JP2001099800A - 化学物質検出装置 - Google Patents
化学物質検出装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】被測定溶液中に微量に含まれる化学物質を簡易
・迅速に検出することができる化学物質検出装置を提供
する。 【解決手段】ポテンショスタット４により、作用電極１
と参照電極３との間の電圧が所望の電圧となるように、
作用電極１と対極２との間に電流を供給する。発振器５
により、ポテンショスタット４を制御して前記所望の電
圧を微小変化させ、デジボル６からの電圧の変化情報と
電流の変化情報とから作用電極１のインピーダンスをコ
ンピュータ７で算出し、前記インピーダンスに基づいて
被測定溶液８中の化学物質を検出する。
・迅速に検出することができる化学物質検出装置を提供
する。 【解決手段】ポテンショスタット４により、作用電極１
と参照電極３との間の電圧が所望の電圧となるように、
作用電極１と対極２との間に電流を供給する。発振器５
により、ポテンショスタット４を制御して前記所望の電
圧を微小変化させ、デジボル６からの電圧の変化情報と
電流の変化情報とから作用電極１のインピーダンスをコ
ンピュータ７で算出し、前記インピーダンスに基づいて
被測定溶液８中の化学物質を検出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、被測定溶液中に
含まれている化学物質の検出装置に係り、特に、被測定
溶液中に微量にしか含まれていない環境ホルモン（内分
泌攪乱物質）等の化学物質を高感度に検知できるように
した化学物質検出装置に関する。
含まれている化学物質の検出装置に係り、特に、被測定
溶液中に微量にしか含まれていない環境ホルモン（内分
泌攪乱物質）等の化学物質を高感度に検知できるように
した化学物質検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】環境ホルモンが食品中に含まれている可
能性や、容器等から溶出している可能性が指摘されてい
る。しかし、その量が微量であるため、現時点では簡易
・迅速に環境ホルモンを検出する装置は無く、検出対象
（物質）毎に異なる化学分析方法が用いられている。前
記化学分析方法は、大まかに言えば、抽出処理、クリー
ンアップ処理、分離処理、濃縮処理、及び同定・定量処
理から成り、各処理が検出対象毎に異なっている。同定
処理には一般にＧＣ−ＭＳ（ガスクロマトグラフィー−
マススペクトロメトリ）が使用されるが、ＧＣ−ＭＳの
設定パラメータも検出対象毎に異なっている。
能性や、容器等から溶出している可能性が指摘されてい
る。しかし、その量が微量であるため、現時点では簡易
・迅速に環境ホルモンを検出する装置は無く、検出対象
（物質）毎に異なる化学分析方法が用いられている。前
記化学分析方法は、大まかに言えば、抽出処理、クリー
ンアップ処理、分離処理、濃縮処理、及び同定・定量処
理から成り、各処理が検出対象毎に異なっている。同定
処理には一般にＧＣ−ＭＳ（ガスクロマトグラフィー−
マススペクトロメトリ）が使用されるが、ＧＣ−ＭＳの
設定パラメータも検出対象毎に異なっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】被測定溶液中に微量に
含まれる化学物質の検出に関しては、前述のように、検
出対象毎に分析方法が異なり、その分析も複雑な処理を
要し、処理に時間が掛かり、簡易・迅速な検出ができな
い。この発明の目的は、被測定溶液中に微量に含まれる
化学物質を簡易・迅速に検出することができる化学物質
検出装置を提供することである。
含まれる化学物質の検出に関しては、前述のように、検
出対象毎に分析方法が異なり、その分析も複雑な処理を
要し、処理に時間が掛かり、簡易・迅速な検出ができな
い。この発明の目的は、被測定溶液中に微量に含まれる
化学物質を簡易・迅速に検出することができる化学物質
検出装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、本願発明者は、金属等から成る電極に電圧を印加
して、その表面電位をプラス、マイナス、ゼロとしたと
きのインピーダンスに基づいて、環境ホルモンのような
被測定溶液中に微量に含まれる化学物質を検出すること
とした。すなわち、本発明の請求項１の化学物質検出装
置は、被測定溶液中の化学物質を検出する化学物質検出
装置であって、前記被測定溶液に浸漬される作用電極
と、前記被測定溶液に浸漬される対極と、前記被測定溶
液に浸漬される参照電極と、前記作用電極と前記参照電
極との間の電圧が所望の電圧となるように前記作用電極
と前記対極との間に電流を供給する電流供給手段とを備
え、前記所望の電圧の値と前記電流の値とから得られる
前記作用電極のインピーダンスに基づいて前記被測定溶
液中の化学物質を検出している。
