JP2000206088A - 化学センサ - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 測定溶液の有無に拘わらず、常に各電極の電
位が安定するようにして、電極や感応膜に故障が生じな
いようにする。 【解決手段】 感応部４に溶液が接しているときは、溶
液感知センサ（図示せず）によりスイッチ７は開とな
り、測定回路は通常のポテンショスタット５の回路構成
となり、反応した物質の量に比例するファラデー電流を
測定して溶液の濃度を定量することができる。 感応部
４が溶液と非接触となると、等価的に参照極１が溶液８
に接続されないので、参照極１からオペアンプ９への負
帰還回路はオープンになる。しかし、溶液感知センサが
溶液のないことを感知してスイッチ７を閉じ、シャント
抵抗６からオペアンプ９への負帰還回路が形成される。
これにより、対極２は一定電圧Ｅｉに保持され、作用極
３の電位も安定し、対極２から作用極３へ流れる電流も
安定する。よって、機能性膜や各電極が損傷する虞はな
くなる。
位が安定するようにして、電極や感応膜に故障が生じな
いようにする。 【解決手段】 感応部４に溶液が接しているときは、溶
液感知センサ（図示せず）によりスイッチ７は開とな
り、測定回路は通常のポテンショスタット５の回路構成
となり、反応した物質の量に比例するファラデー電流を
測定して溶液の濃度を定量することができる。 感応部
４が溶液と非接触となると、等価的に参照極１が溶液８
に接続されないので、参照極１からオペアンプ９への負
帰還回路はオープンになる。しかし、溶液感知センサが
溶液のないことを感知してスイッチ７を閉じ、シャント
抵抗６からオペアンプ９への負帰還回路が形成される。
これにより、対極２は一定電圧Ｅｉに保持され、作用極
３の電位も安定し、対極２から作用極３へ流れる電流も
安定する。よって、機能性膜や各電極が損傷する虞はな
くなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶液中の特定成分
濃度を定量する化学センサに係り、特に、電極電位を常
に安定にすることのできるプレーナ型化学センサの回路
構成に関する。
濃度を定量する化学センサに係り、特に、電極電位を常
に安定にすることのできるプレーナ型化学センサの回路
構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】電流検出型の化学センサは溶液中で作用
極と参照極の間に所定の電位を加え、そのときに流れる
電流値によって溶液濃度を測定する素子である。電流は
溶液中に電極で反応する物質がないときに流れるベース
電流と、作用極の表面で反応する酸化・還元物質の量に
比例して流れるファラデー電流とから成る。このため、
ベース電流とファラデー電流を測定すれば溶液中の物質
濃度を定量することができる。電流検出型化学センサに
は作用極と参照極のみからなる２極方式と、作用極、参
照極、対極からなる３極方式とがある。
極と参照極の間に所定の電位を加え、そのときに流れる
電流値によって溶液濃度を測定する素子である。電流は
溶液中に電極で反応する物質がないときに流れるベース
電流と、作用極の表面で反応する酸化・還元物質の量に
比例して流れるファラデー電流とから成る。このため、
ベース電流とファラデー電流を測定すれば溶液中の物質
濃度を定量することができる。電流検出型化学センサに
は作用極と参照極のみからなる２極方式と、作用極、参
照極、対極からなる３極方式とがある。
【０００３】２極方式では参照極を基準にして作用極に
所定の電位を与えて測定を行う。このとき電極間に外部
から印加される電圧をＥappl、溶液のオーミック抵抗を
Ｒsol、電流をＩとすると、電極間の電位差Ｅは、 Ｅ＝Ｅappl＋Ｉ・Ｒsol となる。したがって、実際に加えられる電圧、すなわち
電極間の電圧Ｅは、外部から印加した電圧ＥapplよりＩ
・Ｒsolだけずれてしまう。また、参照極を通して大き
な電流が流れると、参照極の電位を決めている活性種の
酸化体、還元体の濃度が変化し、参照極の電位が平衡値
からずれてしまう。
所定の電位を与えて測定を行う。このとき電極間に外部
から印加される電圧をＥappl、溶液のオーミック抵抗を
Ｒsol、電流をＩとすると、電極間の電位差Ｅは、 Ｅ＝Ｅappl＋Ｉ・Ｒsol となる。したがって、実際に加えられる電圧、すなわち
電極間の電圧Ｅは、外部から印加した電圧ＥapplよりＩ
