JP2007163224A - Electrochemical measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気化学的測定方法に関する。 The present invention relates to an electrochemical measurement method.
最近、医療診断を患者の近傍で行うベッドサイド診断、大気や水や土壌中の環境汚染物質のモニタリング、食品の安全性検査等の現場において短時間で安価に診断又は分析する技術のニーズは非常に高くなってきている。 Recently, there is a great need for technology to diagnose or analyze in a short time and at low cost in the field such as bedside diagnosis where medical diagnosis is performed in the vicinity of patients, monitoring of environmental pollutants in air, water and soil, food safety inspection, etc. It is getting higher.
電気化学的測定方法は、測定に供する電極と、電圧、電流を印加するシステムさえあれば、測定対象を検出できるという極めて簡易な測定方法である。安価にて作製することができることから、医療診断や環境診断において幅広く用い得る可能性を有するものである。 The electrochemical measurement method is an extremely simple measurement method in which a measurement object can be detected as long as there is an electrode to be used for measurement and a system for applying voltage and current. Since it can be manufactured at low cost, it has a possibility of being widely used in medical diagnosis and environmental diagnosis.
電気化学的測定方法は、作用電極を微小化することにより、測定対象の作用電極上での拡散速度を高速化し、検出感度を増大することができる。例えば、Popaらはクロノアンペロメトリー法による尿酸の選択的検出を報告している（非特許文献１）。 In the electrochemical measurement method, by miniaturizing the working electrode, the diffusion rate on the working electrode to be measured can be increased, and the detection sensitivity can be increased. For example, Popa et al. Have reported selective detection of uric acid by chronoamperometry (Non-patent Document 1).
しかしながら、従来の電気化学的測定方法は、被検試料中に測定対象以外に妨害物質（例えば、測定対象がグルコースの場合におけるアスコルビン酸及び尿酸）が共存する場合、測定対象を選択的に測定できず、定量的な測定が困難である。 However, conventional electrochemical measurement methods can selectively measure a measurement target when an interfering substance (for example, ascorbic acid and uric acid when the measurement target is glucose) coexists in the test sample in addition to the measurement target. Therefore, quantitative measurement is difficult.
本発明の課題は、被検試料中に測定対象以外に妨害物質が共存する場合でも、測定対象のみの応答を選択的に検出し、定量的に測定することができる電気化学的測定方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide an electrochemical measurement method capable of selectively detecting and quantitatively measuring a response of only a measurement target even when an interfering substance coexists other than the measurement target in the test sample. It is to be.
本発明は以下の発明を包含する。
（１）被検試料に、測定対象に触媒として作用しうる金属又は金属酸化物からなる第１作用電極と測定対象に触媒として作用しない第２作用電極とからなる作用電極、及び対電極を接触させ、前記作用電極と前記対電極との間に電圧を印加して、当該電圧下における電流値を測定し、クロノアンペロメトリー法にしたがって、コットレルプロットを用いて前記被検試料を分析することを特徴とする測定方法。
（２）二種以上の電気化学的な性質の異なる物質群を含む被検試料に、測定対象に触媒として作用しうる金属又は金属酸化物からなる第１作用電極と、測定対象には触媒として作用しないが、測定対象以外の物質に触媒として作用しうる第２作用電極とからなる作用電極、及び対電極を接触させ、前記作用電極と前記対電極との間に電圧を印加して、測定対象とそれ以外の物質に、異なる物質の電気化学的な拡散状態を形成させ、その違いを利用した分析手法により、測定対象を選択的に検出することを特徴とする測定方法。
（３）クロノアンペロメトリー法にしたがって、コットレルプロットを用いて被検試料を分析することにより、測定対象を選択的に検出する前記（２）に記載の方法。
（４）前記第２作用電極がカーボン電極である前記（１）〜（３）のいずれかに記載の測定方法。
（５）前記カーボン電極が導電性ダイヤモンド電極である前記（４）に記載の測定方法。
（６）前記導電性ダイヤモンド電極が１３族又は１５族の元素の混入により導電性を付与したダイヤモンド薄膜を有する前記（５）に記載の測定方法。
（７）前記導電性ダイヤモンド電極がホウ素、窒素及びリンからなる群より選択される少なくとも一種の元素の混入により導電性を付与したダイヤモンド薄膜を有する前記（５）に記載の測定方法。
（８）前記導電性ダイヤモンド電極がボロンドープダイヤモンド電極である前記（５）に記載の測定方法。
（９）前記第１作用電極が時間に依存しない定常的な応答を示す前記（１）〜（８）のいずれかに記載の測定方法。
（１０）前記第１作用電極と第２作用電極とからなる作用電極が、導電性ダイヤモンド薄膜の表面に測定対象に触媒として作用しうる金属をイオン注入してなるものである前記（１）〜（３）及び（５）〜（９）のいずれかに記載の測定方法。
（１１）コットレルプロットのｙ軸切片を用いて予め作成された測定対象の濃度と電流値との検量線と、得られた電流値とを対比することにより、得られた電流値から被検試料中の測定対象の濃度を算出する前記（１）及び（３）〜（１０）のいずれかに記載の測定方法。
（１２）前記作用電極と前記対電極との間に印加する電圧が最大電流値を与える電圧である前記（１）〜（１１）のいずれかに記載の測定方法。
（１３）被検試料に、更に参照電極を接触させて、前記作用電極と前記対電極との間に印加する電圧の絶対値を制御する前記（１）〜（１２）のいずれかに記載の測定方法。
（１４）被検試料が妨害物質を含む前記（１）〜（１３）のいずれかに記載の測定方法。
