JP2002340856A - 動電的イオンサンプリング能をもつ超微小ガラスキャピラリー電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 先端内径が約１．５μm以下、好ましく
は約０．９〜１．２μmの円錐型先端を有するガラスキ
ャピラリー内に、Ａｇ／ＡｇＣｌ等の参照電極、樹脂被
覆Ｐｔワイア等の作用電極、及びＰｔワイア等の対極を
配置したことを特徴とする、超微小ガラスキャピラリー
電極。 【効果】 微量のイオン種を検出することができ、生物
学的組織中の生物活性物質を感度良く且つ選択的に検出
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、動電的イオンサン
プリング能をもつ超微小ガラスキャピラリー電極および
これを用いたイオンの検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】超微小電極を用いたイオン及び分子の検
出は、組織、切片及び細胞における体液中の局部的及び
動的濃度変化を知るための最も有用な方法の一つであ
る。いろいろな分析法及びイオン選択性超微小電極法と
組み合わせたパッチクランプ法、インビボ ボルタンメ
トリー、マイクロ透析法のような複雑な方法が確立さ
れ、神経伝達物質、セカンドメッセンジャー、及び細胞
のシグナルカスケードに重要な役割を果たすその他の生
理活性物質を検出するために広く用いられている。

【０００３】ガラスキャピラリーで作られた超微小電極
はユニークであり、特に、いわゆるパッチクランプ法に
使用される。ガラスキャピラリー電極はミクロン以下か
ら数ミクロンの範囲の先端直径をもち、インビボ ボル
タンメトリー用の炭素繊維電極の直径（１０μｍまで）
及びインビボ サンプリング用のマイクロ透析用チュー
ブの直径（数百μｍ）よりもずっと小さく、ガラス表面
は脂質への親和性と生体適合性とを有する。ガラスキャ
ピラリーは、生体膜におけるイオンチャンネルを通過す
るイオンを検出するための超微小電極として役立つ。ガ
ラスキャピラリーミクロピペットはまた、外来物質を体
内の特定領域に注入するための電気泳動注入にも使用さ
れている。

【０００４】先端直径が非常に小さいという利点によ
り、引張りガラスキャピラリーは電気化学的ミクロセン
サー、例えば炭素繊維電極、脂質二重膜ミクロセンサー
及び酸素ミクロセンサー、を構成するためのミクロホル
ダー（微量容器）として使用され、そしてまた流体力学
的（動水力学的）超微小電極において物質輸送速度を向
上させるために使用されている。円錐形又は円筒先端
（１．５−２μm）をもつガラスキャピラリーを、微量
滴定用及び高純度薬品を取扱うための定量的試薬供給用
の拡散型ミクロビュレットとして使用することも報告さ
れている。

【０００５】最近、Ｗｅｉ他は、口径約２０ｎｍの引張
った石英管チューブが先端で拡散電気二重層を形成し、
先端を通ってイオン移動を電荷選択的に行うことを報告
している（Ｃ．Ｗｅｉ、Ａ．Ｊ．Ｂａｒｄ，Ｓ．Ｗ．Ｆ
ｅｌｄｂｅｒｇ，Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．１９９７，６
９，４６２７頁）。一方、もっと直径が大きい、即ち内
径５０−１００μm、の長い開放管キャピラリーがキャ
ピラリー電気泳動法において分離器具として確立され
た。サンプル溶液からの分析物のガラスキャピラリー端
部への動電的移動は、キャピラリー電気泳動法において
サンプル注入に利用された。サンプル注入は、溶液の強
い電気浸透流およびイオン電気移動の累積的効果によ
り、電気浸透流と同じ方向にカチオンとアニオンの移動
をもたらす。