・Ｒsolだけずれてしまう。また、参照極を通して大き
な電流が流れると、参照極の電位を決めている活性種の
酸化体、還元体の濃度が変化し、参照極の電位が平衡値
からずれてしまう。
【０００４】このような不具合をなくすための３極方式
では、参照極、作用極の他に対極が加わる。各電極は定
電圧電源であるポテンショスタットに接続され、作用極
の電位は参照極を基準として規制される。この場合、参
照極にほとんど電流が流れないため参照極、作用極間の
電圧が一定に保たれ、精度の良い測定が可能になる。
では、参照極、作用極の他に対極が加わる。各電極は定
電圧電源であるポテンショスタットに接続され、作用極
の電位は参照極を基準として規制される。この場合、参
照極にほとんど電流が流れないため参照極、作用極間の
電圧が一定に保たれ、精度の良い測定が可能になる。
【０００５】図５は、従来の３極式化学センサの原理を
示す概略回路図である。同図において、測定セル１０は
溶液（図示せず）に浸っており、有機膜の感応部４が溶
液と接触した状態で、作用極３に所定の電位を印加する
と、作用極３と対極２との間に電流が流れる。対極２の
電位は作用極３の電位が一定になるようにポテンショス
タット５’によって調整される。このポテンショスタッ
ト５’の回路はオペアンプ９を用いた負帰還回路であ
り、反転入力端子（−）に入力される参照極１の帰還電
位と、非反転入力端子（＋）に加えられる入力電圧Ｅin
との差電圧ΔＥに基づいて生成されるオペアンプ９の出
力電圧が、対極２に印加される入力電圧となる。このと
きオペアンプ９のゲインは非常に大きいため、差電圧Δ
Ｅは近似的に０と見なされ、参照極１の電位は入力電圧
Ｅiの一定値に保たれる。このため、参照極１と作用極
３は測定溶液中で一定の電位に保たれているので、安定
した電流値を測定することが出来る。
示す概略回路図である。同図において、測定セル１０は
溶液（図示せず）に浸っており、有機膜の感応部４が溶
液と接触した状態で、作用極３に所定の電位を印加する
と、作用極３と対極２との間に電流が流れる。対極２の
電位は作用極３の電位が一定になるようにポテンショス
タット５’によって調整される。このポテンショスタッ
ト５’の回路はオペアンプ９を用いた負帰還回路であ
り、反転入力端子（−）に入力される参照極１の帰還電
位と、非反転入力端子（＋）に加えられる入力電圧Ｅin
との差電圧ΔＥに基づいて生成されるオペアンプ９の出
力電圧が、対極２に印加される入力電圧となる。このと
きオペアンプ９のゲインは非常に大きいため、差電圧Δ
Ｅは近似的に０と見なされ、参照極１の電位は入力電圧
Ｅiの一定値に保たれる。このため、参照極１と作用極
３は測定溶液中で一定の電位に保たれているので、安定
した電流値を測定することが出来る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、感応部４に
溶液が接触していない場合には参照極３と対極２との間
がオープンになる。したがって、オペアンプ９の負帰還
ループが形成されなくなり作用極３の電位が不安定状態
となる。この不安定な電位が参照極１よりオペアンプ９
の反転入力端子（−）に入力される。このため、オペア
ンプ９の出力電位、したがって対極２の電位Ｅcが不安
定となる。このときの対極２の電位Ｅｃはオペアンプ９
の動作可能な範囲で変動するので、例えば、±15Vとい
った電気化学反応系としては極めて大きな電圧変動とな
り、各電極上に形成された酵素膜などの機能性有機膜が
破壊されたり、電極が酸化したり、あるいは破壊したり
するなどの不具合を生じる。
溶液が接触していない場合には参照極３と対極２との間
がオープンになる。したがって、オペアンプ９の負帰還
ループが形成されなくなり作用極３の電位が不安定状態
となる。この不安定な電位が参照極１よりオペアンプ９
の反転入力端子（−）に入力される。このため、オペア
ンプ９の出力電位、したがって対極２の電位Ｅcが不安
定となる。このときの対極２の電位Ｅｃはオペアンプ９
の動作可能な範囲で変動するので、例えば、±15Vとい
った電気化学反応系としては極めて大きな電圧変動とな
り、各電極上に形成された酵素膜などの機能性有機膜が
破壊されたり、電極が酸化したり、あるいは破壊したり
するなどの不具合を生じる。
【０００７】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、測定溶液の有無に拘わらず、