（１５）被検試料中の測定対象を検出するための測定装置であって、測定対象に触媒として作用しうる金属又は金属酸化物からなる第１作用電極と測定対象に触媒として作用しない第２作用電極とからなる作用電極、及び対電極を内蔵するセルと、前記作用電極と前記対電極との間に電圧を印加する手段と、当該印加電圧下における電流値を測定する手段と、得られた電流値から、クロノアンペロメトリー法にしたがって、コットレルプロットを用いて前記被検試料を分析する情報処理装置とを備えている測定装置。
（１６）二種以上の電気化学的な性質の異なる物質群を含む被検試料中の測定対象を検出するための測定装置であって、測定対象に触媒として作用しうる金属又は金属酸化物からなる第１作用電極と、測定対象には触媒として作用しないが、測定対象以外の物質に触媒として作用しうる第２作用電極とからなる作用電極、及び対電極を内蔵するセルと、前記作用電極と前記対電極との間に電圧を印加する手段と、測定対象とそれ以外の物質に、異なる物質の電気化学的な拡散状態を形成させる手段と、前記拡散状態の違いを利用した分析手法により、前記被検試料を分析する情報処理装置とを備えている測定装置。
The present invention includes the following inventions.
(1) The test sample is brought into contact with a working electrode comprising a first working electrode made of a metal or a metal oxide that can act as a catalyst on a measurement object and a second working electrode that does not act as a catalyst on the measurement object, and a counter electrode. And applying a voltage between the working electrode and the counter electrode, measuring a current value under the voltage, and analyzing the test sample using a Cottrell plot according to a chronoamperometry method Measuring method characterized by
(2) a first working electrode made of a metal or a metal oxide that can act as a catalyst on a measurement target on a test sample including two or more kinds of substances having different electrochemical properties; Measurement is performed by applying a voltage between the working electrode and the counter electrode by bringing the working electrode and the counter electrode into contact with the second working electrode that does not act but can act as a catalyst to a substance other than the object to be measured. A measurement method characterized in that an electrochemical diffusion state of different substances is formed in an object and other substances, and the measurement object is selectively detected by an analysis method using the difference.
(3) The method according to (2) above, wherein the measurement target is selectively detected by analyzing the test sample using a Cottrell plot according to the chronoamperometry method.
(4) The measuring method according to any one of (1) to (3), wherein the second working electrode is a carbon electrode.
(5) The measuring method according to (4), wherein the carbon electrode is a conductive diamond electrode.
(6) The measuring method according to (5), wherein the conductive diamond electrode has a diamond thin film imparted with conductivity by mixing a group 13 or group 15 element.
(7) The measurement method according to (5), wherein the conductive diamond electrode includes a diamond thin film imparted with conductivity by mixing at least one element selected from the group consisting of boron, nitrogen, and phosphorus.
(8) The measurement method according to (5), wherein the conductive diamond electrode is a boron-doped diamond electrode.
(9) The measurement method according to any one of (1) to (8), wherein the first working electrode exhibits a steady response that does not depend on time.
(10) The above-described (1) to (1), wherein the working electrode composed of the first working electrode and the second working electrode is formed by ion-implanting a metal capable of acting as a catalyst on the surface of the conductive diamond thin film. (3) and the measuring method in any one of (5)-(9).
(11) A test sample is obtained from the obtained current value by comparing a calibration curve between the concentration and current value of the measurement target prepared in advance using the y-axis intercept of the Cottrell plot and the obtained current value. The measuring method in any one of said (1) and (3)-(10) which calculates the density | concentration of the measuring object in it.