【０００６】生物学的ミクロ環境から分析物をサンプリ
ングするために、先端外径１５−７０μmのガラスキャ
ピラリーを経て電気泳動キャピラリーに超少量サンプル
を導入することも報告された。また、電場増強法および
注入場にて半透過性中空繊維内の分析物の電気泳動によ
る予備濃縮を用いた、分析物の電荷−選択的サンプリン
グ法についてのいくつかの研究も報告されている。電場
増強法においては、バルク溶液の電気浸透速度はサンプ
ルイオンの電気泳動速度よりもずっと遅い。何故なら、
増幅された電場はサンプルイオンの移動を加速するから
である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、微量
のサンプルから特定イオンを選択的に感度よく検出する
ことができる検出器を提供することである。本発明の別
の目的は、上記検出器を用いて微量のサンプルから特定
イオンを選択的に感度よく検出する方法を提供すること
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、数ミクロ
ン以下の円錐型先端内径を有するガラスキャピラリーに
３電極を配置することにより、動電的にイオンを選択的
に取り込み、電気化学的に特定イオンを検出する超微小
電極が得られることを見いだした。即ち、本発明は、先
端内径が１．５μｍ以下、好ましくは１．５μｍ未満、
更に好ましくは１．２μｍ以下、特に０．９〜１．２μ
ｍの円錐型先端を有するガラスキャピラリー内に、参照
電極、作用電極、及び対極（補助電極）の３電極を配置
したことを特徴とする、超微小ガラスキャピラリー電極
である。該キャピラリー電極には通常約１０μｌまでの
量の内部溶液、例えばＫＣｌと２−［４−（２−ヒドロ
キシエチル）−１−ピペラジニル］−エタンスルホン酸
とを含む水溶液等のような緩衝液、が注入される。本発
明の超微小ガラスキャピラリー電極を用いた微量イオン
検出方法は、検出しようとする分析物イオン（被測定イ
オン）を含む溶液中に、上記超微小ガラスキャピラリー
電極を浸漬した状態で、上記被測定イオンと反対の符号
の電圧をキャピラリー電極の対極と外部電極との間に所
定時間印加した後、ボルタンメトリー測定を行うことを
特徴とする。本発明におけるサンプリングの原理は、ア
ニオンの電気移動が、ガラスキャピラリーの円錐先端を
横切る電気浸透流よりも速く、一方、カチオンの電気移
動は電気浸透流と同じ方向である、という発見に基づ
く。溶液中の被測定イオンは、電位勾配下でキャピラリ
ーの内部溶液（約１０μｌ以下、好ましくは１μｌ程
度）中に電気泳動で移動させられ、Ｐｔ電極において示
差パルス（ＤＰ）ボルタンメトリーで検出される。

【０００９】

【発明の実施の形態】円錐型先端を有するガラスキャピ
ラリーは、例えば外径約１〜２ｍｍ、内径約１ｍｍ以下
のガラスキャピラリーから引張り法により製造できる。
円錐型先端は０．９〜１．２μmであるのが特に好まし
い。

【００１０】上記参照電極としては、通常Ａｇ／ＡｇＣ
ｌのワイア、通常直径１００〜２００μmの該ワイア、
が使用されるが、Ａｇワイアも使用できる。

【００１１】上記作用電極としては、樹脂被覆Ｐｔワイ
ア、例えばテフロン（登録商標）被覆Ｐｔワイアであっ
て、直径が１３０μm以下、好ましくは１０〜２０μmの
ものが用いられる。又は、Ｐｔワイア（直径０．１０ｍ
ｍ）の先端約１０ｍｍをサンドペーパーで直径５０μm
程度に削り、アルミナペースト（粒径０．３０μm及び
０．０５μm）で研磨後、Ｍｉｌｌｉ−Ｑ水（以下に記
載）で洗浄、さらに王水に１時間浸漬し、１０μm程度
のワイアを作成して用いることができる。作用電極の先
端はできるかぎりガラスキャピラリーの円錐形先端の近
くに位置するのが、検出時間を短くする観点から好まし
い。作用電極の先端とガラスキャピラリーの円錐型先端
との距離は、６００μm以下、特に１００〜２５０μmで
あるのが好ましい。

【００１２】上記対極としては、Ｐｔワイア、特に直径
１００〜２００μｍのものが使用できる。キャピラリー
電極の対極と外部電極との間に印加される電圧（サンプ
リング電圧）は、高いほど検出感度が向上するが、通常
±０．８〜１．７Ｖ、好ましくは±１．５〜１．７Ｖで
ある。電圧の符号は、被測定イオンの電荷に依存し、被
測定イオンがアニオンの場合は正の電圧、そしてカチオ
ンの場合は負の電圧が用いられる。かかる範囲のサンプ
リング電圧を用いた場合のサンプリング時間は、通常数
十秒〜４０分である。

