E znázorňuje CV na měrné elektrodě m-CuSAE; Obr. 3F znázorňuje DPV na měrné elektrodě AuE; Obr. 3G znázorňuje DPV na PtE; 3H: DPV na měrné elektrodě GCE;Giant. 3A shows DC-CSV on an m-AgSAE specific electrode; Giant. 3B depicts DC-CSV on a MF-AgSAE measurement electrode; Giant. 3C shows DC-CSV on a p-AgSAE measurement electrode; Giant. 3D shows DC-CSV on a CuE specific electrode; Giant. 3E shows CV on m-CuSAE specific electrode; Giant. 3F shows DPV on an AuE measurement electrode; Giant. 3G depicts DPV on PtE; 3H: DPV on GCE measurement electrode;

Měření byla provedena při následujících parametrech: DCV a CV rychlost polarizace v = 500 mV s“¹, DPV v = 20 mV s“¹. Elektrochemická regenerace před každým scanem pro mAgSAE, MF-AgSAE, p-AgSAE a m-CuSAE: potenciál regenerace £reg = -1300 mV, doba regenerace Zreg = 30 s; pro CuE: Eng = -900 mV, Zreg = 30 s; pro AuE: £reg = -400 mV, Zreg = 30 s; pro PtE: £reg i = -200 mV, Zreg i = 30 s, £reg2 = +200 mV, Zreg2 = 30 s; pro GCE: £reg i = -200 mV, zreg i = 30 s, £reg 2 ~ +400 mV, Zreg 2 = 30 s. Další důležitější parametry pro stanovení na mAgSAE: DCV, potenciál akumulace £acc = -100 mV, doba akumulace Zacc = 60 s, rychlost polarizace v = 500 mV spro MF-AgSAE: DCV, £acc = -150 mV, Zacc = 60 s, v = 500 mV s“¹; pro pAgSAE: DCV, £acc = -200 mV, Z_acc = 60 s, v = 500 mV s¹; pro CuE: DCV, £acc = -250 mV, Zacc = 60 s, v = 500 mV s“¹; pro m-CuSAE: CV, £acc = -250 mV, Z_acc = 60 s, počáteční potenciál £_in = -250 mV, reverzní potenciál £_rev = -1700 mV, v = 500 mV s“¹; pro AuE; DPV, £in = +200 mV, konečný potenciál £fin = +1400 mV, v = 20 mV s'¹; pro PtE: DPV, £jn = +200 mV, £_fin = + 1350 mV, v = 20 mV s“¹; pro GCE: DPV, £j_n = +200 mV, £fj_n = +1400 mV, v = 20 mV s'¹.The measurements were performed at the following parameters: DCV and CV polarization rate v = 500 mV s ^-1 , DPV v = 20 mV s ^-1 . Electrochemical regeneration before each scan for mAgSAE, MF-AgSAE, p-AgSAE and m-CuSAE: regeneration potential? Reg = -1300 mV, regeneration time Zreg = 30 s; for CuE: Eng = -900 mV, Zreg = 30 sec; for AuE: reg reg = -400 mV, Zreg = 30 s; for PtE: ε reg i = -200 mV, Zreg i = 30 s, ε reg2 = +200 mV, Zreg2 = 30 s; for GCE: £ reg i = -200 mV, zreg i = 30 s, £ reg 2 ~ +400 mV, Zreg 2 = 30 s. Other more important parameters for mAgSAE determination: DCV, accumulation potential £ acc = -100 mV, accumulation time Zacc = 60 s, polarization rate v = 500 mV for MF-AgSAE: DCV, £ acc = -150 mV, Zacc = 60 s, v = 500 mV s'¹; for pAgSAE: DCV, ε acc = -200 mV, ε _acc = 60 s, v = 500 mV s ¹ ; for CuE: DCV, ε acc = -250 mV, Zacc = 60 s, v = 500 mV s ^{1 1} ; for m-CuSAE: CV, £ acc = -250 mV, Z _acc = 60 s, initial potential £ _in = -250 mV, reverse potential £ _rev = -1700 mV, v = 500 mV s “ ¹ ; for AuE; DPV, λin = +200 mV, finite potential λ fin = +1400 mV, v = 20 mV s ^-1 ; for PtE: DPV, j jn = +200 mV, _{fin fin} = + 1350 mV, v = 20 mV s ¹¹ ; for GCE: DPV,? j _n = +200 mV,? fj _n = +1400 mV, v = 20 mV s ^-1 .