(12) The measurement method according to any one of (1) to (11), wherein the voltage applied between the working electrode and the counter electrode is a voltage that gives a maximum current value.
(13) The specimen according to any one of (1) to (12), wherein a reference electrode is further brought into contact with the test sample to control the absolute value of the voltage applied between the working electrode and the counter electrode. Measuring method.
(14) The measurement method according to any one of (1) to (13), wherein the test sample includes an interfering substance.
(15) A measuring device for detecting a measurement target in a test sample, the first working electrode made of a metal or metal oxide capable of acting as a catalyst on the measurement target and the second not acting as a catalyst on the measurement target A working electrode comprising a working electrode and a cell containing a counter electrode; means for applying a voltage between the working electrode and the counter electrode; and means for measuring a current value under the applied voltage. An information processing apparatus comprising: an information processing apparatus that analyzes the test sample from a measured current value using a Cottrell plot according to a chronoamperometry method.
(16) A measuring device for detecting a measuring object in a test sample containing two or more kinds of substances having different electrochemical properties, from a metal or metal oxide that can act as a catalyst on the measuring object A working electrode comprising a first working electrode and a second working electrode that does not act as a catalyst on a measurement target but can act as a catalyst on a substance other than the measurement target, a cell containing a counter electrode, and the working electrode And means for applying a voltage between the counter electrode, means for forming an electrochemical diffusion state of different substances in the measurement object and other substances, and an analysis method using the difference in the diffusion state And an information processing device for analyzing the test sample.
本発明の電気化学的測定方法によれば、被検試料中に測定対象以外に妨害物質が共存する場合でも、測定対象のみの応答を選択的に検出し、定量的に測定することができる。 According to the electrochemical measurement method of the present invention, even when an interfering substance coexists other than the measurement target in the test sample, the response of only the measurement target can be selectively detected and quantitatively measured.
本発明の第１方法は、被検試料に、測定対象に触媒として作用しうる金属又は金属酸化物からなる第１作用電極と測定対象に触媒として作用しない第２作用電極とからなる作用電極、及び対電極を接触させ、前記作用電極と前記対電極との間に電圧を印加して、当該電圧下における電流値を測定し、クロノアンペロメトリー法にしたがって、コットレルプロットを用いて前記被検試料を分析することを特徴とする測定方法であり、本発明の第２方法は、二種以上の電気化学的な性質の異なる物質群を含む被検試料に、測定対象に触媒として作用しうる金属又は金属酸化物からなる第１作用電極と、測定対象には触媒として作用しないが、測定対象以外の物質に触媒として作用しうる第２作用電極とからなる作用電極、及び対電極を接触させ、前記作用電極と前記対電極との間に電圧を印加して、測定対象とそれ以外の物質に、異なる物質の電気化学的な拡散状態を形成させ、その違いを利用した分析手法により、測定対象を選択的に検出することを特徴とする測定方法である。 The first method of the present invention comprises a working electrode comprising a first working electrode made of a metal or a metal oxide that can act as a catalyst on a test sample and a second working electrode that does not act as a catalyst on the measurement target, And a counter electrode in contact with each other, a voltage is applied between the working electrode and the counter electrode, a current value under the voltage is measured, and the test object is measured using a Cottoler plot according to a chronoamperometry method. This is a measurement method characterized by analyzing a sample, and the second method of the present invention can act as a catalyst on a measurement target on a test sample containing two or more kinds of substances having different electrochemical properties. A working electrode comprising a first working electrode made of a metal or metal oxide, and a second working electrode that does not act as a catalyst on a measurement target but can act as a catalyst on a substance other than the measurement target, and a counter electrode are brought into contact with each other. , A voltage is applied between the working electrode and the counter electrode to form an electrochemical diffusion state of different substances in the measurement target and other substances, and the measurement target is analyzed by using the difference. Is a measurement method characterized by selectively detecting.
本発明に用いられる被検試料としては、測定対象を含むことが予想される溶液等の試料であれば特に制限はなく、例えば、血液、体液、便等の生体試料；食品；河川、湖沼、海域等の環境水；廃水；反応溶液；それらの希釈溶液もしくは懸濁液が挙げられる。 The test sample used in the present invention is not particularly limited as long as it is a sample such as a solution that is expected to contain a measurement target. For example, biological samples such as blood, body fluids, stool, etc .; food; rivers, lakes, Environmental water such as sea area; wastewater; reaction solution; diluted solution or suspension thereof.
