JP2005127906A - Instrument and method for measuring concentration - Google Patents

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英典 大山
Kiyoteru Hayama
清輝 葉山
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幸司 柿本
Ryuichi Shirato
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a concentration measuring instrument and a concentration measuring method capable of measuring a concentration with high sensitivity, using an electrode easy to be handled and high in durability. <P>SOLUTION: This instrument/method is provided with the first electrode 1, the second electrode 2, a voltage impression part 3, a current measuring part 4, and a concentration value outputting part 5. In the first electrode 1, a surface of a substrate (base body) 10 comprising metal such as, for example, titanium metal and aluminum metal, or a conductor is coated with a ferroelectric substance thin film 11, and the surface has the sufficient durability against an acid or a base contained in a solution 7 and a substance of a measuring object. An alternating current is impressed to the first electrode 1 and the second electrode 2 from the voltage impression part 3. A dielectric polarization is generated in the ferroelectric substance thin film 11 on the surface of the first electrode 1, and the substance or an ion of the measuring object is adsorbed in the vicinity of the surface of the ferroelectric substance thin film 11, attracted with a charge therein. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば尿素定量のような物質やイオンの濃度定量を行うための濃度計測装置および濃度計測方法に関する。   The present invention relates to a concentration measuring apparatus and a concentration measuring method for performing concentration determination of substances and ions such as urea determination.

従来、臨床検査的分析等では、尿素定量を一例に挙げると、いわゆる検査紙を用いる方法や、専門業者等によって行われる大規模で複雑な多項目同時分析システムを用いる方法など、多種類の方法がある。   Conventionally, in clinical laboratory analysis, a variety of methods such as a method using a so-called test paper and a method using a large-scale complicated multi-item simultaneous analysis system performed by a specialist or the like can be used as an example of urea determination. There is.

そのような従来の臨床検査的分析法のうち、実際に用いられているものの多くは、酵素を利用した吸光光度法による分析であった。また、吸光光度法の他にも、イオン計測法がある。イオン計測法では、ガラス膜や金属が電極として用いられている。あるいは、吸光光度法やイオン計測法の持つ欠点を改善することを企図して、ISFET(Ion Sensitive Field Effect Transistor )センサを用いた分析(計測)方法が提案されている。このISFETセンサは、ISFETのゲート電極を窒化膜などで覆って、対極の電極と共に計測対象の溶液に浸し、ゲート電極と溶液との接触によってISFETのチャネルに生じる導電率変化に起因した参照電圧との電位差を電気信号として取り出すことで、その電位差に基づいてイオン濃度を検出するものである。このようなISFETセンサは、取り扱いが容易で耐久性も比較的良好なもので、例えばpHメータなどにも利用されている。   Among such conventional clinical laboratory analysis methods, many of those actually used have been analysis by an absorptiometric method using an enzyme. In addition to the absorptiometry, there is an ion measurement method. In the ion measurement method, a glass film or a metal is used as an electrode. Alternatively, an analysis (measurement) method using an ISFET (Ion Sensitive Field Effect Transistor) sensor has been proposed in order to improve the drawbacks of the absorptiometry and ion measurement methods. In this ISFET sensor, the gate electrode of ISFET is covered with a nitride film, soaked in a solution to be measured together with a counter electrode, and a reference voltage resulting from a change in conductivity generated in the channel of ISFET due to contact between the gate electrode and the solution. Is extracted as an electrical signal, and the ion concentration is detected based on the potential difference. Such an ISFET sensor is easy to handle and has relatively good durability, and is also used in, for example, a pH meter.

しかしながら、上記のような従来の技術は、それぞれ下記のような問題を有していた。すなわち、ISFETセンサは、取り扱いが容易である反面、感度が低いので、高感度な計測(分析)を実現することが困難であるという問題がある。ガラス膜電極を用いる方法では、高感度な計測が可能であるが、取り扱いに注意を要し、その使用方法が煩雑なものになる傾向にあるという問題がある。金属電極を用いる方法では、感度が低く、また計測対象の物質(溶液など)によってはその物質と金属電極とが反応(金属酸化等)することに起因して、正確な計測が妨げられたり、金属電極が短時間で使用不能な状態なる場合があるなどの問題がある。   However, the conventional techniques as described above have the following problems. In other words, the ISFET sensor is easy to handle, but has a low sensitivity, so that it is difficult to realize highly sensitive measurement (analysis). In the method using a glass membrane electrode, high-sensitivity measurement is possible, but there is a problem that handling is required and the usage method tends to be complicated. In the method using a metal electrode, the sensitivity is low, and depending on the substance to be measured (solution, etc.), the substance and the metal electrode react with each other (metal oxidation, etc.), preventing accurate measurement, There is a problem that the metal electrode may become unusable in a short time.

また、酵素を利用した吸光光度法による分析では、酵素を使い捨てにし、それに因るコストが計測(分析)プロセスにおける全コストの大部分を占めており、低コスト化の妨げとなっているという問題がある。また、そのように計測を行う毎に酵素を使い捨てにすることは、頻繁に廃棄物を出してしまうことになり、環境に対する悪影響等が懸念されるという問題があった。   In addition, in the analysis using an absorptiometric method using an enzyme, the enzyme is made disposable, and the cost due to it occupies most of the total cost in the measurement (analysis) process, which hinders cost reduction. There is. In addition, if the enzyme is made disposable every time such measurement is performed, waste is frequently generated, and there is a problem that adverse effects on the environment are concerned.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第1の目的は、取り扱いが容易で耐久性の高い電極を用いて、高感度な濃度計測を行うことができる、濃度計測装置および濃度計測方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and a first object thereof is a concentration measuring apparatus and a concentration which can perform highly sensitive concentration measurement using an electrode that is easy to handle and has high durability. It is to provide a measurement method.

また、本発明の第2の目的は、酵素を用いた計測や分析を行う場合に、その酵素を使い捨てにすることなく計測を行うことが可能な濃度計測装置および濃度計測方法を提供することにある。   In addition, a second object of the present invention is to provide a concentration measuring apparatus and a concentration measuring method capable of performing measurement without making the enzyme disposable when performing measurement or analysis using the enzyme. is there.

本発明の濃度計測装置は、表面に誘電体層を有する第1電極と、前記第1電極の対極となる第2電極と、前記第1電極および前記第2電極に交流電圧または脈流電圧もしくはステップ電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧の印加に対応して前記第1電極と前記第2電極との間で計測対象の物質またはイオンを介して生じる電流を測定する電流測定手段とを備えている。   The concentration measuring apparatus according to the present invention includes a first electrode having a dielectric layer on the surface, a second electrode serving as a counter electrode of the first electrode, an AC voltage or a pulsating voltage or the like applied to the first electrode and the second electrode. A voltage applying means for applying a step voltage; and a current measuring means for measuring a current generated between the first electrode and the second electrode via the substance or ion to be measured in response to the application of the voltage. I have.