【００１３】外部電極としては通常、Ｐｔワイアが使用
でき、通常ガラスキャピラリー先端から約７〜１０ｍｍ
の位置に置かれる。

【００１４】位置により断面が異なる円錐形キャピラリ
ーでは、キャピラリー先端で電気抵抗がシャープに増大
し、先端領域で電場が増大する。増大した電場はイオン
の電気泳動速度と溶液の電気浸透流速度の両方を増大さ
せる。しかし溶液の電気浸透流速度はバルク的性質であ
り、下記の非圧縮性流体の連続性原理により、キャピラ
リー全体にわたって平均される： Ｑ（ｍ³／ｓ）＝Ａν_eo＝一定 （１） （式中、Ｑは容積流速、Ａはキャピラリー管の断面積
（ｍ²）、ν_eoは溶液の電気浸透流速度（ｍ／ｓ）であ
る）。従って、電場がキャピラリー先端で局部的に増大
しても、溶液の速度は増加しない。そのため、分析する
イオンが円錐形先端を通って電気泳動する速度は電気浸
透流の速度よりも速い。以下に、実施例により本発明を
具体的に説明する。

【００１５】

【実施例】材料 下記の例で使用する材料は下記の通りである： フェロシアン化カリウムＫ₄［Ｆｅ（ＣＮ）₆］：和光純
薬株式会社（大阪）製造。 （フェロセニルメチル）トリメチルアンモニウム（Ｆｃ
ＴＭＡ⁺）ブロミド：東京化成工業（東京）製造。 ２−［４−（２−ヒドロキシエチル）−１−ピペラジニ
ル］−エタンスルホン酸（以下、ＨＥＰＥＳと略称）：
同仁化学研究所（熊本）製造。 実験全体で、Ｍｉｌｌｉ−Ｑ水（Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ
ｒｅａｇｅｎｔ ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ、米国、マ
サチューセッツ、ベッドフォード）を使用した。

【００１６】例１：キャピラリー電極の作製 ピペット製造用にホウケイ酸ガラスキャピラリー（外径
１．５mm、内径０．８６mm）を使用した。先端内径０．
９−２．３μmを有する複数のキャピラリーピペット
を、サッター（Ｓｕｔｔｅｒ）ミクロピペットプラーモ
デルＰ−９７（サッターインストルメンタル社、カリフ
ォルニア、ノバト）を用いて３−４回の点引張り法によ
り製造した。ピペットの先端内径は顕微鏡（ＴＭＳ、ニ
コン社）を用いて測定した。ガラスピペットに、０．１
０ＭのＨＥＰＥＳ／ＮａＯＨ（ｐＨ７．４）を含む０．
３０Ｍ ＫＣｌ溶液（以下、ＫＣｌ−ＨＥＰＥＳ溶液と
略称）の１０μｌまでのアリコートを、使い捨て微量注
射器を用いて満たした。該ピペットは、先端内径０．９
μmのもので７．１−１２ＭΩ（メガオーム）、先端内
径１．２μmのもので４．９−５．３ＭΩ、先端内径
１．５μmのもので２．４−２．５ＭΩ、そして先端内
径２．３μmのもので０．９６−１．２ＭΩの電気抵抗
を有した。キャピラリーピペット内の位置に作用電極
（Ｗ）、対極（Ｃ）、および参照電極（Ｒ）をセットし
た（図１の（Ａ２）、（Ａ３）参照）。作用電極（Ｗ）
と参照電極（Ｒ）を外径０．７ｍｍ、内径０．５ｍｍ、
長さ３０ｍｍのガラス管に通した後，上記のガラスキャ
ピラリーに挿入するのが好ましい（図１の（Ａ３）参
照）。テフロン被覆Ｐｔワイア（直径０．１２７mm、ニ
ラコ社製）を内部作用電極として使用した。Ｐｔワイア
の上部（２mmまで）のテフロンコーティングをカッター
で剥いだ。０．１０ＭのＫＣｌ中の４．０ｍＭ［Ｆｅ
（ＣＮ）₆］^4-を用いたクロノアンペロメトリーによ
り、電極面積は０．５３mm²であることが測定された。
Ｐｔワイア電極をエタノール、アセトンそして最後にＭ
ｉｌｌｉ−Ｑ水で洗った。Ａｇ／ＡｇＣｌワイア（直径
０．２０mm）電極およびＰｔワイア（直径０．１０mm）
電極は、キャピラリー中でそれぞれ参照電極および対極
として作用した。