本発明に適用しうる測定対象としては、その電気化学的酸化反応又は電気化学的還元反応が、第１作用電極として用いる金属又は金属酸化物により促進され、第２作用電極として用いる物質により促進されないものであれば特に制限はなく、例えばグルコース等の炭水化物、インスリン等の蛋白質、ヒ素、ヒ素化合物、過酸化水素、シュウ酸が挙げられる。 As a measurement target applicable to the present invention, the electrochemical oxidation reaction or electrochemical reduction reaction is promoted by the metal or metal oxide used as the first working electrode, but not promoted by the substance used as the second working electrode. If it is a thing, there will be no restriction | limiting in particular, For example, carbohydrates, such as glucose, proteins, such as insulin, arsenic, an arsenic compound, hydrogen peroxide, and oxalic acid are mentioned.
本発明においては、作用電極として、測定対象に触媒として作用しうる金属又は金属酸化物からなる第１作用電極と測定対象に触媒として作用しない第２作用電極とからなる作用電極を用いる。 In the present invention, a working electrode comprising a first working electrode made of a metal or a metal oxide that can act as a catalyst on a measurement object and a second working electrode that does not act on the measurement object as a catalyst is used.
本発明において第１作用電極として用いられる金属又は金属酸化物は、測定対象の電気化学的酸化反応又は電気化学的還元反応を促進するものであれば特に制限はなく、目的とする測定対象に応じて、適宜選択することができる。 The metal or metal oxide used as the first working electrode in the present invention is not particularly limited as long as it promotes the electrochemical oxidation reaction or electrochemical reduction reaction of the measurement target, and depends on the target measurement target. And can be selected as appropriate.
第１作用電極として用いられる金属又は金属酸化物の選択は、例えば、その金属又は金属酸化物を作用極として用いて測定対象物を酸化又は還元することができるかどうかを確かめることにより容易に行うことができる。 The selection of the metal or metal oxide used as the first working electrode is easily performed, for example, by confirming whether the measurement object can be oxidized or reduced using the metal or metal oxide as the working electrode. be able to.
前記金属又は金属酸化物としては、通常、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、イリジウム、ロジウム、ルテニウム等の遷移金属、又はこれらの金属酸化物が挙げられる。 Examples of the metal or metal oxide usually include transition metals such as gold, silver, copper, platinum, palladium, nickel, iridium, rhodium, and ruthenium, or metal oxides thereof.
第１作用電極としては、微小化されているために時間に依存しない定常的な応答を示すものが好ましい。 The first working electrode is preferably one that shows a steady response that does not depend on time because it is miniaturized.
第２作用電極としては、通常カーボン電極が用いられるが、測定対象の電気化学的酸化反応又は電気化学的還元反応を促進しないものであれば特に制限はない。
第２作用電極の材料の選択は、例えば、その材料を作用極として用いて測定対象物を酸化又は還元することができるかどうかを確かめることにより容易に行うことができる。
第２作用電極として用いられるカーボン電極としては、導電性ダイヤモンド電極が好適に用いられる。
A carbon electrode is usually used as the second working electrode, but there is no particular limitation as long as it does not promote the electrochemical oxidation reaction or electrochemical reduction reaction to be measured.
The material of the second working electrode can be easily selected by, for example, confirming whether the measurement object can be oxidized or reduced using the material as the working electrode.
As the carbon electrode used as the second working electrode, a conductive diamond electrode is preferably used.
前記導電性ダイヤモンド電極としては、１３族又は１５族の元素の混入により導電性を付与したダイヤモンド薄膜を有するものが挙げられ、なかでも、ホウ素、窒素及びリンからなる群より選択される少なくとも一種の元素を混入したものが好ましく、特に、ホウ素を混入したボロンドープダイヤモンド電極が好適である。 Examples of the conductive diamond electrode include those having a diamond thin film imparted with conductivity by mixing a group 13 or group 15 element, and in particular, at least one selected from the group consisting of boron, nitrogen, and phosphorus. An element mixed is preferable, and a boron-doped diamond electrode mixed with boron is particularly preferable.