また、本発明の濃度計測方法は、表面に誘電体層を有する第1電極と、前記第1電極の対極である第2電極とを、計測対象の物質またはイオンを有する溶液または試料に浸漬または対面させて、前記第1電極および前記第2電極に交流電圧または脈流電圧もしくはステップ電圧を印加し、前記電圧の印加に対応して前記第1電極と前記第2電極との間で計測対象の物質またはイオンを介して生じる電流値を測定し、前記電流値に対応して前記計測対象の物質またはイオンの濃度値を定量する、というものである。   In the concentration measurement method of the present invention, the first electrode having a dielectric layer on the surface and the second electrode as a counter electrode of the first electrode are immersed in a solution or sample having a substance or ions to be measured or An AC voltage, a pulsating voltage, or a step voltage is applied to the first electrode and the second electrode in a face-to-face relationship, and the object to be measured is between the first electrode and the second electrode in response to the application of the voltage. The current value generated via the substance or ion is measured, and the concentration value of the substance or ion to be measured is quantified corresponding to the current value.

本発明の濃度計測装置または濃度計測方法では、計測対象の物質またはイオンを有する溶液または試料に浸漬または対面させる第1電極の表面に、金属電極等と比較して酸や塩基に対する耐久性の高い誘電体層を備えているので、その第1電極の表面が計測対象の物質またはイオンと反応して酸化したり劣化することなどを防ぐことができる。   In the concentration measuring apparatus or concentration measuring method of the present invention, the surface of the first electrode immersed in or facing the solution or sample containing the substance or ions to be measured has higher durability against acids and bases than a metal electrode or the like. Since the dielectric layer is provided, the surface of the first electrode can be prevented from reacting with the substance or ions to be measured and being oxidized or deteriorated.

そして、第1電極と第2電極との間に計測対象の溶液または試料などを介在させて、その第1電極および第2電極に正弦波形のような極性が反転する交流電圧または半波状の脈流電圧もしくは電圧レベルが時間的に急峻に変化するステップ電圧のような電圧を印加すると、第1電極の表面の誘電体層の分極作用によって、印加電圧とは逆極性の電荷が生じ、その電荷に誘引されて計測対象の物質またはイオンがイオン吸着される。このときのイオン吸着に伴う過渡電流または同期電流は、溶液中のイオン濃度やイオン吸着速度に対応して異なるので、この電流を検出(測定)することにより、その電流に対応して計測対象の物質やイオンの濃度を定量することができる。   Then, a solution or sample to be measured is interposed between the first electrode and the second electrode, and an alternating voltage or a half-wave pulse in which the polarity of the sinusoidal waveform is inverted between the first electrode and the second electrode. When a voltage such as a step voltage whose current voltage or voltage level changes sharply with time is applied, a charge having a polarity opposite to that of the applied voltage is generated by the polarization action of the dielectric layer on the surface of the first electrode. The substance or ion to be measured is attracted by the ion and adsorbed. The transient current or synchronous current associated with ion adsorption at this time differs depending on the ion concentration in the solution and the ion adsorption speed. Therefore, by detecting (measuring) this current, The concentration of substances and ions can be quantified.

ここで、上記の濃度値を、ロックインアンプを含む回路によって定量することは望ましい一態様である。このようにすることにより、外乱等に起因した誤差の少ない濃度値の計測が可能となるからである。   Here, it is a desirable aspect to quantify the above density value by a circuit including a lock-in amplifier. This is because it is possible to measure density values with less error due to disturbances and the like.

また、第1電極だけでなく、第2電極の表面にも誘電体層を設けるようにすることが望ましい。このようにすることにより、第2電極の表面についても、計測対象の物質またはイオンと反応して酸化したり劣化することなどを防ぐことができると共に、第2電極についても、第1電極と同様に、交流電圧のような電圧レベルが変化する電圧の印加によるイオン吸着に伴う電流を生じさせることができるようになるからである。   It is desirable to provide a dielectric layer not only on the first electrode but also on the surface of the second electrode. By doing so, the surface of the second electrode can be prevented from being oxidized or deteriorated by reacting with the substance or ions to be measured, and the second electrode is also the same as the first electrode. In addition, it is possible to generate a current accompanying ion adsorption by applying a voltage such as an alternating voltage whose voltage level changes.

上記のような第1電極は、金属または導電性材料からなる基体の表面を酸化して誘電体層を形成してなるものとすることが可能である。このように表面酸化処理によって第1電極の表面に誘電体層を形成することにより、本発明に係る第1電極を極めて簡易な製造方法によって製造することが可能となる。   The first electrode as described above can be formed by oxidizing a surface of a base made of a metal or a conductive material to form a dielectric layer. As described above, by forming the dielectric layer on the surface of the first electrode by the surface oxidation treatment, the first electrode according to the present invention can be manufactured by a very simple manufacturing method.

また、上記の誘電体層としては、例えばBaTiO3 またはSrTiO3 もしくはAl23 のいずれかの薄膜などが好適である。 As the dielectric layer, for example, a thin film of BaTiO 3, SrTiO 3, or Al 2 O 3 is suitable.

また、計測対象が化合物である場合には、計測対象の化合物から計測対象の物質またはイオンを分離(いわゆる切り出し)するための酵素を第1電極の表面に固定して用いるようにすることが望ましい。このようにすることにより、酵素を使い捨てにすることなく計測を行うことが可能となる。   In addition, when the measurement target is a compound, it is desirable that an enzyme for separating (so-called cutting out) the substance or ion to be measured from the compound to be measured is fixed to the surface of the first electrode and used. . By doing in this way, it becomes possible to measure, without making an enzyme disposable.

計測対象が化合物である場合には、計測対象の化合物から計測対象の物質またはイオンを分離する酵素を固定してなるカラムを備えた第1の流路と、カラムを備えていない第1の流路とを設け、その第1の流路と第2の流路との両方にそれぞれ、第1電極および第2電極ならびに電圧印加手段ならびに電流測定手段を配備し、第1の流路で測定された電流値と第2の流路で測定された電流値との比較に基づいて、計測対象の物質またはイオンの濃度値を定量するようにしてもよい。このようにすることによっても、酵素を使い捨てにすることなく計測を行うことが可能となる。   When the measurement target is a compound, the first flow path including a column formed by fixing an enzyme that separates the measurement target substance or ions from the measurement target compound, and the first flow not including the column. A first electrode, a second electrode, a voltage applying means, and a current measuring means are provided in both the first flow path and the second flow path, respectively, and measurement is performed in the first flow path. Based on the comparison between the measured current value and the current value measured in the second flow path, the concentration value of the substance or ion to be measured may be quantified. This also makes it possible to measure without making the enzyme disposable.

なお、計測対象の物質またはイオンとしては、例えば尿素またはアンモニウムもしくは燐酸または燐酸イオンなどが可能である。但し、これら以外の物質を計測対象とすることも可能であることは言うまでもない。   Note that the substance or ion to be measured can be, for example, urea, ammonium, phosphoric acid, or phosphate ion. However, it goes without saying that substances other than these can be measured.