めに、本願発明者は、金属等から成る電極に電圧を印加
して、その表面電位をプラス、マイナス、ゼロとしたと
きのインピーダンスに基づいて、環境ホルモンのような
被測定溶液中に微量に含まれる化学物質を検出すること
とした。すなわち、本発明の請求項１の化学物質検出装
置は、被測定溶液中の化学物質を検出する化学物質検出
装置であって、前記被測定溶液に浸漬される作用電極
と、前記被測定溶液に浸漬される対極と、前記被測定溶
液に浸漬される参照電極と、前記作用電極と前記参照電
極との間の電圧が所望の電圧となるように前記作用電極
と前記対極との間に電流を供給する電流供給手段とを備
え、前記所望の電圧の値と前記電流の値とから得られる
前記作用電極のインピーダンスに基づいて前記被測定溶
液中の化学物質を検出している。
【０００５】請求項２の化学物質検出装置は、前記電流
供給手段が、前記所望の電圧が少なくとも６種類の電圧
となるように電流を供給する。請求項３の化学物質検出
装置は、前記作用電極が金属または半導体もしくは基板
表面に化学修飾された脂質膜である。
供給手段が、前記所望の電圧が少なくとも６種類の電圧
となるように電流を供給する。請求項３の化学物質検出
装置は、前記作用電極が金属または半導体もしくは基板
表面に化学修飾された脂質膜である。
【０００６】請求項４の化学物質検出装置は、被測定溶
液中の化学物質を検出する化学物質検出装置であって、
前記被測定溶液に浸漬される作用電極と、前記被測定溶
液に浸漬される対極と、前記被測定溶液に浸漬される参
照電極と、前記作用電極と前記参照電極との間の電圧が
所望の電圧となるように前記作用電極と前記対極との間
に電流を供給する電流供給手段と、前記作用電極に光を
照射する光照射手段とを備え、前記作用電極に光を照射
したときとしないときの前記作用電極と前記参照電極間
の電圧の変化値と前記電流の変化値とから得られる前記
作用電極のインピーダンスに基づいて前記被測定溶液中
の化学物質を検出している。請求項５の化学物質検出装
置は、前記電流供給手段が、前記所望の電圧が少なくと
も３種類の電圧となるように電流を供給する電流供給手
段である
液中の化学物質を検出する化学物質検出装置であって、
前記被測定溶液に浸漬される作用電極と、前記被測定溶
液に浸漬される対極と、前記被測定溶液に浸漬される参
照電極と、前記作用電極と前記参照電極との間の電圧が
所望の電圧となるように前記作用電極と前記対極との間
に電流を供給する電流供給手段と、前記作用電極に光を
照射する光照射手段とを備え、前記作用電極に光を照射
したときとしないときの前記作用電極と前記参照電極間
の電圧の変化値と前記電流の変化値とから得られる前記
作用電極のインピーダンスに基づいて前記被測定溶液中
の化学物質を検出している。請求項５の化学物質検出装
置は、前記電流供給手段が、前記所望の電圧が少なくと
も３種類の電圧となるように電流を供給する電流供給手
段である
【０００７】請求項６の化学物質検出装置は、被測定溶
液中の化学物質を検出する化学物質検出装置であって、
前記被測定溶液に浸漬される作用電極と、前記被測定溶
液に浸漬される参照電極と、前記作用と前記参照電極と
の間の電圧が所望の電圧となるように電圧を印加する電
圧印加手段と、前記作用電極のインピーダンスを測定す
る測定手段とを備え、前記作用電極のインピーダンスに
基づいて前記被測定溶液中の化学物質を検出している。
液中の化学物質を検出する化学物質検出装置であって、
前記被測定溶液に浸漬される作用電極と、前記被測定溶
液に浸漬される参照電極と、前記作用と前記参照電極と
の間の電圧が所望の電圧となるように電圧を印加する電
圧印加手段と、前記作用電極のインピーダンスを測定す
る測定手段とを備え、前記作用電極のインピーダンスに
基づいて前記被測定溶液中の化学物質を検出している。
【０００８】請求項７の化学物質検出装置は、前記電圧
印加手段が、前記所望の電圧が少なくとも３種類の電圧
となるように電圧を印加する。請求項８の化学物質検出
装置は、前記作用電極が金属または半導体もしくは基板
表面に化学修飾された脂質膜である。請求項９の化学物
質検出装置は、前記作用電極が半導体であり、前記測定
手段が前記作用電極に光を照射することで発生する作用
電極の電流変化と電圧変化よりインピーダンスを求める
こととしている。
印加手段が、前記所望の電圧が少なくとも３種類の電圧
となるように電圧を印加する。請求項８の化学物質検出
装置は、前記作用電極が金属または半導体もしくは基板
表面に化学修飾された脂質膜である。請求項９の化学物
質検出装置は、前記作用電極が半導体であり、前記測定
手段が前記作用電極に光を照射することで発生する作用
電極の電流変化と電圧変化よりインピーダンスを求める
こととしている。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の化学物質検出装置は、基