常に、各電極の電位を安定にして故障が生じないように
し、もって信頼性の高い化学センサを提供することにあ
る。
ものであり、その目的は、測定溶液の有無に拘わらず、
常に、各電極の電位を安定にして故障が生じないように
し、もって信頼性の高い化学センサを提供することにあ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の化学センサは、参照極と対極との回路に
並列に、インピーダンスとスイッチの直列回路を設け
る。そして、感応膜に溶液が接触していないときのみ、
このスイッチを閉じて、参照極から定電圧差動増幅器へ
の負帰還ループの代わりに、インピーダンスによる負帰
還ループを形成したことを特徴とする。これにより定電
圧差動増幅器の帰還系がオープンになることはなくなる
ので、各電極の電位は安定し、機能性膜や電極が破損す
る虞もなくなる。
めに、本発明の化学センサは、参照極と対極との回路に
並列に、インピーダンスとスイッチの直列回路を設け
る。そして、感応膜に溶液が接触していないときのみ、
このスイッチを閉じて、参照極から定電圧差動増幅器へ
の負帰還ループの代わりに、インピーダンスによる負帰
還ループを形成したことを特徴とする。これにより定電
圧差動増幅器の帰還系がオープンになることはなくなる
ので、各電極の電位は安定し、機能性膜や電極が破損す
る虞もなくなる。
【０００９】すなわち、本発明の化学センサは、参照極
と作用極と対極とを有し、少なくとも前記作用極が感応
膜に覆われ、前記参照極の電位を負帰還して、前記作用
極の電位を前記参照極の電位に対して一定電位に保つよ
うに前記対極の電位を出力するポテンショスタット回路
を用いて、前記対極から前記作用極に流れる電流を測定
して、前記感応膜の表面に接触する溶液中の基質濃度を
定量する化学センサにおいて、参照極と対極とを接続す
る等価回路に並列にインピーダンスを介在させ、このイ
ンピーダンスによって差動増幅器の負帰還ループを形成
したことを特徴とする。
と作用極と対極とを有し、少なくとも前記作用極が感応
膜に覆われ、前記参照極の電位を負帰還して、前記作用
極の電位を前記参照極の電位に対して一定電位に保つよ
うに前記対極の電位を出力するポテンショスタット回路
を用いて、前記対極から前記作用極に流れる電流を測定
して、前記感応膜の表面に接触する溶液中の基質濃度を
定量する化学センサにおいて、参照極と対極とを接続す
る等価回路に並列にインピーダンスを介在させ、このイ
ンピーダンスによって差動増幅器の負帰還ループを形成
したことを特徴とする。
【００１０】実施しやすい手段としては、インピーダン
スを抵抗とし、この抵抗を感応膜の外部に設け、感応膜
の表面に溶液が接触していないときは、抵抗は負帰還ル
ープを形成し、感応膜の表面に溶液が接触してるとき
は、抵抗は負帰還ループを開放されるように構成したこ
とを特徴とする。尚、前記抵抗は前記感応膜の内部に設
けてもよい。具体的な回路構成としては、抵抗に直列に
スイッチを設け、感応膜の表面に溶液が接触していると
きはスイッチを開とし、感応膜の表面に溶液が接触して
いないときは、スイッチを閉とするようにすればよい。
また、スイッチの開、閉検出手段として、感応膜の近傍
に、感応膜と溶液との接触の有無を感知する溶液感知セ
ンサを設け、この溶液感知センサが感知した情報に基づ
いて、スイッチを開または閉にすればよい。尚、感応膜
としては固定化酵素膜が好ましい。
スを抵抗とし、この抵抗を感応膜の外部に設け、感応膜
の表面に溶液が接触していないときは、抵抗は負帰還ル
ープを形成し、感応膜の表面に溶液が接触してるとき
は、抵抗は負帰還ループを開放されるように構成したこ
とを特徴とする。尚、前記抵抗は前記感応膜の内部に設
けてもよい。具体的な回路構成としては、抵抗に直列に
スイッチを設け、感応膜の表面に溶液が接触していると
きはスイッチを開とし、感応膜の表面に溶液が接触して
いないときは、スイッチを閉とするようにすればよい。
また、スイッチの開、閉検出手段として、感応膜の近傍
に、感応膜と溶液との接触の有無を感知する溶液感知セ
ンサを設け、この溶液感知センサが感知した情報に基づ
いて、スイッチを開または閉にすればよい。尚、感応膜
としては固定化酵素膜が好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形
態の３極式化学センサの原理を示す概略回路図である。
尚、各回路部品の符号は、図５の従来回路と同一部品は