本発明の濃度計測装置または濃度計測方法によれば、第1電極の表面に誘電体層を設けるようにしたので、第1電極の表面が計測対象の物質またはイオンと反応して酸化したり劣化することを防止することができる。また、第1電極および第2電極に交流電圧のような電圧を印加するようにしたので、第1電極の表面の誘電体層の分極作用によって印加電圧とは逆極性の電荷が生じ、その電荷に誘引されて計測対象の物質またはイオンが吸着され、このイオン吸着に伴う過渡電流または同期電流を測定することにより、その電流に対応して計測対象の物質やイオンの濃度を定量することができる。すなわち、取り扱いが容易で耐久性の高い電極を用いて、十分な感度の濃度計測を行うことが可能となる。   According to the concentration measuring apparatus or the concentration measuring method of the present invention, since the dielectric layer is provided on the surface of the first electrode, the surface of the first electrode reacts with the substance or ions to be measured and is oxidized or deteriorated. Can be prevented. In addition, since a voltage such as an AC voltage is applied to the first electrode and the second electrode, a charge having a polarity opposite to the applied voltage is generated by the polarization action of the dielectric layer on the surface of the first electrode. The substance or ion to be measured is attracted to the target, and the transient current or synchronous current associated with this ion adsorption is measured, so that the concentration of the substance or ion to be measured can be quantified corresponding to the current. . That is, it is possible to perform concentration measurement with sufficient sensitivity using an electrode that is easy to handle and highly durable.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施の形態に係る濃度計測装置の主要部の構成を表したものである。なお、本発明の一実施の形態に係る濃度計測方法または製造方法は、この濃度計測装置の動作あるいは作用によって具現化されるものであるから、以下、それらを併せて説明する。   FIG. 1 shows a configuration of a main part of a concentration measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. The concentration measuring method or manufacturing method according to an embodiment of the present invention is embodied by the operation or action of the concentration measuring apparatus, and will be described below together.

この濃度計測装置は、第1電極1と、第2電極2と、電圧印加部3と、電流測定部4と、濃度値情報出力部5とを、その主要部として備えている。   The concentration measuring apparatus includes a first electrode 1, a second electrode 2, a voltage applying unit 3, a current measuring unit 4, and a concentration value information output unit 5 as main components.

第1電極1は、例えば銅系金属やアルミニウム系金属のような金属または導電体からなる基板(基体)10の表面を、例えばBaTiO3 またはSrTiO3 などのような強誘電体薄膜(誘電体層)11で覆ったものである。   The first electrode 1 has a surface of a substrate (base) 10 made of a metal or conductor such as a copper metal or aluminum metal, for example, a ferroelectric thin film (dielectric layer) 11 such as BaTiO 3 or SrTiO 3. It is covered with.

強誘電体薄膜11は、基板10の表面に例えばCVD(Chemical Vapor Deposition:化学的気相成長 )法などによって堆積して形成するようにしてもよく、または別途作製した強誘電体薄膜11の膜を基板10の表面に着膜するようにしてもよい。あるいは、例えばTi(チタン)からなる基板10の表面を、例えば陽極酸化してBaTiO3 とし、それを第1電極1の強誘電体薄膜11として用いることなども可能である。このように基板10の表面を陽極酸化して強誘電体薄膜11を形成することによって、第1電極1を極めて簡易に製造することができる。   The ferroelectric thin film 11 may be formed by being deposited on the surface of the substrate 10 by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, or a film of the ferroelectric thin film 11 separately manufactured. May be deposited on the surface of the substrate 10. Alternatively, for example, the surface of the substrate 10 made of Ti (titanium) may be anodized, for example, to form BaTiO 3 and used as the ferroelectric thin film 11 of the first electrode 1. Thus, the first electrode 1 can be manufactured very easily by forming the ferroelectric thin film 11 by anodizing the surface of the substrate 10.

いずれの材料を用いた場合でも、第1電極1は強誘電体薄膜11が表面に形成されているので、計測対象の溶液7や物質に含まれる酸や塩基に対して十分な耐久性を有するものとなっている。また、それと共に、後述するような作用によって、計測対象の物質やイオンの濃度を電気化学的に計測することが可能なものとなっている。しかも、強誘電体薄膜11を用いた電極は一般に、白金電極のような貴金属を用いた電極よりも安価に作製することができ、かつ他の金属(例えば銅やアルミニウムなど)と比較して酸や塩基に対する耐久性が高いという、極めて好ましい利点を有している。   Regardless of which material is used, the ferroelectric thin film 11 is formed on the surface of the first electrode 1, so that the first electrode 1 has sufficient durability against the acid 7 or base contained in the solution 7 or substance to be measured. It has become a thing. At the same time, the concentration of substances and ions to be measured can be electrochemically measured by the action described below. In addition, an electrode using the ferroelectric thin film 11 can be generally manufactured at a lower cost than an electrode using a noble metal such as a platinum electrode, and is more acid than other metals (for example, copper and aluminum). And has a very favorable advantage of high durability against bases.

なお、基板10としては、金属や導電性材料の他にも、ガラス板などを用いることも可能である。但し、その場合には、ガラス板の表面に導電膜を蒸着するなどして、基板10の全体に偏りなく電圧が印加される(あるいは電界が分布する)ようにしておき、その上に強誘電体薄膜11の膜などを設けることが望ましい。   In addition to the metal and the conductive material, a glass plate or the like can be used as the substrate 10. However, in that case, a conductive film is deposited on the surface of the glass plate so that a voltage is applied to the entire substrate 10 without a bias (or an electric field is distributed), and a ferroelectric film is formed thereon. It is desirable to provide a film of the body thin film 11 or the like.

第2電極2は、第1電極1の対極として用いられるものであり、例えば白金(Pt)などの計測対象の溶液7によって酸化される虞の少ない材質により形成されている。   The second electrode 2 is used as a counter electrode of the first electrode 1 and is made of a material that is less likely to be oxidized by the measurement target solution 7 such as platinum (Pt).

この第2電極2についても、その表面に強誘電体薄膜11を設けるようにすることが望ましい。このようにすることにより、第2電極2についても、白金電極のような資源として希少で高価な貴金属材料からなる電極を用いることなく、計測対象の物質またはイオンと反応して酸化したり劣化することなどを防ぐことが可能となる。また、それと共に、この第2電極2についても第1電極1と同様に交流電圧印加によるイオン吸着に伴う電流を生じさせることができ、延いては濃度計測のさらなる高感度化を実現することが可能となる。   It is desirable to provide the ferroelectric thin film 11 on the surface of the second electrode 2 as well. By doing so, the second electrode 2 also oxidizes or deteriorates by reacting with the substance or ions to be measured without using an electrode made of a rare and expensive noble metal material as a resource such as a platinum electrode. It becomes possible to prevent this. At the same time, the second electrode 2 can generate an electric current accompanying ion adsorption by applying an alternating voltage as in the case of the first electrode 1, and further increase the sensitivity of concentration measurement. It becomes possible.