Křivka 1: základní elektrolyt: 0,lM octanový pufr pH 4,8; Křivka 2: základní elektrolyt, 5 -10“⁵ M Gua a 5 -10 ⁵ M Ade.Curve 1: base electrolyte: 0.1 M acetate buffer pH 4.8; Curve 2: base electrolyte, 5 -10 ^{5 5} M Gua and 5 -10 ⁵ M Ade.

Příklad 3Example 3

Kruhový držák elektrod pro připojení k mnohokanálovému přístrojiRound electrode holder for connection to multi-channel device

K mnohokanálovému přístroji z příkladu 1 lze jako držák sady elektrod připojit držák pro připojení například jednorázových tištěných (screen printed) elektrod, který je zobrazen na obr. 4 (zobrazeno pro případ 8 měrných elektrod): Do kruhového těla 20 o průměru 58 mm a výšce 3 mm jsou po jeho obvodu do štěrbiny (délka 13 mm) zasunuty nosiče 26 měrných elektrod z keramiky, na kteiých jsou nanesené (natištěné) pracovní elektrodové materiály 22 z uhlíkového materiálu. Z opačné strany těla jsou připevněny elektrodové kontakty 25. Ve střední části těla jsou zasunuty referentní (E_r) (1M argentochloridová) elektroda 18 (otvor o průměru 7 mm) a případně společná pomocná platinová elektroda 19 (otvor o průměru 5 mm) (E_p). Všechny elektrické kontakty vedou k shora popsanému mnohokanálovému přístroji, který řídí a vyhodnocuje a zpracovává signály. Elektrody upevněné v držáku jsou při měření ponořeny do společné polarografické nádobky se základním elektrolytem a komponentami analytické procedury. Toto uspořádání bylo otestováno pro případ imobilizované DNA na povrchu měrných elektrod, resp. hybridizační analýzy imobilizované DNA.To the multichannel apparatus of Example 1, a holder for connecting, for example, disposable screen printed electrodes as shown in Fig. 4 (shown for the case of 8 specific electrodes) can be attached as an electrode set holder: To a circular body 20 of 58 mm diameter and height 3 mm, the ceramic measuring electrode carriers 26 are inserted into the slot (13 mm long) on which circumferential electrode materials 22 of carbon material are deposited (printed). Electrode contacts 25 are attached from the opposite side of the body. A reference (E _r ) (1M argentochloride) electrode 18 (7 mm hole) and possibly a common platinum auxiliary electrode 19 (5 mm hole) are inserted in the central body. _p ). All electrical contacts lead to the multi-channel device described above, which controls and evaluates and processes the signals. The electrodes mounted in the holder are immersed in a common polarographic vessel with a base electrolyte and analytical procedure components. This arrangement was tested in case of immobilized DNA on the surface of measuring electrodes, resp. hybridization analysis of immobilized DNA.

Příklad 4Example 4

Lineární blok pro připojení k mnohokanálovému přístrojiLinear block for connection to a multi-channel device