同一符号で表してある。図１に示すように、センサ素子
である測定セル１０には、参照極１、対極２および作用
極３が設けられており、これらの電極が感応部４に覆わ
れている。すなわち、図２のセンサ素子の断面図に示す
ように、測定セル１０は、絶縁基板１１上に参照極１と
対極２と作用極３とが所望の間隔で配置され、これらの
電極を、酵素膜及び透過膜からなる有機膜で覆い感応部
４を形成して構成されている。したがって、サンプル溶
液が感応部４の有機膜に接触することによって、各電極
が作用して電流が流れ、溶液濃度が定量できるるように
なっている。
の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形
態の３極式化学センサの原理を示す概略回路図である。
尚、各回路部品の符号は、図５の従来回路と同一部品は
同一符号で表してある。図１に示すように、センサ素子
である測定セル１０には、参照極１、対極２および作用
極３が設けられており、これらの電極が感応部４に覆わ
れている。すなわち、図２のセンサ素子の断面図に示す
ように、測定セル１０は、絶縁基板１１上に参照極１と
対極２と作用極３とが所望の間隔で配置され、これらの
電極を、酵素膜及び透過膜からなる有機膜で覆い感応部
４を形成して構成されている。したがって、サンプル溶
液が感応部４の有機膜に接触することによって、各電極
が作用して電流が流れ、溶液濃度が定量できるるように
なっている。
【００１２】再び図１に戻って、このように構成された
測定セル１０の各々の電極は、リード線を介してポテン
ショスタット５に接続されている。このポテンショスタ
ット５は、オペアンプ９による定電圧電源回路、及び対
極２と作用極３に流れるサンプル溶液電流を電流計１１
によって測定する電流測定回路からなっている。そし
て、センサ素子である測定セル１０の感応部４のみが溶
液と接触し、ポテンショスタット５の回路部品は全て筐
体などに収納され、溶液と接触しないように構成されて
いる。
測定セル１０の各々の電極は、リード線を介してポテン
ショスタット５に接続されている。このポテンショスタ
ット５は、オペアンプ９による定電圧電源回路、及び対
極２と作用極３に流れるサンプル溶液電流を電流計１１
によって測定する電流測定回路からなっている。そし
て、センサ素子である測定セル１０の感応部４のみが溶
液と接触し、ポテンショスタット５の回路部品は全て筐
体などに収納され、溶液と接触しないように構成されて
いる。
【００１３】ポテンショスタット５の回路構成として
は、オペアンプ９の反転入力端子（−）には参照極１の
負帰還電圧が入力され、非反転入力端子（＋）には安定
化された電源電圧Ｅｉが入力されている。さらに、オペ
アンプ９の出力より対極２に接続され、参照極１の帰還
電圧と電源電圧Ｅｉの差電圧が０になるように制御され
た電圧が、対極２に印加されるようになっている。ま
た、対極１から作用極３に流れる電流が電流計１１で測
定されるようになっている。
は、オペアンプ９の反転入力端子（−）には参照極１の
負帰還電圧が入力され、非反転入力端子（＋）には安定
化された電源電圧Ｅｉが入力されている。さらに、オペ
アンプ９の出力より対極２に接続され、参照極１の帰還
電圧と電源電圧Ｅｉの差電圧が０になるように制御され
た電圧が、対極２に印加されるようになっている。ま
た、対極１から作用極３に流れる電流が電流計１１で測
定されるようになっている。
【００１４】さらに、本発明による付加回路として、ポ
テンショスタット５内で、オペアンプ９の反転入力端子
（−）と出力端子との間に、シャント抵抗６とスイッチ
７の直列回路が接続されている。すなわち、等価的に、
参照極１と対極２を接続する回路に、並列に、シャント
抵抗６とスイッチ７の直列回路が設けられたことにな
る。尚、スイッチ７は、測定セル１０に設けられた溶液
感知センサ（図示せず）によって動作するように構成さ
れ、感応部４が溶液に接触すると接点が開き、溶液から
離れると閉じる動作をするようになっている。
テンショスタット５内で、オペアンプ９の反転入力端子
（−）と出力端子との間に、シャント抵抗６とスイッチ
７の直列回路が接続されている。すなわち、等価的に、
参照極１と対極２を接続する回路に、並列に、シャント
抵抗６とスイッチ７の直列回路が設けられたことにな
る。尚、スイッチ７は、測定セル１０に設けられた溶液
感知センサ（図示せず）によって動作するように構成さ
れ、感応部４が溶液に接触すると接点が開き、溶液から