本的には、図３に示すように、作用電極（金属、半導
体、金属に化学結合した脂質膜、等）１と参照電極３そ
の電極に電圧（プラス、マイナス、ゼロ）を印加する手
段５０と電極のインピーダンスを測定する手段６０とか
らなる。
本的には、図３に示すように、作用電極（金属、半導
体、金属に化学結合した脂質膜、等）１と参照電極３そ
の電極に電圧（プラス、マイナス、ゼロ）を印加する手
段５０と電極のインピーダンスを測定する手段６０とか
らなる。
【００１０】本発明の第１の実施の形態を図１に示す。
電極は作用電極１、対極２と参照電極３の３種類があ
る。ポテンショスタット４により、前記作用電極１と前
記参照電極３との間の電圧が所望の電圧となるように前
記作用電極１と前記対極２との間に電流を供給する。発
振器５により、ポテンショスタット４を制御して前記所
望の電圧を変化させる。その際の、前記所望の電圧の値
と前記電流の値は、デジボル（デジタルボルトメータ）
６またはロックインアンプ６から得る。コンピュータ７
により発振器５を制御し、また、コンピュータ７により
デジボル６またはロックインアンプ６からの電流電圧特
性の情報によりインピーダンスを算出する。前記ポテン
ショスタット４、発振器５、デジボル（または、ロック
インアンプ）６及びパーソナルコンピュータ７が前記電
極に電圧を印加する手段と作用電極のインピーダンスを
測定する手段とを構成している。
電極は作用電極１、対極２と参照電極３の３種類があ
る。ポテンショスタット４により、前記作用電極１と前
記参照電極３との間の電圧が所望の電圧となるように前
記作用電極１と前記対極２との間に電流を供給する。発
振器５により、ポテンショスタット４を制御して前記所
望の電圧を変化させる。その際の、前記所望の電圧の値
と前記電流の値は、デジボル（デジタルボルトメータ）
６またはロックインアンプ６から得る。コンピュータ７
により発振器５を制御し、また、コンピュータ７により
デジボル６またはロックインアンプ６からの電流電圧特
性の情報によりインピーダンスを算出する。前記ポテン
ショスタット４、発振器５、デジボル（または、ロック
インアンプ）６及びパーソナルコンピュータ７が前記電
極に電圧を印加する手段と作用電極のインピーダンスを
測定する手段とを構成している。
【００１１】前記作用電極１と前記参照電極３との間の
電圧が所望の電圧となるようにすることで、作用電極１
の表面電位を所望の電位とする。そして、前記作用電極
１と前記参照電極３との間の電圧を所望の電圧の近傍で
微小変化させるように前記作用電極１と前記対極２との
間に供給する電流を制御する。すると、その電流の変化
分と電圧の変化分との関係は、前記作用電極１、参照電
極３、及び対極２が浸漬された被測定溶液８に含まれる
化学物質の種類と化学物質の濃度に応じたものとなる。
そのようにして得られた電流電圧特性からインピーダン
スを求めて化学物質の情報とする。
電圧が所望の電圧となるようにすることで、作用電極１
の表面電位を所望の電位とする。そして、前記作用電極
１と前記参照電極３との間の電圧を所望の電圧の近傍で
微小変化させるように前記作用電極１と前記対極２との
間に供給する電流を制御する。すると、その電流の変化
分と電圧の変化分との関係は、前記作用電極１、参照電
極３、及び対極２が浸漬された被測定溶液８に含まれる
化学物質の種類と化学物質の濃度に応じたものとなる。
そのようにして得られた電流電圧特性からインピーダン
スを求めて化学物質の情報とする。
【００１２】前記所望の電圧を変化させて、作用電極１
の表面電位をマイナス、ゼロ、プラスと分極するように
走査し、各ポイント（電圧）毎に前述のようにしてイン
ピーダンスを求めれば、作用電極１の表面電位の状態の
広い範囲にわたって作用電極１と化学物質間の相互作用
を調べることができる。事前に、検出したい物質に対す
る応答パターンをデータベースとして取っておき、未知
のサンプルに対する応答パターンとの類似性から、未知
のサンプル中にどの物質が含まれているか推定する。こ
れは、液体クロマトグラフィーやガスクロマトグラフィ
ーの分析方法と基本的には同じである。違いは検出方法
であり、液体クロマトグラフィーやガスクロマトグラフ
ィーは、物質の拡散スピードの違いの観点でのパターン
認識であり、本発明の装置は、イオン濃度変化と電極へ
の吸着現象といった電極との相互作用といった観点での
パターン認識（スペクトル分析）である。
の表面電位をマイナス、ゼロ、プラスと分極するように
走査し、各ポイント（電圧）毎に前述のようにしてイン
ピーダンスを求めれば、作用電極１の表面電位の状態の
広い範囲にわたって作用電極１と化学物質間の相互作用
を調べることができる。事前に、検出したい物質に対す
る応答パターンをデータベースとして取っておき、未知
のサンプルに対する応答パターンとの類似性から、未知
のサンプル中にどの物質が含まれているか推定する。こ