【００１７】例２：ボルタンメトリー測定 示差パルス（ＤＰ）ボルタンメトリーを、３電極構造の
キャピラリー電極を用いて、Ｃｙｐｒｅｓｓ Ｍｏｄｅ
ｌＣＳ−１０９０電気分析システム（Ｃｙｐｒｅｓｓ
Ｓｙｓｔｅｍ，ＫＡ）で行った。すべての測定は室温で
実施した。この実験での構成を図１（Ａ）、（Ｂ）およ
び（Ｃ）に示す。キャピラリー電極を、いろいろな濃度
（０．１０μＭ−５．０ｍＭ）の［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-
又は（フェロセニルメチル）トリメチルアンモニウム
（ＦｃＴＭＡ⁺）を含むＫＣｌ−ＨＥＰＥＳ溶液に垂直
に浸した。別のＰｔ電極（外部Ｐｔ電極、直径０．５ｍ
ｍ）を、動電的イオンサンプリングのために該溶液に浸
した。キャピラリーの先端と外部Ｐｔ電極との距離は約
１ｃｍであった。外からの直流電圧（以下、サンプリン
グ電圧という）をキャピラリー電極（Ｐｔ対極）と外部
電極との間に所定時間、通常数十秒〜４０分、印加し
た。動電的イオンサンプリング回路のスイッチをオフに
して、ＤＰボルタンメトリー測定を行った。次にキャピ
ラリーと外部Ｐｔ電極を、分析物を含まずそして−１．
５Ｖ又は＋１．５Ｖに保持したＫＣｌ−ＨＥＰＥＳ溶液
に移して、ＫＣｌ−ＨＥＰＥＳ溶液中のＤＰピークが消
失するまでサンプリング（採取）されたイオンを追い出
した。

【００１８】例３：キャピラリー電極中の分析物（被測
定）イオン濃度の測定 いろいろな濃度（０．１０μＭ−５．０ｍＭ）の［Ｆｅ
（ＣＮ）₆］^4-を含む内部溶液の１０μｌアリコートを
例１で作成したキャピラリーピペット（先端内径１．２
μm）に取った。各キャピラリーピペット中に３電極を
前記のようにセットし、ＤＰボルタモグラムを記録し
た。ＤＰピーク電流を［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^{4 -}イオンの濃
度に対してプロットした。ＦｃＴＭＡ⁺についての検量
線も、［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-についてと同じように作成
した。キャピラリー電極の内部溶液に輸送された［Ｆｅ
（ＣＮ）₆］^4-イオン又はＦｃＴＭＡ⁺イオンの濃度を各
検量線から決定した。なお、電気分解がキャピラリーの
先端に限られた非常に狭い空間で進行し、従って正味の
電気分解が生じた。キャピラリー内のＤＰピーク電流の
強度は正味の溶液で得られるものと同じではなかった。
従って、検量線の作成はキャピラリー電極内部溶液に輸
送された分析物の濃度を決定するのに必要である。

【００１９】例４：ボルタンメトリー応答挙動 キャピラリー電極のＤＰボルタンメトリー挙動を、モデ
ル分析物として５．０ｍＭの［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-イオ
ンを含むＫＣｌ−ＨＥＰＥＳ溶液中で検査した。図２
（Ａ）は、先端内径１．５μｍを有するキャピラリー電
極を用いて、５．０ｍＭの［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-イオン
を含む０．３０Ｍ ＫＣｌ−０.１Ｍ ＨＥＰＥＳ／Ｎａ
ＯＨ溶液中での示差パルスボルタモグラムであり、
（ａ）はサンプリング電圧を印加しない場合、（ｂ）は
−１．５Ｖのサンプリング電圧を印加した場合、そして
（ｃ）は＋１．５Ｖのサンプリング電圧を印加した場合
の、各示差パルスボルタモグラムである。図２（Ｂ）
は、５．０ｍＭのＦｃＴＭＡ⁺イオンを含む０．３０Ｍ
ＫＣｌ−０.１Ｍ ＨＥＰＥＳ／ＮａＯＨ溶液中での示差
パルスボルタモグラムであり、（ａ）はサンプリング電
圧を印加しない場合、（ｂ）は＋１．５Ｖのサンプリン
グ電圧を印加した場合、そして（ｃ）は−１．５Ｖのサ
ンプリング電圧を印加した場合の、各示差パルスボルタ
モグラムである。開回路（電圧を印加しない）での電極
は、［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-イオンが外部溶液（初めは
５．０ｍＭ）からキャピラリー電極の内部溶液（初めは
０）に拡散して入るために、小さいピーク（図２（Ａ）
−ａ）を与えた。しかしＤＰピークは、−１．５Ｖのサ
ンプリング電圧を４０分間印加すると、減少しそして最
後に消失した（図２（Ａ）−ｂ）。これは、［Ｆｅ（Ｃ
Ｎ）₆］^4-イオンが、印加された負の電圧により電気浸
透流に抗して電極から外に移動したからである。従っ
て、標的イオンと同じ符号のサンプリング電圧を加える
ことにより、電極は再使用可能である。正の電圧＋１．
５Ｖを加えると、［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-イオンの酸化に
よるＤＰ（示差パルス）ピークが１０分後に現れ、その
高さは時間と共に増加した（図２（Ａ）の曲線
（ｃ））。これらの結果は、キャピラリー電極がその内
部溶液に［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-アニオンを蓄積したこと
を示す。同様に、モデル分析物として５．０ｍＭのＦｃ
ＴＭＡ＋カチオンを使用した場合は、ＦｃＴＭＡ⁺カチ
オンによるＤＰピークが、−１．５Ｖのサンプリング電
圧を印加することにより観察された（図２（Ｂ）の曲線
（ｃ））。サンプリングされたＦｃＴＭＡ⁺カチオン
は、＋１．５Ｖの電圧を加えることにより、電極から追
い出すことができた。