離れると閉じる動作をするようになっている。
【００１５】参照極１には、自身が溶液と反応しない
と、表面のインピーダンスが大きくなる特性が要求さ
れ、これを満足するために難溶性塩であるAg/AgClが用
いられることが多い。対極２及び作用極３は化学的に安
定で溶液と反応せず、溶液との間にスムーズに電流を流
すことのできる材料などが適しており、さらに作用極３
には測定しようとする基質との酸化還元反応が起こりや
すい性質が必要である。作用極３及び対極２の材料とし
ては、白金やカーボンなどが好んで用いられる。また、
これらの電極上に機能性膜を設ければ基質の選択性を著
しく向上させることができる。例えば、酵素膜を設けた
バイオセンサはその良い例である。
と、表面のインピーダンスが大きくなる特性が要求さ
れ、これを満足するために難溶性塩であるAg/AgClが用
いられることが多い。対極２及び作用極３は化学的に安
定で溶液と反応せず、溶液との間にスムーズに電流を流
すことのできる材料などが適しており、さらに作用極３
には測定しようとする基質との酸化還元反応が起こりや
すい性質が必要である。作用極３及び対極２の材料とし
ては、白金やカーボンなどが好んで用いられる。また、
これらの電極上に機能性膜を設ければ基質の選択性を著
しく向上させることができる。例えば、酵素膜を設けた
バイオセンサはその良い例である。
【００１６】図３は、図１の３極式化学センサの溶液測
定時の等価回路である。また、図４は、図１の３極式化
学センサの溶液非接触時の等価回路である。これらの等
価回路は、参照極１の出力電位をオペアンプ９に帰還す
る負帰還回路になっている。また、各電極が溶液８と接
触すると、界面に電気二重層が形成されるので、各電極
は抵抗と容量の並列で表されるが、説明を簡単にするた
め、各電極を抵抗のみで表現する。尚、動作上はこのよ
うに考えても差し支えない。また、電極上に酵素膜など
の機能性膜が形成されている場合にも、これらを抵抗の
一部と考え、同様の等価回路に置き換えることが出来
る。
定時の等価回路である。また、図４は、図１の３極式化
学センサの溶液非接触時の等価回路である。これらの等
価回路は、参照極１の出力電位をオペアンプ９に帰還す
る負帰還回路になっている。また、各電極が溶液８と接
触すると、界面に電気二重層が形成されるので、各電極
は抵抗と容量の並列で表されるが、説明を簡単にするた
め、各電極を抵抗のみで表現する。尚、動作上はこのよ
うに考えても差し支えない。また、電極上に酵素膜など
の機能性膜が形成されている場合にも、これらを抵抗の
一部と考え、同様の等価回路に置き換えることが出来
る。
【００１７】次に、本発明の３極式化学センサの動作に
ついて、図３及び図４の等価回路を用いて説明する。先
ず、感応部４に溶液８が接触している測定状態では、図
３に示すように、図示しない溶液感知センサによってス
イッチ７は開となり、測定回路は通常のポテンショスタ
ットの回路構成となる。したがって、オペアンプ９の非
反転入力端子（＋）に所定の電源電圧Ｅｉが印加される
と、対極２の出力電位によって参照極１の電位は入力電
圧Ｅｉと同じ値に保たれる。したがって参照極１に対す
る作用極３の電位は−Ｅｉに保たれる。この電位は測定
対象物質に応じて設定され、±１Ｖ以内に取られるのが
普通である。すなわち、１Ｖ以上になると水の電気分解
が起こったり、目的外の物質が電極と反応したり、電
極、酵素膜が損傷を受けたりするためである。このよう
に、感応部４が溶液８と接触し、作用極３上で目的物質
が酸化あるいは還元されると、反応した物質の量に比例
するファラデー電流が流れる。この電流を測定すること
により、測定溶液の濃度を定量することができる。
ついて、図３及び図４の等価回路を用いて説明する。先
ず、感応部４に溶液８が接触している測定状態では、図
３に示すように、図示しない溶液感知センサによってス
イッチ７は開となり、測定回路は通常のポテンショスタ
ットの回路構成となる。したがって、オペアンプ９の非
反転入力端子（＋）に所定の電源電圧Ｅｉが印加される
と、対極２の出力電位によって参照極１の電位は入力電
圧Ｅｉと同じ値に保たれる。したがって参照極１に対す
る作用極３の電位は−Ｅｉに保たれる。この電位は測定
対象物質に応じて設定され、±１Ｖ以内に取られるのが
普通である。すなわち、１Ｖ以上になると水の電気分解
が起こったり、目的外の物質が電極と反応したり、電
極、酵素膜が損傷を受けたりするためである。このよう