れは、液体クロマトグラフィーやガスクロマトグラフィ
ーの分析方法と基本的には同じである。違いは検出方法
であり、液体クロマトグラフィーやガスクロマトグラフ
ィーは、物質の拡散スピードの違いの観点でのパターン
認識であり、本発明の装置は、イオン濃度変化と電極へ
の吸着現象といった電極との相互作用といった観点での
パターン認識（スペクトル分析）である。
【００１３】安定で容易に作製可能な電極として、白金
線、金線、炭素棒、等がある。基板表面に化学修飾した
ものについては後に述べる。作用電極１の構成を図４に
示す。アクリルの板１０１に直径１から３ｍｍの穴１０
２をあけ、電極材料（金属または、炭素棒）１０３を埋
め込み、アラルダイト等の接着剤１０４で防水加工がし
てある。この電極材料１０３から導線１０５がでてお
り、この導線１０５が作用電極１の出力端子となる。な
お、作用電極として金属を用いた場合、金属表面の形状
が感度と検出範囲に影響する。
線、金線、炭素棒、等がある。基板表面に化学修飾した
ものについては後に述べる。作用電極１の構成を図４に
示す。アクリルの板１０１に直径１から３ｍｍの穴１０
２をあけ、電極材料（金属または、炭素棒）１０３を埋
め込み、アラルダイト等の接着剤１０４で防水加工がし
てある。この電極材料１０３から導線１０５がでてお
り、この導線１０５が作用電極１の出力端子となる。な
お、作用電極として金属を用いた場合、金属表面の形状
が感度と検出範囲に影響する。
【００１４】第１の実施の形態の化学物質検出装置を用
いて、ビスフェノールＡ（略称：ＢＰＡ）の検出を行っ
た。ビスフェノールＡは内分泌攪乱作用が疑われている
物質である。被測定溶液は、１ｍＭ塩化カリウム（ＫＣ
ｌ）溶液をベースとし、それにビスフェノールＡを添加
した。図５に検出結果を示す。図の横軸は、参照電極に
対して作用電極に印加された電圧（スイープ電圧）を示
す。また、縦軸は、ビスフェノールＡが無添加の１ｍＭ
ＫＣｌ溶液に対する直流抵抗を基準として、ビスフェノ
ールＡを添加していった際の直流抵抗の変化分を示す。
エラーバーは、５回測定した際の測定誤差（標準偏差）
を示す。
いて、ビスフェノールＡ（略称：ＢＰＡ）の検出を行っ
た。ビスフェノールＡは内分泌攪乱作用が疑われている
物質である。被測定溶液は、１ｍＭ塩化カリウム（ＫＣ
ｌ）溶液をベースとし、それにビスフェノールＡを添加
した。図５に検出結果を示す。図の横軸は、参照電極に
対して作用電極に印加された電圧（スイープ電圧）を示
す。また、縦軸は、ビスフェノールＡが無添加の１ｍＭ
ＫＣｌ溶液に対する直流抵抗を基準として、ビスフェノ
ールＡを添加していった際の直流抵抗の変化分を示す。
エラーバーは、５回測定した際の測定誤差（標準偏差）
を示す。
【００１５】図より、ビスフェノールＡは、１μＭつま
り２２８ｐｐｂからは、測定誤差に対して十分な出力
（直流抵抗変化）が得られていることが分かる。また、
ビスフェノールＡの場合、スイープ電圧を振った場合の
抵抗変化の応答パターン（スペクトル）は、該スイープ
電圧がマイナスの領域で高く反応する応答パターン（ス
ペクトル）であることが特徴である。これは、ベンゼン
環などの疎水部分を持つ物質の傾向である。環境ホルモ
ンには、ベンゼン環を持つものが多く、これらの環境ホ
ルモンの検知の可能性が大きい。
り２２８ｐｐｂからは、測定誤差に対して十分な出力
（直流抵抗変化）が得られていることが分かる。また、
ビスフェノールＡの場合、スイープ電圧を振った場合の
抵抗変化の応答パターン（スペクトル）は、該スイープ
電圧がマイナスの領域で高く反応する応答パターン（ス
ペクトル）であることが特徴である。これは、ベンゼン
環などの疎水部分を持つ物質の傾向である。環境ホルモ
ンには、ベンゼン環を持つものが多く、これらの環境ホ
ルモンの検知の可能性が大きい。
【００１６】図２は第２の実施の形態を示す構成図であ
る。第１の実施の形態との違いは、作用電極のインピー
ダンスを測定する手段として、光起電力を用いた点であ
る。図２に示すように、電極は作用電極１、対極２と参
照電極３の３種類がある。作用電極１は半導体であり、
ここでは、Ｐ型シリコン電極を用いた。ポテンショスタ
ット４により、前記作用電極１と前記参照電極３との間
の電圧が所望の電圧となるように前記作用電極１と前記
対極２との間に電流を供給する。発振器５１により、ポ
テンショスタット４を制御して前記所望の電圧を可変と
する。その際の、前記所望の電圧の値と前記電流の値
は、デジボル６またはロックインアンプ６から得る。作
用電極１へ照射する光の光源９として高輝度ＬＥＤ（Ｌ
ＥＤ：発光ダイオード）を用いた。その高輝度ＬＥＤの
オンオフ（交流）の制御を発振器５２で行う。光を作用
電極１に照射することで、光起電力が発生し、このとき
の電流電圧特性からインピーダンスを求めることができ
る。コンピュータ７により発振器５１を制御し、また、