【００２０】例５：キャピラリー先端サイズの影響 キャピラリー電極は、電気泳動イオン輸送選択性によ
り、イオン（分析物）を反対電荷の他のイオンから識別
する能力があると思われる。しかし、拡散によるイオン
の輸送が優先すると、拡散は自発的に起こる電荷に依存
しないプロセスなので、電気泳動イオン輸送選択性が失
われる。キャピラリーの先端直径の、分析物の拡散輸送
に及ぼす影響を調べるために、いろいろな先端直径
（０．９μm、１．２μm、１．５μmおよび２．３μm）
のキャピラリー電極における示差パルス（ＤＰ）ボルタ
ンメトリー反応を、５．０ｍＭの［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-
イオンを含む０．３Ｍ ＫＣｌ−０．１０Ｍ ＨＥＰＥＳ
／ＮａＯＨ溶液（ｐＨ７．４）中に３０分間放置した
（サンプリング電圧は加えない）後に調べた。その結果
を図３に示す。ボルタモグラムは、溶液に浸漬直後（曲
線１）および開放回路で３０分間保持した後（曲線２）
に記録した。先端直径１．２μmより大きい電極は、
［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-イオンによるＤＰピークを示した
が、これは分析物が内部溶液に拡散して入ったことによ
る。しかし、先端直径が小さくなるほど、ＤＰピークは
小さくなった。先端直径が１．２μm以下では、検出可
能なピークは観察されず、３０分以内の分析物の拡散輸
送は無視できることを示す。この結果から、先端直径が
１．２μｍ（電気抵抗４．９−５．３メガオーム）又は
これ以下のキャピラリー電極が好ましいことがわかる。