Pro měření sady různých vzorků obsahujících analyzovanou látku v roztoku je vhodné uspořádání ve tvaru lineárního bloku nádobek pro připojení k mnohokanálovému přístroji (obr. 5). Blok o výšce 35 mm, šířce 13 mm, délce 200 mm sestává z 8 nádobek 28 pro měření v oddělených kompartmentech (0 12 mm, hloubka 30 mm, rozteč mezi středy 23 mm), vyvrtaných v kvádrovitém bloku 27 teflonu. Do nádobky je možno zasunout jak elektrodu tištěnou (použitou v případě kruhového držáku, popsaného v předešlém odstavci), tak jakoukoliv jinou pevnou měrnou elektrodu. V každém kompartmentu je zabudována či zasunuta 1M argentochloridová referentní elek. 8 CZ 305433 B6 troda 29 (E_r) a případně pomocná platinová elektroda 31 (E_p). Pomocné elektrody byly vzájemně propojeny 30 a zapojeny ke společné zdířce na mnohokanálovém přístroji.For measuring a set of different samples containing the analyte in solution, a linear vial block configuration for connection to a multi-channel instrument is appropriate (Fig. 5). The block, 35 mm high, 13 mm wide, 200 mm long, consists of 8 containers 28 for measuring in separate compartments (0 12 mm, depth 30 mm, spacing between centers 23 mm), drilled in a block 27 teflon block. Both the printed electrode (used in the case of the circular holder described in the previous paragraph) and any other fixed measuring electrode can be inserted into the container. A 1M argentochloride reference elec- tron is built in or inserted in each compartment. 8 CZ 305433 B6 TRODAT 29 (E _r) and optionally an auxiliary platinum electrode 31 (E _p). The auxiliary electrodes were interconnected 30 and connected to a common socket on the multi-channel apparatus.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Jedná se o přístroj umožňující komplexní analýzu vzorku nebo současnou analýzu sady vzorků za pomoci elektrochemických metod (polarografických, voltametrických, coulometrických, potenciometrických a metod od nich odvozených), který je použitelný jak ve vědeckých laboratořích, tak v praxi (analýza sad vzorků z oblasti životního prostředí, toxikologie, klinické biochemie, molekulární diagnostiky apod.)It is a device allowing complex analysis of samples or simultaneous analysis of samples using electrochemical methods (polarographic, voltammetric, coulometric, potentiometric and methods derived from them), which can be used both in scientific laboratories and in practice (analysis of samples environment, toxicology, clinical biochemistry, molecular diagnostics, etc.)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS

Claims

A method of automated measurement of electrochemical signals on a plurality of electrode sets, each electrode set comprising a measurement, reference and optionally an auxiliary electrode, characterized in that a potential or current signal is sequentially applied to the electrode sets in sequence in a selected sequence, wherein measurement is performed by different methods with different parameters on different sets of electrodes.

Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that it comprises a control computer (1) comprising control and evaluation software (2) connected to a D / A converter (3), the outputs of which are connected to a potentiostat (4) or galvanostat (5), which are connected to a multiplexer (6), to which the electrode sets (SI to Sn) are connected in parallel, and the current output from the multiplexer is connected to a current-voltage converter (7) connected to the control circuits (8) the sensitivity and output from the sensitivity control circuits (8) is then routed to the amplifier (9), while the voltage outputs from the multiplexer (6) are routed directly to the amplifier (9), the output from the amplifier (9) is routed to the A / D converter. 3), and the output from the A / D converter (3) is fed to a control computer (1), wherein the individual electrode sets (S1 to Sn) are different methods for measurement with different parameters.

Device according to claim 2, characterized in that one reference or auxiliary electrode is connected as a common electrode for several sets of electrodes.

Device according to claim 2, characterized in that the electrode sets are designed as a composite sensor, which consists of a suitable insulating pad - the sensor body (16) bounded by a raised electrode space boundary (12) in which the specific electrodes (10) are arranged. , centrally disposed around a common reference or auxiliary electrode (11), which is positioned centrally, the optional third electrode being inserted into the analyte solution of the substance overlying said electrodes.

Apparatus according to claim 2, characterized in that the electrode sets are formed such that measuring electrodes (17) or measuring electrode carriers (26) are disposed on the circumference of a round or oval or polygonal body (20) of the electrode holder. working electrode materials, a reference electrode (18) and optionally an auxiliary electrode (19) are arranged in the center of the holder, all electrodes protruding on the same side of the electrode holder body and are immersed in the measured solution during measurement.

-9EN 305433 B6

Apparatus according to claim 2, characterized in that the electrode sets are formed as a linear receptacle block consisting of a plurality of receptacles (28) to which any linear electrode holder may be attached or each electrode may be attached separately,

5, wherein a separate reference electrode (29) and optionally an auxiliary electrode (31) are disposed in each receptacle, and the measuring electrodes are arranged in the linear electrode holder such that each measuring electrode is inserted in one receptacle after the linear electrode holder is mounted on the receptacle assembly.