コンピュータ７によりデジボル６またはロックインアン
プ６からの情報によりインピーダンスを算出する。前記
ポテンショスタット４、発振器５１，５２、高輝度ＬＥ
Ｄ９、デジボル（またはロックインアンプ６）及びパー
ソナルコンピュータ７が前記電極に電圧を印加する手段
と電極のインピーダンスを測定する手段とを構成してい
る。
る。第１の実施の形態との違いは、作用電極のインピー
ダンスを測定する手段として、光起電力を用いた点であ
る。図２に示すように、電極は作用電極１、対極２と参
照電極３の３種類がある。作用電極１は半導体であり、
ここでは、Ｐ型シリコン電極を用いた。ポテンショスタ
ット４により、前記作用電極１と前記参照電極３との間
の電圧が所望の電圧となるように前記作用電極１と前記
対極２との間に電流を供給する。発振器５１により、ポ
テンショスタット４を制御して前記所望の電圧を可変と
する。その際の、前記所望の電圧の値と前記電流の値
は、デジボル６またはロックインアンプ６から得る。作
用電極１へ照射する光の光源９として高輝度ＬＥＤ（Ｌ
ＥＤ：発光ダイオード）を用いた。その高輝度ＬＥＤの
オンオフ（交流）の制御を発振器５２で行う。光を作用
電極１に照射することで、光起電力が発生し、このとき
の電流電圧特性からインピーダンスを求めることができ
る。コンピュータ７により発振器５１を制御し、また、
コンピュータ７によりデジボル６またはロックインアン
プ６からの情報によりインピーダンスを算出する。前記
ポテンショスタット４、発振器５１，５２、高輝度ＬＥ
Ｄ９、デジボル（またはロックインアンプ６）及びパー
ソナルコンピュータ７が前記電極に電圧を印加する手段
と電極のインピーダンスを測定する手段とを構成してい
る。
【００１７】前記作用電極１と前記参照電極３との間の
電圧が所望の電圧となるようにすることで、作用電極１
の表面電位を所望の電位とする。そして、光の照射をオ
ン・オフする。すると、光を照射したときとしないとき
の電流の変化分と電圧の変化分との関係は、前記作用電
極１、参照電極３、及び対極２が浸漬された被測定溶液
８に含まれる化学物質の種類と化学物質の濃度に応じた
ものとなる。そのようにして得られた電流電圧特性から
インピーダンスを求めて化学物質の情報とする。前記所
望の電圧を変化させて、作用電極１の表面電位をマイナ
ス、ゼロ、プラスと分極するように走査し、各ポイント
（電圧）毎に前述のようにしてインピーダンスを求めれ
ば、作用電極１の表面電位の状態の広い範囲にわたって
作用電極１と化学物質間の相互作用を調べることができ
る。
電圧が所望の電圧となるようにすることで、作用電極１
の表面電位を所望の電位とする。そして、光の照射をオ
ン・オフする。すると、光を照射したときとしないとき
の電流の変化分と電圧の変化分との関係は、前記作用電
極１、参照電極３、及び対極２が浸漬された被測定溶液
８に含まれる化学物質の種類と化学物質の濃度に応じた
ものとなる。そのようにして得られた電流電圧特性から
インピーダンスを求めて化学物質の情報とする。前記所
望の電圧を変化させて、作用電極１の表面電位をマイナ
ス、ゼロ、プラスと分極するように走査し、各ポイント
（電圧）毎に前述のようにしてインピーダンスを求めれ
ば、作用電極１の表面電位の状態の広い範囲にわたって
作用電極１と化学物質間の相互作用を調べることができ
る。
【００１８】作用電極がマイナスに分極した状態では陽
イオンが電極表面に引き寄せられ、プラスに分極した状
態では、陰イオンが電極表面に引き寄せられ、電極電位
がゼロ電荷点付近の中性の状態では、中性物質が吸着す
ると考えられる。このように、電極の分極状態を変化さ
せることで、作用電極と化学物質の相互作用を変化さ
せ、化学物質に関する情報量を増加し、化学物質の検出
を行う。第１の実施の形態と第２の実施の形態の違いに
ついて述べる。第１の実施の形態では、作用電極のイン
ピーダンスを求める手段は、電気的に求めるので、出力
は被測定溶液の溶液抵抗を含む。第２の実施の形態で
は、光起電力を用いてインピーダンス測定をおこなって
いるため、出力には被測定溶液の溶液抵抗は含まれな
い。
イオンが電極表面に引き寄せられ、プラスに分極した状
態では、陰イオンが電極表面に引き寄せられ、電極電位
がゼロ電荷点付近の中性の状態では、中性物質が吸着す
ると考えられる。このように、電極の分極状態を変化さ
せることで、作用電極と化学物質の相互作用を変化さ
せ、化学物質に関する情報量を増加し、化学物質の検出
を行う。第１の実施の形態と第２の実施の形態の違いに
ついて述べる。第１の実施の形態では、作用電極のイン
ピーダンスを求める手段は、電気的に求めるので、出力
は被測定溶液の溶液抵抗を含む。第２の実施の形態で
は、光起電力を用いてインピーダンス測定をおこなって
いるため、出力には被測定溶液の溶液抵抗は含まれな
い。
【００１９】作用電極は、金属、半導体または基板表面