【００２１】例６：分析物イオンの電荷の影響 キャピラリー電極におけるＤＰボルタモグラムを、５．
０ｍＭの［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-又はＦｃＴＭＡ⁺を含むＫ
Ｃｌ−ＨＥＰＥＳ溶液中で、同じ条件下で連続して記録
した。即ち、図４は、先端内径１．２μｍを有するキャ
ピラリー電極における、（Ａ）５．０ｍＭの［Ｆｅ（Ｃ
Ｎ）₆］^4-イオン、および（Ｂ）ＦｃＴＭＡ⁺イオン、を
それぞれ含む０．３０Ｍ ＫＣｌ−０.１Ｍ ＨＥＰＥＳ
／ＮａＯＨ溶液（ｐＨ７．４）中での示差パルスボルタ
モグラムを示す。曲線１は該溶液にキャピラリー電極浸
漬直後のボルタモグラムであり、曲線２は１５分間サン
プリングした後のボルタモグラムである。サンプリング
電圧は、［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-イオンに対しては＋１．
５Ｖ、ＦｃＴＭＡ⁺イオンに対しては−１．５Ｖであ
る。（Ａ）と（Ｂ）の測定の間、−１．５Ｖの電圧を加
えてサンプリングした［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-を電極から
追い出して、同じ電極を実験全体を通して使用した。比
較用に、裸の（コートなしの）Ｐｔを用いて、（Ｃ）
５．０ｍＭの［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-イオン、および
（Ｄ）ＦｃＴＭＡ⁺イオン、をそれぞれ含む０．３０Ｍ
ＫＣｌ−０.１Ｍ ＨＥＰＥＳ／ＮａＯＨ溶液（ｐＨ７．
４）中での示差パルスボルタモグラムも合わせて示す。
［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-イオンによるピーク高さはＦｃＴ
ＭＡ＋イオンによるピーク高さと殆ど同じである（コー
トなしのＰｔ電極では、［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-によるＤ
ＰピークはＦｃＴＭＡ⁺によるＤＰピークよりも小さい
ことに注意されたい）。電極の内部溶液中の［Ｆｅ（Ｃ
Ｎ）₆］^4-の濃度は２０μＭであることが測定され、Ｆ
ｃＴＭＡ⁺の濃度（１２μＭ）よりも大きい。このこと
は、［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-イオンの輸送がＦｃＴＭＡ⁺イ
オンより効果的に行われたことを示す。電場下でのイオ
ンの電気泳動速度ν_epは一般に下記の式： ν_ep＝μ_epＥ （２） μ_ep＝ｑ／６πηｒ （３） （式中、μ_epはイオンの電気泳動移動度、Ｅは局部電場
強度、ｑはイオンの電荷、ηはバッファ粘度、そしてｒ
はイオンの半径を示す）で表される。従って、電場が一
定の場合は、小さい半径のイオンの電気泳動速度は大き
い半径のイオンの速度よりも速い。［Ｆｅ（ＣＮ）₆］
^4-のイオンのサイズ（最小直径約９オングストローム）
はＦｃＴＭＡ⁺のイオンサイズと大きく違わない。Ｆｃ
ＴＭＡ⁺のフェロセニル基は、約８オングストロームの
内径を有するβーシクロデキストリンの空洞によく合
う。一方、［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-イオンの電荷はＦｃＴ
ＭＡ⁺イオンの電荷より大きい。従って、［Ｆｅ（Ｃ
Ｎ）₆］^4-の電気泳動速度はＦｃＴＭＡ⁺の電気泳動速度
よりも大きい。これを考慮すると、本願の電極は内部溶
液に［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-イオンをＦｃＴＭＡ⁺イオンよ
りも効率よく蓄積することができる。

【００２２】例７：感度の向上 キャピラリー電極の反応には、分析物イオンが内部溶液
に動電的に輸送されることが必要である。従って、検出
すべき分析物の感度は、内部溶液に輸送された分析物の
量に依存する。［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-についての示差パ
ルスボルタンメトリー測定をいろいろなサンプリング電
圧で行った。その結果を表１に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１に示すように、ＤＰ電流の強さ、およ
び内部溶液に輸送されたイオンの濃度は、サンプリング
電圧と共に増大した。また、サンプリング時間が長いほ
ど、示差パルスピーク高さが高くなる。従って、キャピ
ラリー電極の感度は、サンプリング電圧を大きくする
か、又はサンプリング時間を長くすることにより向上さ
れる。５分のサンプリング後のＤＰピークは、用いたサ
ンプリング電圧（＋０．８〜＋１．７Ｖ）では非常に小
さいか又は検出されなかった。内部のＰｔ作用電極は、
キャピラリー（図１（Ｃ））の先端から１．５ｍｍ離れ
た位置にあった。これはＰｔ作用電極の直径が０．１２
７ｍｍであることによる。Ｐｔ作用電極において検出さ
れる［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-イオンはこの距離を移動し、
ボルタンメトリー応答が遅れる結果となる。