溶液7(あるいは液体状の試料等)は、例えばHEPES(Hydroxyethyl piperazinyl ethanesulfonic acid)のような緩衝液中に計測対象の物質やイオンを溶解してなる溶液、または緩衝液が不要の物質の場合にはその物質の一般的な水溶液などであるが、水密容器状の試験浴槽6に収容されており、その溶液7に第1電極1および第2電極2が浸漬される。   The solution 7 (or a liquid sample or the like) is a solution obtained by dissolving a substance to be measured or ions in a buffer solution such as HEPES (Hydroxyethyl piperazinyl ethanesulfonic acid), or a substance that does not require a buffer solution. Is a general aqueous solution of the substance, but is contained in a watertight container-like test bath 6, and the first electrode 1 and the second electrode 2 are immersed in the solution 7.

電圧印加部3は、例えば図3に一例を示したような矩形波状の交流電圧を第1電極1および第2電極2に印加するものである。またそれと共に、その矩形波状の交流電圧の立ち上がり時点ごとに参照信号を出力する。その参照信号は濃度値情報出力部5へと伝送される。   The voltage application unit 3 applies, for example, a rectangular wave AC voltage as shown in FIG. 3 to the first electrode 1 and the second electrode 2. At the same time, a reference signal is output every time the rectangular wave AC voltage rises. The reference signal is transmitted to the density value information output unit 5.

なお、この電圧印加部3から出力される交流電圧波形としては、図3に示したような矩形波やステップ電圧波形のみには限定されないことは言うまでもない。その他にも、例えば正弦波や三角波なども可能である。   Needless to say, the AC voltage waveform output from the voltage application unit 3 is not limited to a rectangular wave or a step voltage waveform as shown in FIG. In addition, for example, a sine wave or a triangular wave is also possible.

電流測定部4は、電圧印加部3による交流電圧の印加に対応して第1電極1と第2電極2との間で計測対象の物質またはイオンを介して生じる見掛けの電流を測定するものである。   The current measuring unit 4 measures the apparent current generated between the first electrode 1 and the second electrode 2 via the substance or ion to be measured in response to the application of the alternating voltage by the voltage applying unit 3. is there.

濃度値情報出力部5は、電流測定部4で測定された電流値に基づいて、計測対象の物質またはイオンの濃度値を定量し、その濃度値の情報またはその情報を担持してなる信号を出力するものである。より詳細には、計測対象の物質またはイオンの濃度と測定される電流値(但し、図3では、その電流値はロックインアンプによって電圧値(ΔVoltage )に変換されている)との間には、図4に一例を示したような相関関係(関数関係)がある。そこで、そのような相関関係に則して、測定された電流値に基づいて計測対象の物質またはイオンの濃度の値を定量化することができる。この濃度値情報出力部5は、ロックインアンプを含んでおり、それを含まない場合よりもさらに高感度な測定が可能なものとなっている。   The concentration value information output unit 5 quantifies the concentration value of the substance or ion to be measured based on the current value measured by the current measuring unit 4, and outputs the information on the concentration value or a signal carrying the information. Output. More specifically, between the concentration of the substance or ion to be measured and the measured current value (however, in FIG. 3, the current value is converted into a voltage value (ΔVoltage) by the lock-in amplifier). There is a correlation (function relationship) as shown in FIG. Therefore, in accordance with such a correlation, the concentration value of the substance or ion to be measured can be quantified based on the measured current value. The density value information output unit 5 includes a lock-in amplifier, and can perform measurement with higher sensitivity than a case where the lock-in amplifier is not included.

ロックインアンプは一般に、雑音電力は周波数帯域に比例するという原理に基づいて高感度な(高精度な)増幅を行うものである。すなわち、雑音の影響を最小限にして信号の大きさを計測するためには、測定周波数の近傍だけを選択増幅する安定なバンドパスフィルタをいかにして実現するか、ということが、高感度な増幅を行う上での要点となるが、その有力な手法の一つがロックインアンプである。   In general, a lock-in amplifier performs high-sensitivity (high-precision) amplification based on the principle that noise power is proportional to a frequency band. In other words, in order to measure the magnitude of a signal while minimizing the influence of noise, how to realize a stable bandpass filter that selectively amplifies only the vicinity of the measurement frequency is highly sensitive. One of the most important techniques for amplification is a lock-in amplifier.

図5は、最も基本的なロックインアンプの構成の一例を表したブロック図である。入力信号(SIG INPUT )51は、交流増幅器(AC AMP)52によって増幅され、PSD(Phase Sensitive Detector)53へと送出される。他方、参照信号(REF INPUT )54は、参照信号処理回路(REF CKT )55によって波形整形および位相調整されてPSD53へと送出される。PSD53では、入力信号51と参照信号54との2つの信号波形の乗算(掛け算)を行う。   FIG. 5 is a block diagram showing an example of the configuration of the most basic lock-in amplifier. An input signal (SIG INPUT) 51 is amplified by an AC amplifier (AC AMP) 52 and sent to a PSD (Phase Sensitive Detector) 53. On the other hand, the reference signal (REF INPUT) 54 is subjected to waveform shaping and phase adjustment by a reference signal processing circuit (REF CKT) 55 and sent to the PSD 53. The PSD 53 performs multiplication (multiplication) of two signal waveforms of the input signal 51 and the reference signal 54.

PSD53の出力の周波数スペクトルは、入力信号51と参照信号54との周波数スペクトルの畳み込みとなり、和と差のスペクトルにシフトすることになる。従って、2つの信号中、同じ周波数で同位相の成分はDC(直流)波形に、その他の非同期成分(ここでは雑音成分)はAC(交流)波形に変換される。   The frequency spectrum of the output of the PSD 53 is a convolution of the frequency spectrum of the input signal 51 and the reference signal 54, and shifts to a sum and difference spectrum. Therefore, in the two signals, components having the same frequency and the same phase are converted into DC (direct current) waveforms, and other asynchronous components (here, noise components) are converted into AC (alternating current) waveforms.

そこで、AC波形を次段のローパスフィルタ(LPF )56で除去することにより、参照信号54に同期した成分すなわち雑音を含まない成分のみを検出することができる。雑音除去の能力を決める帯域幅は、ローパスフィルタ56の帯域で決定される。ローパスフィルタ56の帯域幅は、安定度を損なうことなく狭くすることができるので、理論的には雑音除去能力をほとんど無限大に(換言すれば雑音をほぼゼロに)することも可能である。そして雑音を含まない成分は直流増幅器(DC AMP)57で電圧変換されて増幅され、電圧波形58として出力される。   Therefore, by removing the AC waveform by the low-pass filter (LPF) 56 in the next stage, only the component synchronized with the reference signal 54, that is, the component not including noise can be detected. The bandwidth that determines the noise removal capability is determined by the band of the low-pass filter 56. Since the bandwidth of the low-pass filter 56 can be narrowed without impairing the stability, it is theoretically possible to make the noise removal capability almost infinite (in other words, the noise is almost zero). The component not including noise is voltage-converted and amplified by a DC amplifier (DC AMP) 57 and output as a voltage waveform 58.