に、感応部４が溶液８と接触し、作用極３上で目的物質
が酸化あるいは還元されると、反応した物質の量に比例
するファラデー電流が流れる。この電流を測定すること
により、測定溶液の濃度を定量することができる。
【００１８】次に本発明の特徴である感応部４の保護に
ついて説明する。化学センサを洗浄あるいは、測定後放
置した場合には感応部４が溶液と非接触状態になる。こ
のときの等価回路は図４のようになる。すなわち、感応
部４が溶液と非接触となると、等価的に参照極１が溶液
８に接続されないので、参照極１からオペアンプ９の反
転入力端子（−）への負帰還回路はオープンになる。し
かし、溶液感知センサ（図示せず）が溶液のないことを
感知してスイッチ７が閉じ、シャント抵抗６を介してオ
ペアンプ９への負帰還回路が形成される。これによっ
て、対極２の電位は一定電圧Ｅｉに保たれるので作用極
３の電位も安定し、機能性膜や電極が損傷する虞はなく
なる。
ついて説明する。化学センサを洗浄あるいは、測定後放
置した場合には感応部４が溶液と非接触状態になる。こ
のときの等価回路は図４のようになる。すなわち、感応
部４が溶液と非接触となると、等価的に参照極１が溶液
８に接続されないので、参照極１からオペアンプ９の反
転入力端子（−）への負帰還回路はオープンになる。し
かし、溶液感知センサ（図示せず）が溶液のないことを
感知してスイッチ７が閉じ、シャント抵抗６を介してオ
ペアンプ９への負帰還回路が形成される。これによっ
て、対極２の電位は一定電圧Ｅｉに保たれるので作用極
３の電位も安定し、機能性膜や電極が損傷する虞はなく
なる。
【００１９】このように、本発明の化学センサは、検出
回路の参照極１と対極２との間にシャント抵抗６とスイ
ッチ７の直列回路が設けてある。そして、感応部４が溶
液に接しているときは、このシャント抵抗６がスイッチ
７によってオープンとなり、通常の測定を行うことがで
きる。また、感応部４が溶液と非接触のときはスイッチ
７が閉じ、シャント抵抗６を介してオペアンプ９の負帰
還回路を形成するので、対極２と作用極３との間に大き
な電流が流れることはなくなり、感応部４を保護するこ
とができる。
回路の参照極１と対極２との間にシャント抵抗６とスイ
ッチ７の直列回路が設けてある。そして、感応部４が溶
液に接しているときは、このシャント抵抗６がスイッチ
７によってオープンとなり、通常の測定を行うことがで
きる。また、感応部４が溶液と非接触のときはスイッチ
７が閉じ、シャント抵抗６を介してオペアンプ９の負帰
還回路を形成するので、対極２と作用極３との間に大き
な電流が流れることはなくなり、感応部４を保護するこ
とができる。
【００２０】また、シャント抵抗６はポテンショスタッ
ト５内に設けた場合は、特に防水性を考慮することなく
通常のディスクリート部品で構成することが出来る。さ
らに、シャント抵抗６は、溶液接触の有無によってスイ
ッチでＯＮ／ＯＦＦする構成になっているので、抵抗の
値には特に制限はない。尚、この実施の形態では、シャ
ント抵抗６及びスイッチ７をポテンショスタット５内に
設けたが、センサ素子である測定セル１０内に設けても
よい。この場合は、シャント抵抗６は防水性の部品にす
る必要がある。
ト５内に設けた場合は、特に防水性を考慮することなく
通常のディスクリート部品で構成することが出来る。さ
らに、シャント抵抗６は、溶液接触の有無によってスイ
ッチでＯＮ／ＯＦＦする構成になっているので、抵抗の
値には特に制限はない。尚、この実施の形態では、シャ
ント抵抗６及びスイッチ７をポテンショスタット５内に
設けたが、センサ素子である測定セル１０内に設けても
よい。この場合は、シャント抵抗６は防水性の部品にす
る必要がある。
【００２１】以上述べた実施の形態は本発明を説明する
ための一例であり、本発明は、上記の実施の形態に限定
されるものではなく、発明の要旨の範囲で種々の変形が
可能である。例えば、スイッチをトランジスタなどの半
導体スイッチにして、溶液接触の有無によって半導体ス
イッチがＯＮ／ＯＦＦするように構成してもよい。ま
た、負帰還回路は実施の形態の回路に限らず、参照極が
オープンになったら帰還回路を構成するような回路であ
ればどのような回路でも本発明の範囲に入ることは云う
までもない。
ための一例であり、本発明は、上記の実施の形態に限定
されるものではなく、発明の要旨の範囲で種々の変形が
可能である。例えば、スイッチをトランジスタなどの半
導体スイッチにして、溶液接触の有無によって半導体ス