に化学修飾された脂質膜等が利用でき、特に基板表面に
化学修飾された脂質膜について以下に述べる。その際の
化学修飾の方法として以下の４つが考えられる。
に化学修飾された脂質膜等が利用でき、特に基板表面に
化学修飾された脂質膜について以下に述べる。その際の
化学修飾の方法として以下の４つが考えられる。
【００２０】電極表面に官能基を導入し、これに通常
の有機化学反応を用いて種々のセンサ用の両親媒性物質
または苦味物質を修飾させて製造する。表１に基板電極
となる電極の例を示す。
の有機化学反応を用いて種々のセンサ用の両親媒性物質
または苦味物質を修飾させて製造する。表１に基板電極
となる電極の例を示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】チオール基（ＳＨ基）と疎水基を持つ分
子群の該チオール基を、金、白金等の電極上に修飾させ
て製造する。 チオール基（ＳＨ基）と疎水基と官能基を持つ分子群
の該チオール基を、金、白金等の電極上に修飾させて製
造する。 チオール基（ＳＨ基）と他の官能基の両方を持つ化合
物を用い、該チオールを金、白金等の電極上に修飾さ
せ、上記官能基と味覚センサ用脂質の官能基をそれぞれ
化学結合させて製造する。
子群の該チオール基を、金、白金等の電極上に修飾させ
て製造する。 チオール基（ＳＨ基）と疎水基と官能基を持つ分子群
の該チオール基を、金、白金等の電極上に修飾させて製
造する。 チオール基（ＳＨ基）と他の官能基の両方を持つ化合
物を用い、該チオールを金、白金等の電極上に修飾さ
せ、上記官能基と味覚センサ用脂質の官能基をそれぞれ
化学結合させて製造する。
【００２３】各々のセンサの構成を図６乃至図８に示
す。図９乃至図１１はセンサの構成を化学式を用いて表
したものである。特にチオール基（ＳＨ基）は、金、白
金と非常に強力に結合する。
す。図９乃至図１１はセンサの構成を化学式を用いて表
したものである。特にチオール基（ＳＨ基）は、金、白
金と非常に強力に結合する。
【００２４】ただし、上記、、の構造では、セン
サの表面に疎水基が配向性良くしっかりと固定されてい
ると考えられる。
サの表面に疎水基が配向性良くしっかりと固定されてい
ると考えられる。
【００２５】また、上記の構造では、センサの表面に
親水基をむけ、内側に疎水基をむけた両親媒性物質がチ
オール基（ＳＨ基）を介して配向性良くしっかりと固定
されていると考えられる。これは、構造的には理想的な
脂質のモノレイヤであり、センサとして特性が非常に優
れている。また、チオール基（ＳＨ基）を介して電極に
固定されていて、有機溶剤で洗浄しても剥がれない。
親水基をむけ、内側に疎水基をむけた両親媒性物質がチ
オール基（ＳＨ基）を介して配向性良くしっかりと固定
されていると考えられる。これは、構造的には理想的な
脂質のモノレイヤであり、センサとして特性が非常に優
れている。また、チオール基（ＳＨ基）を介して電極に
固定されていて、有機溶剤で洗浄しても剥がれない。
【００２６】図１０及び図１１は実験用に製作したセン
サの模式図（断面図）である。図１０は金電極，メルカ
プトスルホン酸，ジオクタデシルメチルアンモニウムブ
ロマイドの構成となっており（以後Ａ膜と呼ぶ）、図１
１は金電極，ｎ−オクタデシルメルカプタンの構成とな
っている（以後Ｂ膜と呼ぶ）。
サの模式図（断面図）である。図１０は金電極，メルカ
プトスルホン酸，ジオクタデシルメチルアンモニウムブ
ロマイドの構成となっており（以後Ａ膜と呼ぶ）、図１
１は金電極，ｎ−オクタデシルメルカプタンの構成とな
っている（以後Ｂ膜と呼ぶ）。
【００２７】センサの製作手順を次に示す。電極はφ
１．５ｍｍの金電極をアクリル板に穴をあけ詰め込んだ
ものを用いた。 製作手順 １．電極を蒸留水で洗浄する。 ２．電極の表面をエメリー紙（粗さ０．３μｍ）で研磨
する。 ３．電極を蒸留水で洗浄する。 ４．手順２．及び３．を３回繰り返す。 ５．電極の表面に触らないように注意して表面の水を吸
い取る。 ６．電極をエタノールで洗浄する。
１．５ｍｍの金電極をアクリル板に穴をあけ詰め込んだ
ものを用いた。 製作手順 １．電極を蒸留水で洗浄する。 ２．電極の表面をエメリー紙（粗さ０．３μｍ）で研磨
する。 ３．電極を蒸留水で洗浄する。 ４．手順２．及び３．を３回繰り返す。 ５．電極の表面に触らないように注意して表面の水を吸
い取る。 ６．電極をエタノールで洗浄する。
【００２８】以下の手順はＡ膜とＢ膜とでは異なる。 まずＡ膜の手順を示す。 ７A. メルカプトスルホン酸をエタノール溶液に１００
ｍＭ溶かす。これを溶液Ａ１とする。 ８A. 溶液Ａ１に電極を１２時間漬ける。 ９A. ジオクタデシルメチルアンモニウムブロマイドを
エタノール溶液に２０ｍＭ溶かす。これを溶液Ａ２とす
る。 １０A. 溶液Ａ１に電極を１２時間漬ける。 １１A. 電極をエタノールで洗浄する。