次に、この濃度計測装置の動作および第1電極1における作用について説明する。図2は、この濃度計測装置のうちの特に第1電極1における作用を模式的に表したものである。   Next, the operation of the concentration measuring apparatus and the operation in the first electrode 1 will be described. FIG. 2 schematically shows the action of the concentration measuring apparatus, particularly the first electrode 1.

第1電極1および第2電極2を、試験浴槽6に収容されている溶液7中に浸漬して、それら第1電極1と第2電極2との間に計測対象の溶液7を介在させる。   The first electrode 1 and the second electrode 2 are immersed in the solution 7 accommodated in the test bath 6, and the measurement target solution 7 is interposed between the first electrode 1 and the second electrode 2.

そしてその第1電極1および第2電極2に対して、電圧印加部3から図3(A)に示したような矩形波状の交流電圧を印加すると、第1電極1の表面の強誘電体薄膜11に誘電分極が発生し、その表面に印加電圧とは逆極性の電荷が顕れる。その電荷に誘引されて計測対象の物質またはイオンが吸着される。   When a rectangular wave-like AC voltage as shown in FIG. 3A is applied to the first electrode 1 and the second electrode 2 from the voltage application unit 3, a ferroelectric thin film on the surface of the first electrode 1 is applied. 11, dielectric polarization occurs, and a charge having a polarity opposite to the applied voltage appears on the surface. Attracted by the charge, the substance or ion to be measured is adsorbed.

このときのイオン吸着に伴って、例えば図3(B)に示したような過渡電流(または同期電流)が生じる。この過渡電流は、溶液7中のイオン濃度やイオン吸着速度に対応して異なったものとなる。従って、このときの電流を電流測定部4によって測定し、その電流に対応した計測対象の物質やイオンの濃度を濃度値情報出力部5によって定量することができる。   Along with the ion adsorption at this time, for example, a transient current (or synchronous current) as shown in FIG. 3B is generated. This transient current varies depending on the ion concentration in the solution 7 and the ion adsorption rate. Therefore, the current at this time can be measured by the current measuring unit 4, and the concentration of the substance or ion to be measured corresponding to the current can be quantified by the concentration value information output unit 5.

なお、図3(A)に示したような正極側の波形を印加したことで図3(B)に示したような微分回路的な急峻な応答波形の電流が生じた後、その電流波形は漸近的に0に落着する(見掛けの電流は実質的に流れなくなる)。しかし交流電圧として次に逆極性の電圧が印加されることで、今度は図3に示した状態とは逆極性の電流波形が生じることになる
(図示省略)。これを繰り返すことで、溶液7中のイオン濃度やイオン吸着速度に対応して生じる過渡電流を脈動的に反復測定し、その測定された電流値に基づいて、計測対象のイオンまたは物質の濃度を高感度に計測(定量)することができる。ロックインアンプを用いる場合には、交流信号の入力が必要なので、このような繰り返し電圧の印加による測定を行うことが望まれる。なお、交流電圧の他、極性は変化しないが電圧レベルが時間的に変化するステップ電圧波形や脈動のような波形の電圧を印加して、その電圧変化に対応して生じる電流変化を測定するようにしてもよい。
In addition, after applying the waveform on the positive electrode side as shown in FIG. 3 (A) to generate a current with a steep response waveform like a differential circuit as shown in FIG. 3 (B), the current waveform is Asymptotically settles to 0 (apparent current virtually stops flowing). However, when a reverse polarity voltage is applied next as an AC voltage, a current waveform having a polarity opposite to that shown in FIG. 3 is generated (not shown). By repeating this, the transient current generated corresponding to the ion concentration and ion adsorption speed in the solution 7 is repeatedly measured in a pulsating manner, and the concentration of the ion or substance to be measured is determined based on the measured current value. It can be measured (quantified) with high sensitivity. When a lock-in amplifier is used, an AC signal needs to be input, so it is desirable to perform measurement by applying such a repetitive voltage. In addition to the AC voltage, a voltage having a waveform such as a step voltage waveform or a pulsation in which the voltage level changes with time although the polarity does not change is applied, and the current change that occurs in response to the voltage change is measured. It may be.

実際上、図5に示したロックインアンプを用いて計測を行う場合には、ロックインアンプからの出力は入力電流に対応した電圧波形となる。しかし、その電圧波形は本来的に測定された電流値を電圧値に変換してなるものであるから、本実施の形態に係る濃度計測装置は、本質的に、測定された電流値に基づいて計測対象のイオンまたは物質の濃度を計測するものであることは言うまでもない。   In practice, when measurement is performed using the lock-in amplifier shown in FIG. 5, the output from the lock-in amplifier has a voltage waveform corresponding to the input current. However, since the voltage waveform is obtained by converting a current value that is originally measured into a voltage value, the concentration measurement device according to the present embodiment is essentially based on the measured current value. It goes without saying that the concentration of ions or substances to be measured is measured.

ここで、図4のグラフについて、さらに詳細な説明を加えておくと、このグラフの縦軸は、ロックインアンプの出力電圧[mV]で、オフセット分を差し引いたものである。従って、過渡電流は、この縦軸の電圧値を負荷抵抗で除算することで算出することができる。このグラフでは、アンモニアを計測対象とした場合に計測される過渡電流値(を変換してなる電圧値)とアンモニアの濃度との相関関係の一例を表しており、その相関はリニアではないが、一対一の対応が成り立っているので、過渡電流から濃度を定量するために用いることができる関数関係の条件を満たしている。よって、このような非リニアな相関関係を予め定めておいた校正則などに基づいてリニア化して信号出力または表示出力することで、計測対象の物質またはイオンの濃度の高感度な計測を行うことができる。   Here, the graph of FIG. 4 will be described in further detail. The vertical axis of this graph is the output voltage [mV] of the lock-in amplifier and the offset is subtracted. Therefore, the transient current can be calculated by dividing the voltage value on the vertical axis by the load resistance. This graph shows an example of the correlation between the transient current value (voltage value obtained by converting) measured when ammonia is the measurement target and the ammonia concentration, and the correlation is not linear, Since a one-to-one correspondence is established, a functional relationship condition that can be used to quantify the concentration from the transient current is satisfied. Therefore, it is possible to perform highly sensitive measurement of the concentration of the substance or ions to be measured by linearizing the nonlinear correlation based on a predetermined calibration rule and outputting the signal or display. Can do.