イッチがＯＮ／ＯＦＦするように構成してもよい。ま
た、負帰還回路は実施の形態の回路に限らず、参照極が
オープンになったら帰還回路を構成するような回路であ
ればどのような回路でも本発明の範囲に入ることは云う
までもない。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の化学セン
サによれば、感応部が溶液と非接触状態になっても、電
源安定化回路の負帰還回路がシャント抵抗を介して形成
されるので、対極の電位は所定の電圧に保たれる。これ
によって、対極と作用極の間に大きな電流が流れること
がなく、各電極及び各電極上に形成された機能性膜が損
傷されるおそれはなくなる。したがって、サンプル溶液
の有無を確認することなく、センサ電源を投入すること
ができるので、極めて使い勝手のよい化学センサを提供
することができる。
サによれば、感応部が溶液と非接触状態になっても、電
源安定化回路の負帰還回路がシャント抵抗を介して形成
されるので、対極の電位は所定の電圧に保たれる。これ
によって、対極と作用極の間に大きな電流が流れること
がなく、各電極及び各電極上に形成された機能性膜が損
傷されるおそれはなくなる。したがって、サンプル溶液
の有無を確認することなく、センサ電源を投入すること
ができるので、極めて使い勝手のよい化学センサを提供
することができる。
【図１】 本発明の一実施の形態の３極式化学センサの
原理を示す概略回路図である。
原理を示す概略回路図である。
【図２】 図１に適用されるセンサ素子の断面図であ
る。
る。
【図３】 図１の３極式化学センサの溶液測定時の等価
回路である。
回路である。
【図４】 図１の３極式化学センサの溶液非接触時の等
価回路である。
価回路である。
【図５】 従来の３極式化学センサの原理を示す概略回
路図である。
路図である。
【符号の説明】 １…参照極 、２…対極、３…作用極、４…感応部、
５、５’…ポテンショスタット、６…シャント抵抗、７
…スイッチ、８…溶液、９…オペアンプ、１０…測定セ
ル、１１…絶縁基板、１２…電流計
５、５’…ポテンショスタット、６…シャント抵抗、７
…スイッチ、８…溶液、９…オペアンプ、１０…測定セ
ル、１１…絶縁基板、１２…電流計
Claims (6)
- 【請求項１】 参照極と作用極と対極とを有し、少なく
とも前記作用極が感応膜に覆われ、前記参照極の電位を
負帰還して、前記作用極の電位を前記参照極の電位に対
して一定電位に保つように前記対極の電位を出力するポ
テンショスタット回路を用いて、前記対極から前記作用
極に流れる電流を測定して、前記感応膜の表面に接触す
る溶液中の基質濃度を定量する化学センサにおいて、 前記参照極と前記対極とを等価的に接続する回路に並列
にインピーダンスを介在させ、該インピーダンスによっ
て前記差動増幅器の負帰還ループを形成したことを特徴
とする化学センサ。 - 【請求項２】 前記インピーダンスは抵抗であって、該
抵抗は前記感応膜の外部に設けられ、 前記感応膜の表面に前記溶液が接触していないときは、
前記抵抗は前記負帰還ループを形成し、 前記感応膜の表面に前記溶液が接触しているときは、前
記抵抗は前記負帰還ループより開放されていることを特
徴とする請求項１記載の化学センサ。 - 【請求項３】 前記インピーダンスは抵抗であって、該
抵抗は前記感応膜の内部に設けられ、 前記感応膜の表面に前記溶液が接触していないときは、
前記抵抗は前記負帰還ループを形成し、 前記感応膜の表面に前記溶液が接触しているときは、前
記抵抗は前記負帰還ループより開放されていることを特
徴とする請求項１記載の化学センサ。 - 【請求項４】 前記抵抗には直列にスイッチが接続さ
れ、前記感応膜の表面に前記溶液が接触しているとき
は、前記スイッチは開となり、 前記感応膜の表面に前記溶液が接触していないときは、
前記スイッチは閉となることを特徴とする請求項２また
は請求項３記載の化学センサ。 - 【請求項５】 前記感応膜の近傍には、該感応膜と溶液
との接触の有無を感知する溶液感知センサが設けられ、
該溶液感知センサが感知した情報に基づいて、前記スイ
ッチを開または閉とすることを特徴とする請求項４記載
の化学センサ。 - 【請求項６】 前記感応膜は固定化酵素膜であることを
特徴とする請求項１ないし請求項５の何れかに記載の化
学センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00691099A JP3275865B2 (ja) | 1999-01-13 | 1999-01-13 | 化学センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00691099A JP3275865B2 (ja) | 1999-01-13 | 1999-01-13 | 化学センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000206088A true JP2000206088A (ja) | 2000-07-28 |
| JP3275865B2 JP3275865B2 (ja) | 2002-04-22 |
Family
ID=11651406
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00691099A Expired - Fee Related JP3275865B2 (ja) | 1999-01-13 | 1999-01-13 | 化学センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3275865B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002103341A1 (en) * | 2001-06-18 | 2002-12-27 | Arçelik A.S. | Conduvtivity sensor |
| GB2446415A (en) * | 2007-02-09 | 2008-08-13 | Seiko Epson Corp | Potentiostat |
| CN100514052C (zh) * | 2006-05-26 | 2009-07-15 | 中国科学院电子学研究所 | 快速稳定的互补金属氧化物半导体恒电位仪电路 |
| JP2010230496A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Gunze Ltd | バイオセンサが取り付けられる計測表示装置 |
| KR101122581B1 (ko) | 2009-02-17 | 2012-03-15 | 서경대학교 산학협력단 | 차동 차이 증폭부를 이용한 정전압 분극 회로 |
-
1999
- 1999-01-13 JP JP00691099A patent/JP3275865B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002103341A1 (en) * | 2001-06-18 | 2002-12-27 | Arçelik A.S. | Conduvtivity sensor |
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| GB2446415A (en) * | 2007-02-09 | 2008-08-13 | Seiko Epson Corp | Potentiostat |
| JP2008197098A (ja) * | 2007-02-09 | 2008-08-28 | Seiko Epson Corp | ポテンショスタット回路、バイオセンサ回路及びセンシング装置 |
| JP4710914B2 (ja) * | 2007-02-09 | 2011-06-29 | セイコーエプソン株式会社 | ポテンショスタット回路、バイオセンサ回路及びセンシング装置 |
| US8133369B2 (en) | 2007-02-09 | 2012-03-13 | Seiko Epson Corporation | Potentiostat circuit |
| KR101122581B1 (ko) | 2009-02-17 | 2012-03-15 | 서경대학교 산학협력단 | 차동 차이 증폭부를 이용한 정전압 분극 회로 |
| JP2010230496A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Gunze Ltd | バイオセンサが取り付けられる計測表示装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3275865B2 (ja) | 2002-04-22 |
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