ｍＭ溶かす。これを溶液Ａ１とする。 ８A. 溶液Ａ１に電極を１２時間漬ける。 ９A. ジオクタデシルメチルアンモニウムブロマイドを
エタノール溶液に２０ｍＭ溶かす。これを溶液Ａ２とす
る。 １０A. 溶液Ａ１に電極を１２時間漬ける。 １１A. 電極をエタノールで洗浄する。
【００２９】次にＢ膜の手順を示す。 ７B. ｎ−オクタデシルメルカプタンをエタノール溶液
に１ｍＭ溶かす。これを溶液Ｂ１とする。 ８B. 溶液Ｂ１に電極を２４時間漬ける。 ９B. 電極をエタノールで洗浄する。
に１ｍＭ溶かす。これを溶液Ｂ１とする。 ８B. 溶液Ｂ１に電極を２４時間漬ける。 ９B. 電極をエタノールで洗浄する。
【００３０】
【発明の効果】この発明の化学物質検出装置は、被測定
溶液に浸漬される作用電極と、被測定溶液に浸漬される
参照電極と、前記作用電極と参照電極との間の電圧が所
望の電圧となるように電圧を印加する電圧印加手段と、
前記作用電極のインピーダンスを測定する測定手段とを
備え、前記作用電極のインピーダンスに基づいて前記被
測定溶液中の化学物質を検出することとしたから、被測
定溶液中に微量に含まれる化学物質を簡易・迅速に検出
することができる。
溶液に浸漬される作用電極と、被測定溶液に浸漬される
参照電極と、前記作用電極と参照電極との間の電圧が所
望の電圧となるように電圧を印加する電圧印加手段と、
前記作用電極のインピーダンスを測定する測定手段とを
備え、前記作用電極のインピーダンスに基づいて前記被
測定溶液中の化学物質を検出することとしたから、被測
定溶液中に微量に含まれる化学物質を簡易・迅速に検出
することができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す構成図であ
る。
る。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す構成図であ
る。
る。
【図３】本発明の基本構成を示す図である。
【図４】本発明に用いる作用電極の一例を示す構成図で
ある。
ある。
【図５】本発明の化学物質検出装置で測定した、ビスフ
ェノールＡに対する応答パターンを示す図である。
ェノールＡに対する応答パターンを示す図である。
【図６】基板電極に化学修飾された脂質膜の断面の模式
図である。
図である。
【図７】基板電極に化学修飾された脂質膜の断面の模式
図である。
図である。
【図８】基板電極に化学修飾された脂質膜の断面の模式
図である。
図である。
【図９】基板電極に化学修飾された脂質膜を化学式で表
した断面の模式図である。
した断面の模式図である。
【図１０】基板電極に化学修飾された脂質膜を化学式で
表した断面の模式図である。
表した断面の模式図である。
【図１１】基板電極に化学修飾された脂質膜を化学式で
表した断面の模式図である。
表した断面の模式図である。
１ 作用電極 ２ 対極 ３ 参照電極 ４ ポテンショスタット ５ 発振器 ６ デジボル（ロックインアンプ） ７ コンピュータ ８ 被測定溶液 ９ 光源 ５０ 電圧を印加する手段 ５１ 発振器 ５２ 発振器 ６０ インピーダンスを測定する手段 ６１ 電圧計 ６２ 電流計 ９１ 定電流源 １０１ アクリルの板 １０２ 穴 １０３ 電極材料 １０４ 接着剤 １０５ 導線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 健司 福岡県福岡市早良区祖原22番21号小嶋レジ デンス Ｆターム(参考） 2G060 AA06 AC05 AD06 AE17 AF02 AF06 AF07 AF15 AG11 AG14 FA01 FA05 FA06 HA01 HA02 HC13 HE01 KA06
Claims (9)
- 【請求項１】 被測定溶液中の化学物質を検出する化学
物質検出装置であって、 前記被測定溶液に浸漬される作用電極（１）と、前記被
測定溶液に浸漬される対極（２）と、前記被測定溶液に
浸漬される参照電極（３）と、前記作用電極と前記参照
電極との間の電圧が所望の電圧となるように前記作用電
極と前記対極との間に電流を供給する電流供給手段
（４，５）とを備え、前記所望の電圧の値と前記電流の
値とから得られる前記作用電極のインピーダンスに基づ
いて前記被測定溶液中の化学物質を検出する化学物質検
出装置。 - 【請求項２】 前記電流供給手段が、前記所望の電圧が
少なくとも６種類の電圧となるように電流を供給する電
流供給手段であることを特徴とする請求項１に記載の化
学物質検出装置。 - 【請求項３】 前記作用電極が金属または半導体もしく
は基板表面に化学修飾された脂質膜であることを特徴と
する請求項１に記載の化学物質検出装置。 - 【請求項４】 被測定溶液中の化学物質を検出する化学
物質検出装置であって、 前記被測定溶液に浸漬される作用電極（１）と、前記被
測定溶液に浸漬される対極（２）と、前記被測定溶液に
浸漬される参照電極（３）と、前記作用電極と前記参照