また、この濃度計測装置では、計測対象の物質またはイオンを有する溶液7または試料に浸漬または対面させる電極として、表面に強誘電体薄膜11を有する第1電極1を用いているので、その第1電極1の表面が計測対象の物質またはイオンと反応して酸化したり劣化することなどを防ぐことができる。またさらには、第2電極2の表面にも強誘電体薄膜11を設けることで、その第2電極2の表面についても、白金電極のような貴金属からなる高コストな電極を用いなくとも、計測対象の物質またはイオンと反応して酸化したり劣化することを防ぐことができる。   Further, in this concentration measuring apparatus, the first electrode 1 having the ferroelectric thin film 11 on the surface is used as the electrode to be immersed or faced in the solution 7 or sample having the substance or ions to be measured. It is possible to prevent the surface of the electrode 1 from being oxidized or deteriorated by reacting with the substance or ions to be measured. Furthermore, by providing the ferroelectric thin film 11 on the surface of the second electrode 2, the surface of the second electrode 2 can be measured without using an expensive electrode made of a noble metal such as a platinum electrode. It can be prevented from reacting with the target substance or ion to be oxidized or deteriorated.

なお、第1電極1および第2電極2に印加する交流電圧の周波数は、計測対象の溶液7中のイオンの応答速度に対応して、適宜に設定することが望ましい。例えば、本発明者らは計測対象をアンモニウムとした実験を行ったが、そのときの結果では、20[Hz]程度の低い周波数にすることで、より高感度な濃度計測を行うことができた。これは、第1電極1の表面の強誘電体薄膜11の誘電分極作用に対するアンモニウムの応答速度が遅いので、それに適合した低い周波数の交流電圧を印加することによって、計測条件の最適化が達成されたためと考えられる。   Note that the frequency of the alternating voltage applied to the first electrode 1 and the second electrode 2 is desirably set as appropriate in accordance with the response speed of ions in the solution 7 to be measured. For example, the present inventors conducted an experiment in which the measurement object was ammonium, and in the result at that time, it was possible to perform concentration measurement with higher sensitivity by using a low frequency of about 20 [Hz]. . This is because the response speed of ammonium to the dielectric polarization action of the ferroelectric thin film 11 on the surface of the first electrode 1 is slow, so that the measurement conditions can be optimized by applying an AC voltage having a low frequency suitable for it. It is thought that it was because of.

以上のような本実施の形態に係る濃度計測装置または濃度計測方法では、例えば尿素定量を行う場合に、その臨床用の感度として要求される50[mg/L]を十分に満たす高感度な濃度測定を実現することができる。   In the concentration measuring apparatus or the concentration measuring method according to the present embodiment as described above, for example, when urea determination is performed, a highly sensitive concentration that sufficiently satisfies 50 [mg / L] required as clinical sensitivity. Measurement can be realized.

また、本実施の形態では、隔膜電極法によるアンモニアイオン計測装置と比較しても、隔膜電極法での最小表示可能感度(例えば0.1[mM(ミリモル)])と同程度の感度で計測を行うことができ、かつ隔膜電極法の場合には応答時間が90%で1分以内であったものが、ほとんど待ち時間なく常にリアルタイムに計測することができる。   Further, in the present embodiment, even when compared with an ammonia ion measuring apparatus using the diaphragm electrode method, measurement is performed with a sensitivity comparable to the minimum displayable sensitivity (for example, 0.1 [mM (mmol))] using the diaphragm electrode method. In the case of the diaphragm electrode method, a response time of 90% and within 1 minute can be always measured in real time with almost no waiting time.

また、本実施の形態に係る濃度計測装置によれば、交流電圧を印加していることから、直流電圧印加に起因した直流ドリフト等が生じる虞がないので、少なくともその分、さらなる高精度な濃度計測が可能となっている。   Further, according to the concentration measuring apparatus according to the present embodiment, since an AC voltage is applied, there is no possibility of causing a DC drift or the like due to the DC voltage application. Measurement is possible.

なお、計測対象が化合物である場合には、計測対象の化合物から計測対象の物質またはイオンを分離(いわゆる切り出し)するための酵素を、例えば第1電極の強誘電体薄膜11の表面に固定用媒体としての薄膜(図示省略)を設けて、その表面に固定して用いるようにしてもよい。このようにすることによって、酵素を使い捨てにすることなく計測を行うことが可能となる。   When the measurement target is a compound, an enzyme for separating (so-called cutting out) the substance or ion to be measured from the measurement target compound is fixed on the surface of the ferroelectric thin film 11 of the first electrode, for example. A thin film (not shown) as a medium may be provided and fixed on the surface. By doing in this way, it becomes possible to measure, without making an enzyme disposable.

あるいは、図6に示したように、計測対象の化合物から計測対象の物質またはイオンを分離するための酵素をガラスもしくはシリカビーズに固定してなるカラムを備えた第1の流路61と、酵素を固定していない第2の流路62とを設け、その第1の流路61と第2の流路62との両方にそれぞれ測定系64,65を設けてその各々の電流値を測定し、その電流値の差分に基づいて、計測対象の物質またはイオンの濃度値を定量するようにしてもよい。このようにすることによっても、酵素を使い捨てにすることなく計測を行うことが可能となる。   Alternatively, as shown in FIG. 6, a first flow path 61 having a column formed by fixing an enzyme for separating a substance or ion to be measured from a compound to be measured to glass or silica beads, and the enzyme And a second flow path 62 that is not fixed, and measurement systems 64 and 65 are provided in both the first flow path 61 and the second flow path 62, respectively, to measure the respective current values. The concentration value of the substance or ion to be measured may be quantified based on the difference between the current values. This also makes it possible to measure without making the enzyme disposable.

ここで、図6に示した装置構成以外にも、図7に示したように、一方の流路62に遅延コイル63を設けてその出力をタイムシフトさせることで、1つの測定系66を用いて2つの流路61,62からそれぞれ検出される電流値の差分を検出し、その差分値に基づいて計測対象の物質またはイオンの濃度を定量することなども可能である。   Here, in addition to the apparatus configuration shown in FIG. 6, as shown in FIG. 7, one measurement system 66 is used by providing a delay coil 63 in one flow path 62 and time-shifting its output. It is also possible to detect the difference between the current values detected from the two flow paths 61 and 62 and quantify the concentration of the substance or ions to be measured based on the difference value.

図6、図7のいずれの構成も、酵素をカラムに固定するようにしているので、酵素を使い捨てにすることなく計測を行うことが可能となる。   In both configurations of FIG. 6 and FIG. 7, the enzyme is fixed to the column, so that the measurement can be performed without making the enzyme disposable.

なお、本実施の形態に係る濃度計測装置または濃度計測方法は計測対象の物質またはイオンとして、尿素もしくはアンモニウム、または燐酸もしくは燐酸イオン、燐酸含有物質(例えばグリセリン燐酸、燐酸系農薬等に対して酸性フォスターゼを用いて燐酸を切り出す)などの物質やイオンの濃度の定量にも適用可能である。但し、これら以外の物質を計測対象とすることも可能であることは言うまでもない。   Note that the concentration measuring apparatus or concentration measuring method according to the present embodiment is acidic with respect to urea or ammonium, or phosphoric acid or phosphate ions, phosphoric acid-containing substances (for example, glycerin phosphoric acid, phosphoric acid-based agricultural chemicals, etc.) as substances or ions to be measured. It can also be applied to the determination of the concentration of substances and ions such as phosphoric acid excised using phosphatase. However, it goes without saying that substances other than these can be measured.