【００２５】例８：濃度依存性 ＫＣｌ−ＨＥＰＥＳ溶液中の［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-イオ
ン濃度とＤＰピーク高さとの間の関係を、＋１．７Ｖの
サンプリング電圧で調べた。サンプリング電圧を１５分
加えた。得られた結果を図５に示す。即ち図５は、先端
内径１．２μｍを有するキャピラリー電極を用いて、い
ろいろの濃度の［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-を含む溶液から、
＋１．７Ｖのサンプリング電圧で１５分サンプリングし
た後の示差パルスボルタモグラムである。黒丸は１回目
の測定結果を、そして白丸は２回目の測定結果を示す。
各示差パルスボルタモグラム測定の後、サンプリングし
た［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-は電極から追い出した。ＤＰピ
ーク電流高さは、［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-の濃度範囲０．
５０−５．０ｍＭにて、［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-イオン濃
度に比例する。サンプリングされた［Ｆｅ（ＣＮ）₆］
^4-イオンを電極から追い出した後、測定を繰り返した。
２回目の測定結果は、実験的誤差の範囲で１回目の測定
結果と一致した。１．０ｍＭの［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-で
の３回の測定の相対標準偏差は１３％であった。検出下
限は、＋１．７Ｖにて１ｈの動電的サンプリングを用い
ることにより３０μＭの［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-に低下
（改善）された。＋１．７Ｖにて１５分の動電的サンプ
リング後にサンプル溶液（１．０ｍＭの［Ｆｅ（ＣＮ）
₆］^4-）からキャピラリー電極に輸送される［Ｆｅ（Ｃ
Ｎ）₆］^4-イオンの濃度は９．８μＭであることが見い
だされた。内部溶液中の［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-（１０μ
ｌまで）の濃度が溶液全体で均一であると仮定すると、
輸送された［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-イオンの数は１０^-10モ
ルまでであると推定される。この量はサンプル溶液（３
ｍｌ）中の［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-イオンの数（３×１０
^-6モル）と比べて無視できるほど少なく、本発明の電極
は、分析物がサンプリングされてもサンプル溶液を撹乱
しないことを示す。線形プロットの勾配は、引張ったキ
ャピラリー先端のサイズおよび形状の違いにより、キャ
ピラリー電極によって相違する。従って、検量線の作成
が、従来の電極を用いたボルタンメトリー分析において
通常必要であるように、各キャピラリー電極においても
必要である。

【００２６】例９：選択性 キャピラリー電極を、ＦｃＴＭＡ⁺カチオンの存在下で
の［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-アニオンの選択的検出に適用し
た。即ち図６は、先端内径１．２μmのキャピラリー電
極を用いて、５．０ｍＭのＦｃＴＭＡ⁺の非存在下およ
び存在下での５．０ｍＭの［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-のＤＰ
ボルタモグラムを連続して記録したものを示す。（Ａ）
はＦｃＴＭＡ⁺の非存在下、即ち［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-の
み、そして（Ｂ）はＦｃＴＭＡ⁺の存在下、即ち［Ｆｅ
（ＣＮ）₆］^4-とＦｃＴＭＡ⁺、をそれぞれ含む０．３０
Ｍ ＫＣｌ−０.１Ｍ ＨＥＰＥＳ／ＮａＯＨ溶液（ｐＨ
７．４）中での示差パルスボルタモグラムである。曲線
１は該溶液に浸漬直後のボルタモグラムであり、曲線２
は＋１．７Ｖのサンプリング電圧で１５分間サンプリン
グした後のボルタモグラムである。各示差パルスボルタ
モグラム測定の後、サンプリングした［Ｆｅ（Ｃ
Ｎ）₆］^{4 -}イオンはキャピラリー電極から追い出した。
比較用に、裸のＰｔ電極を用いた、５．０ｍＭ ［Ｆｅ
（ＣＮ）₆］^4-と０．５ｍＭ ＦｃＴＭＡ⁺とを含む０．
３０Ｍ ＫＣｌ−０.１Ｍ ＨＥＰＥＳ／ＮａＯＨ溶液
（ｐＨ７．４）中の示差パルスボルタモグラム（図６の
（Ｃ））も示す。裸のＰｔ電極においては、［Ｆｅ（Ｃ
Ｎ）₆］^4-（０．２０Ｖ）およびＦｃＴＭＡ⁺（０．３６
Ｖ）の電流が明瞭に示される（図６（Ｃ））。一方、キ
ャピラリー電極を用いると、［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-ピー
クのみが０．１６Ｖで見られ、ＦｃＴＭＡ⁺のピークは
観察されなかった（図６（Ｂ）の曲線２）。ＦｃＴＭＡ
⁺の存在下での［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-ピーク電流の強さ
は、ＦｃＴＭＡ⁺の非存在下での電流の強さとほぼ同じ
であった（図６（Ａ）の曲線２）。この結果は、本発明
のキャピラリー電極が、電荷選択性サンプリング能力に
より、ＦｃＴＭＡ⁺の存在下で［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-を選
択的に検出することを例証する。