電極との間の電圧が所望の電圧となるように前記作用電
極と前記対極との間に電流を供給する電流供給手段
（４，５）と、前記作用電極に光を照射する光照射手段
（９，９１）とを備え、前記作用電極に光を照射したと
きとしないときの前記作用電極と前記参照電極間の電圧
の変化値と前記電流の変化値とから得られる前記作用電
極のインピーダンスに基づいて前記被測定溶液中の化学
物質を検出する化学物質検出装置。 - 【請求項５】 前記電流供給手段が、前記所望の電圧が
少なくとも３種類の電圧となるように電流を供給する電
流供給手段であることを特徴とする請求項４に記載の化
学物質検出装置。 - 【請求項６】 被測定溶液中の化学物質を検出する化学
物質検出装置であって、 前記被測定溶液に浸漬される作用電極（１）と、前記被
測定溶液に浸漬される参照電極（３）と、前記作用と前
記参照電極との間の電圧が所望の電圧となるように電圧
を印加する電圧印加手段（５０）と、前記作用電極のイ
ンピーダンスを測定する測定手段（６０）とを備え、前
記作用電極のインピーダンスに基づいて前記被測定溶液
中の化学物質を検出する化学物質検出装置。 - 【請求項７】 前記電圧印加手段が、前記所望の電圧が
少なくとも３種類の電圧となるように電圧を印加する電
圧印加手段であることを特徴とする請求項６に記載の化
学物質検出装置。 - 【請求項８】 前記作用電極が金属または半導体もしく
は基板表面に化学修飾された脂質膜であることを特徴と
する請求項６に記載の化学物質検出装置。 - 【請求項９】 前記作用電極が半導体であり、前記測定
手段が前記作用電極に光を照射することで発生する作用
電極の電流変化と電圧変化よりインピーダンスを求める
ことを特徴とする請求項６に記載の化学物質検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28220199A JP4340363B2 (ja) | 1999-10-01 | 1999-10-01 | 化学物質検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28220199A JP4340363B2 (ja) | 1999-10-01 | 1999-10-01 | 化学物質検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001099800A true JP2001099800A (ja) | 2001-04-13 |
| JP4340363B2 JP4340363B2 (ja) | 2009-10-07 |
Family
ID=17649395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28220199A Expired - Fee Related JP4340363B2 (ja) | 1999-10-01 | 1999-10-01 | 化学物質検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4340363B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006138770A (ja) * | 2004-11-12 | 2006-06-01 | Kitakyushu Foundation For The Advancement Of Industry Science & Technology | 溶液分析方法及び溶液分析装置 |
| JP2020118517A (ja) * | 2019-01-23 | 2020-08-06 | 日置電機株式会社 | 液体インピーダンス測定装置、液体分析システム、液体インピーダンス測定方法および液体分析方法 |
-
1999
- 1999-10-01 JP JP28220199A patent/JP4340363B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006138770A (ja) * | 2004-11-12 | 2006-06-01 | Kitakyushu Foundation For The Advancement Of Industry Science & Technology | 溶液分析方法及び溶液分析装置 |
| JP2020118517A (ja) * | 2019-01-23 | 2020-08-06 | 日置電機株式会社 | 液体インピーダンス測定装置、液体分析システム、液体インピーダンス測定方法および液体分析方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4340363B2 (ja) | 2009-10-07 |
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