また、強誘電体薄膜11の表面のいわゆるパッシベーションをさらに強力なものとするために、強誘電体薄膜11の表面に例えば窒化シリコン酸化膜あるいはAl23膜(いずれも図示省略)をさらに付設するようにしてもよい。あるいはその他の材料からなる薄膜(図示省略)で第1電極1や第2電極2の表面を覆うなどして、さらに多層化することも可能である。また、第1電極や第2電極の表面に設ける誘電体層としては、測定感度が良好であるので、上記のようないわゆる強誘電体の薄膜からなる強誘電体薄膜11を用いることが好ましいが、強誘電体薄膜11以外にも、Al23などの強誘電体よりも誘電率低い一般的な誘電体を用いることや厚膜とすることなども可能である。 In order to further enhance the so-called passivation of the surface of the ferroelectric thin film 11, for example, a silicon nitride oxide film or an Al 2 O 3 film (both not shown) is additionally provided on the surface of the ferroelectric thin film 11. You may make it do. Alternatively, it is possible to further increase the number of layers by covering the surfaces of the first electrode 1 and the second electrode 2 with a thin film (not shown) made of other materials. Further, as the dielectric layer provided on the surface of the first electrode or the second electrode, since the measurement sensitivity is good, it is preferable to use the ferroelectric thin film 11 made of the so-called ferroelectric thin film as described above. In addition to the ferroelectric thin film 11, it is possible to use a general dielectric having a dielectric constant lower than that of a ferroelectric such as Al 2 O 3 or a thick film.

医療、工業、その他の分野における、例えば尿素やバイオ関連物質などの、計測対象の溶液中のイオン濃度等を高感度に計測するための濃度計測装置または濃度計測方法として好適に利用することが可能である。   It can be suitably used as a concentration measurement device or concentration measurement method for highly sensitive measurement of ion concentration, etc., in solutions to be measured, such as urea and bio-related substances, in medical, industrial and other fields. It is.

本発明の一実施の形態に係る濃度計測装置の主要部の構成を表した図である。It is a figure showing the structure of the principal part of the density | concentration measuring apparatus which concerns on one embodiment of this invention. 図1の濃度計測装置のうちの特に第1電極における作用を模式的に表した図である。It is the figure which represented typically the effect | action in the 1st electrode among the density | concentration measuring apparatuses of FIG. 電圧印加部から第1電極および第2電極へと印加される交流電圧波形の一例を表した図である。It is a figure showing an example of the alternating voltage waveform applied to a 1st electrode and a 2nd electrode from a voltage application part. 計測対象の物質またはイオンの濃度と測定される電流値との間に成立する相関関係の一例を表した図である。It is a figure showing an example of the correlation established between the density | concentration of the substance or ion of a measuring object, and the measured electric current value. ロックインアンプの構成の一例を表したブロック図である。It is a block diagram showing an example of composition of a lock-in amplifier. 濃度計測装置の構成の一例を表した図である。It is a figure showing an example of composition of a concentration measuring device. 濃度計測装置の他の構成例を表した図である。It is a figure showing the other structural example of the density | concentration measuring apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1…第1電極、2…第2電極、3…電圧印加部、4…電流測定部、5…濃度値情報出力部、6…試験浴槽、7…溶液、10…基板、11…強誘電体薄膜

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st electrode, 2 ... 2nd electrode, 3 ... Voltage application part, 4 ... Current measurement part, 5 ... Concentration value information output part, 6 ... Test bath, 7 ... Solution, 10 ... Substrate, 11 ... Ferroelectric material Thin film

Claims (19)