【００２７】

【発明の効果】本発明のガラスキャピラリー電極は、先
端内径が好ましくは約１．２μm以下であり、その先端
を通って分析物イオンがキャピラリーの内部溶液中に動
電的にサンプリングされる。動電的サンプリングは、ア
ニオンの電気泳動速度が円錐型先端を有するキャピラリ
ー電極内の電気浸透流の速度よりも速い、という事実に
基づく。本発明のキャピラリー電極は、イオン種を検出
するための新しい超微小電極として有用であり、生物学
的組織中の生物活性物質の感度良い且つ選択的検出に用
いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ１）は本発明のキャピラリー電極を用いた
検出システムの略図、（Ａ２）は本発明の一態様のキャ
ピラリー電極の拡大略図、（Ａ３）は本発明の別の態様
のキャピラリー電極の拡大略図、（Ｂ）はキャピラリー
の一態様の側面略図、そして（Ｃ）はキャピラリー電極
の先端部の写真を示す。

【図２】（Ａ）は５．０ｍＭの［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-イ
オンを含むＫＣｌ−ＨＥＰＥＳ／ＮａＯＨ溶液中でのキ
ャピラリー電極における示差パルスボルタモグラム、そ
して（Ｂ）は５．０ｍＭのＦｃＴＭＡ＋イオンを含むＫ
Ｃｌ−ＨＥＰＥＳ／ＮａＯＨ溶液中でのキャピラリー電
極における示差パルスボルタモグラムである。

【図３】先端直径０．９μm（ａ）、１．２μm（ｂ）、
１．５μm（ｃ）および２．３μm（ｄ）の各キャピラリ
ー電極における示差パルスボルタモグラムである。

【図４】（Ａ）は５．０ｍＭの［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-イ
オン、そして（Ｂ）はＦｃＴＭＡ⁺イオンをそれぞれ含
むＫＣｌ−ＨＥＰＥＳ／ＮａＯＨ溶液（ｐＨ７．４）中
のキャピラリー電極での示差パルスボルタモグラム、
（Ｃ）は５．０ｍＭの［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-イオン、そ
して（Ｄ）はＦｃＴＭＡ⁺イオンをそれぞれ含むＫＣｌ
−ＨＥＰＥＳ／ＮａＯＨ溶液（ｐＨ７．４）中での、裸
のＰｔを用いた示差パルスボルタモグラムである。

【図５】キャピラリー電極を用いた、［Ｆｅ（Ｃ
Ｎ）₆］^4-濃度に対する示差パルスボルタモグラムのピ
ーク高さを示すグラフである。

【図６】（Ａ）はＦｃＴＭＡ⁺の非存在下での５．０ｍ
Ｍの［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-を含むＫＣｌ−ＨＥＰＥＳ／
ＮａＯＨ溶液（ｐＨ７．４）中でのキャピラリー電極の
示差パルスボルタモグラム、（Ｂ）はＦｃＴＭＡ⁺の存
在下での５．０ｍＭの［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-を含むＫＣ
ｌ−ＨＥＰＥＳ／ＮａＯＨ溶液（ｐＨ７．４）中でのキ
ャピラリー電極のＤＰボルタモグラム、そして（Ｃ）は
裸のＰｔ電極を用いた、５．０ｍＭ ［Ｆｅ（ＣＮ）₆］
^4-と０．５ｍＭ ＦｃＴＭＡ⁺とを含むＫＣｌ−ＨＥＰＥ
Ｓ／ＮａＯＨ溶液（ｐＨ７．４）中の示差パルスボルタ
モグラムである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内径１．５μm以下の円錐型先端を有す
   るガラスキャピラリー内に、参照電極、作用電極及び対
   極を配置したことを特徴とする、超微小ガラスキャピラ
   リー電極。
2. 【請求項２】 上記ガラスキャピラリーの先端内径が
   ０．９〜１．２μmである請求項１に記載のガラスキャ
   ピラリー電極。
3. 【請求項３】 参照電極がＡｇ／ＡｇＣｌワイア、作用
   電極が樹脂被覆Ｐｔワイア、そして対極がＰｔワイアか
   らなる、請求項１又は２記載のガラスキャピラリー電
   極。
4. 【請求項４】 検出しようとするイオンを含む溶液中
   に、請求項１記載のガラスキャピラリー電極を浸漬した
   状態で、上記イオンと反対の符号の電圧をキャピラリー
   電極の対極と外部電極との間に所定時間印加した後、ボ
   ルタンメトリー測定を行うことを特徴とする、微量イオ
   ンの検出方法。