表面に誘電体層を有する第1電極と、
前記第1電極の対極となる第2電極と、
前記第1電極および前記第2電極に交流電圧または脈流電圧もしくはステップ電圧を印加する電圧印加手段と、
前記電圧の印加に対応して前記第1電極と前記第2電極との間で計測対象の物質またはイオンを介して生じる電流を測定する電流測定手段と
を備えたことを特徴とする濃度計測装置。
A first electrode having a dielectric layer on the surface;
A second electrode as a counter electrode of the first electrode;
Voltage applying means for applying an alternating voltage, a pulsating voltage or a step voltage to the first electrode and the second electrode;
A concentration measuring device comprising: current measuring means for measuring a current generated between the first electrode and the second electrode via the substance or ion to be measured in response to the application of the voltage. .
前記電流測定手段で測定された電流値に対応して前記計測対象の物質またはイオンの濃度値を定量し、前記濃度値の情報または当該情報を担持してなる信号を出力する濃度値出力手段を備えた
ことを特徴とする請求項1記載の濃度計測装置。
Concentration value output means for quantifying the concentration value of the substance or ion to be measured corresponding to the current value measured by the current measurement means, and outputting the information of the concentration value or a signal carrying the information The concentration measuring apparatus according to claim 1, further comprising:
前記電流測定手段または濃度値出力手段が、ロックインアンプを含む
ことを特徴とする請求項1または2記載の濃度計測装置。
The concentration measuring apparatus according to claim 1, wherein the current measuring unit or the concentration value output unit includes a lock-in amplifier.
前記計測対象の物質またはイオンが、尿素もしくはアンモニウムまたは燐酸もしくは燐酸イオンである
ことを特徴とする請求項1ないし3のうちいずれか1項に記載の濃度計測装置。
The concentration measuring apparatus according to claim 1, wherein the substance or ion to be measured is urea, ammonium, phosphoric acid, or phosphate ion.
前記第2電極が、表面に誘電体層を有する電極である
ことを特徴とする請求項1ないし4のうちいずれか1項に記載の濃度計測装置。
The concentration measuring apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the second electrode is an electrode having a dielectric layer on a surface thereof.
前記計測対象が化合物であり、前記計測対象の化合物から計測対象の物質またはイオンを分離するための酵素を前記第1電極の表面に固定して用いる
ことを特徴とする請求項1ないし5のうちいずれか1項に記載の濃度計測装置。
The measurement object is a compound, and an enzyme for separating a measurement object substance or ions from the measurement object compound is used by being immobilized on the surface of the first electrode. The density | concentration measuring apparatus of any one of Claims.
前記計測対象が化合物であり、前記計測対象の化合物から計測対象の物質またはイオンを分離する酵素を固定してなるカラムを備えた第1の流路と、前記酵素を固定していない第2の流路とを備えており、
前記第1の流路と前記第2の流路との両方にそれぞれ、前記第1電極および前記第2電極ならびに前記電圧印加手段ならびに電流測定手段を備えており、
前記濃度値出力手段が、前記第1の流路で測定された電流値と前記第2の流路で測定された電流値との比較に基づいて、前記計測対象の物質またはイオンの濃度値を定量し、前記濃度値の情報または当該情報を担持してなる信号を出力する
ことを特徴とする請求項1ないし5のうちいずれか1項に記載の濃度計測装置。
The measurement target is a compound, a first flow path including a column on which an enzyme that separates a substance or ion to be measured from the measurement target compound is fixed, and a second channel on which the enzyme is not fixed With a flow path,
Both the first flow path and the second flow path include the first electrode, the second electrode, the voltage application means, and the current measurement means,
Based on the comparison between the current value measured in the first flow path and the current value measured in the second flow path, the concentration value output means calculates the concentration value of the substance or ion to be measured. The concentration measurement apparatus according to claim 1, wherein the concentration measurement device outputs a signal obtained by carrying out quantification and holding the information of the concentration value or the information.
前記第2の流路の後段に遅延コイルを備え、
前記遅延コイルと前記第1の流路とから検出される電流値の差分を検出し、その差分値に基づいて、前記計測対象の物質の濃度を検出する
ことを特徴とする請求項7に記載の濃度計測装置。
A delay coil is provided in the subsequent stage of the second flow path,
The difference between current values detected from the delay coil and the first flow path is detected, and the concentration of the substance to be measured is detected based on the difference value. Concentration measuring device.
前記第1電極が、金属または導電性材料からなる基体の表面を酸化してなる誘電体層を有するものである
ことを特徴とする請求項1ないし8のうちいずれか1項に記載の濃度計測装置。
The concentration measurement according to any one of claims 1 to 8, wherein the first electrode has a dielectric layer formed by oxidizing a surface of a base made of a metal or a conductive material. apparatus.
前記第1電極が、前記誘電体層としてBaTiO3 もしくはSrTiO3 またはAl23 のいずれかの薄膜を、金属または導電性材料からなる基体の表面に着膜してなるものである
ことを特徴とする請求項1ないし9のうちいずれか1項に記載の濃度計測装置。
The first electrode is formed by depositing a thin film of BaTiO 3, SrTiO 3, or Al 2 O 3 on the surface of a substrate made of a metal or a conductive material as the dielectric layer. 10. The concentration measuring apparatus according to any one of claims 1 to 9.
表面に誘電体層を有する第1電極と、前記第1電極の対極となる第2電極とを、計測対象の物質またはイオンを有する溶液または試料に浸漬または対面させて、前記第1電極および前記第2電極に交流電圧または脈流電圧もしくはステップ電圧を印加し、前記電圧の印加に対応して前記第1電極と前記第2電極との間で計測対象の物質またはイオンを介して生じる電流値を測定し、前記電流値に対応して前記計測対象の物質またはイオンの濃度値を定量する
ことを特徴とする濃度計測方法。
A first electrode having a dielectric layer on the surface and a second electrode serving as a counter electrode of the first electrode are immersed or faced in a solution or sample having a substance or ions to be measured, and the first electrode and the An AC voltage, a pulsating voltage or a step voltage is applied to the second electrode, and a current value generated via a substance or ion to be measured between the first electrode and the second electrode in response to the application of the voltage And measuring the concentration value of the substance or ion to be measured corresponding to the current value.
前記濃度値を、ロックインアンプを含む回路を用いて測定する
ことを特徴とする請求項11記載の濃度計測方法。
The concentration measurement method according to claim 11, wherein the concentration value is measured using a circuit including a lock-in amplifier.
前記計測対象の物質またはイオンが、尿素もしくはアンモニウムまたは燐酸もしくは燐酸イオンである
ことを特徴とする請求項11または12記載の濃度計測方法。
The concentration measuring method according to claim 11 or 12, wherein the substance or ion to be measured is urea, ammonium, phosphoric acid or phosphate ion.
前記第2電極として、表面に誘電体層を有する電極を用いる
ことを特徴とする請求項11ないし13のうちいずれか1項に記載の濃度計測方法。
The concentration measuring method according to any one of claims 11 to 13, wherein an electrode having a dielectric layer on a surface thereof is used as the second electrode.
前記計測対象が化合物であり、前記計測対象の化合物から計測対象の物質またはイオンを分離するための酵素を前記第1電極の表面に固定して用いる
ことを特徴とする請求項11ないし14のうちいずれか1項に記載の濃度計測方法。
The measurement target is a compound, and an enzyme for separating a measurement target substance or ions from the measurement target compound is used by being immobilized on the surface of the first electrode. The concentration measurement method according to any one of the above items.
前記計測対象が化合物であり、前記計測対象の化合物から計測対象の物質またはイオンを分離する酵素を固定してなるカラムを備えた第1の流路と、前記酵素を固定していない前記計測対象の化合物をそのままの化学的状態で流す第2の流路との両方で、それぞれ前記電流値を測定し、
前記第1の流路で測定された電流値と前記第2の流路で測定された電流値とを比較し、当該比較の結果に基づいて、前記計測対象の物質またはイオンの濃度値を定量する
ことを特徴とする請求項11ないし14のうちいずれか1項に記載の濃度計測方法。
The measurement target is a compound, the first flow path including a column on which an enzyme that separates the substance or ion to be measured from the measurement target compound is fixed, and the measurement target on which the enzyme is not fixed The current value is measured in both of the second flow path in which the compound of
The current value measured in the first flow path is compared with the current value measured in the second flow path, and the concentration value of the substance or ion to be measured is determined based on the result of the comparison The concentration measuring method according to any one of claims 11 to 14, wherein:
前記第2の流路の後段に遅延コイルを備え、
前記遅延コイルと前記第1の流路とから検出される電流値の差分を検出し、その差分値に基づいて、前記計測対象の物質の濃度を検出する
ことを特徴とする請求項16に記載の濃度計測方法。
A delay coil is provided in the subsequent stage of the second flow path,
The difference between current values detected from the delay coil and the first flow path is detected, and the concentration of the substance to be measured is detected based on the difference value. Concentration measurement method.
前記第1電極が、金属または導電性材料からなる基体の表面を酸化してなる誘電体層を有するものである
ことを特徴とする請求項11ないし17のうちいずれか1項に記載の濃度計測方法。
The concentration measurement according to any one of claims 11 to 17, wherein the first electrode has a dielectric layer formed by oxidizing a surface of a substrate made of a metal or a conductive material. Method.
前記第1電極が、前記誘電体層としてBaTiO3 もしくはSrTiO3 またはAl23 のいずれかの薄膜を、金属または導電性材料からなる基体の表面に設けたものである
ことを特徴とする請求項11ないし18のうちいずれか1項に記載の濃度計測方法。


The first electrode is obtained by providing a thin film of any one of BaTiO 3, SrTiO 3, and Al 2 O 3 on the surface of a base made of a metal or a conductive material as the dielectric layer. Item 19. The concentration measuring method according to any one of Items 11 to 18.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101178455B1 (en) * 2011-08-25 2012-08-30 (주)탑스엔지니어링 Concentration measuring device for polymer solution for water treatment

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