本発明に用いられる作用電極の製法としては、測定対象に触媒として作用しうる金属又は金属酸化物からなる第１作用電極と測定対象に触媒として作用しない第２作用電極とからなる作用電極を製造しうるものであれば特に制限はなく、導電性ダイヤモンド薄膜の表面に前記金属又は金属酸化物を電気化学的に付着させる方法、前記金属又は金属酸化物を導電性ダイヤモンド層中に混入させる方法、ダイヤモンドの気相合成の途中で前記金属又は金属酸化物の微粒子を分散させる方法等を用いることもできるが、導電性ダイヤモンド薄膜の表面に前記金属をイオン注入する方法が好ましい。イオン注入法により製造された電極は、安定性が高く、超音波洗浄等によっても金属が剥離せず、金属の分散性にも優れている。 As a method for producing a working electrode used in the present invention, a working electrode comprising a first working electrode made of a metal or a metal oxide capable of acting as a catalyst on a measurement object and a second working electrode not acting as a catalyst on the measurement object is produced. As long as it can, there is no particular limitation, a method of electrochemically attaching the metal or metal oxide to the surface of the conductive diamond thin film, a method of mixing the metal or metal oxide into the conductive diamond layer, A method of dispersing fine particles of the metal or metal oxide during the vapor phase synthesis of diamond can be used, but a method of ion-implanting the metal into the surface of the conductive diamond thin film is preferable. An electrode manufactured by an ion implantation method has high stability, and the metal does not peel off even by ultrasonic cleaning or the like, and is excellent in metal dispersibility.
なお、イオン注入時には、イオン化された元素の混入とともにエネルギーによる照射損傷が生じる。このため、照射損傷の回復と、格子間位置に混入された注入元素を移動させるために熱処理（アニーリング）を行う。このアニーリングにより、損傷を受けた表層部は下地結晶の原子配列にならって本来の結晶構造に戻る。この過程で注入された元素は表面に露出し、その元素が所望の触媒機能を発揮することになる。 At the time of ion implantation, irradiation damage due to energy occurs along with mixing of ionized elements. For this reason, heat treatment (annealing) is performed in order to recover the irradiation damage and move the implanted element mixed in the interstitial position. By this annealing, the damaged surface layer part returns to the original crystal structure following the atomic arrangement of the underlying crystal. The element injected in this process is exposed on the surface, and the element exhibits a desired catalytic function.
前記元素は、公知のイオン注入装置と公知のイオン注入技術の使用により、イオン注入される。イオンは、ダイヤモンド薄膜の内部深くまで注入される必要はなく、表面近傍で単に担持されれば十分である。したがって、イオンを加速させるエネルギーはさほど高くする必要はない。数１０ｋｅＶ〜１ＭｅＶ程度で十分である。 The elements are ion implanted by using a known ion implanter and a known ion implantation technique. The ions do not need to be implanted deep inside the diamond thin film, but are simply supported near the surface. Therefore, the energy for accelerating ions does not need to be so high. Several tens of keV to 1 MeV is sufficient.
また、注入量は１〜１０×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２程度にすることが好ましい。前記元素は、測定対象の電気化学的酸化反応等の触媒作用を発揮するのみで自身が消費されるわけではないので、この程度の付着量で十分である。注入量が多すぎると、アモルファス化される。 Moreover, it is preferable that the injection amount is about 1 to 10 × 10 14 ions / cm 2 . Since the element only exhibits a catalytic action such as an electrochemical oxidation reaction to be measured and is not consumed by itself, this amount of adhesion is sufficient. If the injection amount is too large, it becomes amorphous.
このようにして調製された前記第１作用電極と第２作用電極とからなる作用電極が、従来から用いられている電気化学的分析・測定装置の作用電極として用いられる。 The working electrode composed of the first working electrode and the second working electrode thus prepared is used as a working electrode of a conventionally used electrochemical analysis / measurement apparatus.
本発明の測定方法においては、第１作用電極を第２作用電極上にマイクロ電極様の機能が発揮できるように分布させ、当該第１作用電極と第２作用電極とからなる作用電極と対電極との間に電圧を印加すると、測定対象に触媒として作用しうる金属又は金属酸化物からなる第１作用電極上には、半球面状の拡散状態が形成され、時間に依存しない定常的な応答を示すのに対し、測定対象には触媒として作用しないが、測定対象以外の物質に触媒として作用しうる第２作用電極上には、線形の拡散状態が形成され、電流は時間に依存するので、この違いを利用した分析手法（例えば、クロノアンペロメトリー法とコットレルプロットとの組み合わせ）を用いて被検試料を分析することにより、被検試料中に測定対象以外に妨害物質が共存する場合でも、測定対象のみの応答を選択的に検出することができる。 In the measurement method of the present invention, the first working electrode is distributed on the second working electrode so that a microelectrode-like function can be exerted, and the working electrode and the counter electrode composed of the first working electrode and the second working electrode are provided. When a voltage is applied between the two, a hemispherical diffusion state is formed on the first working electrode made of a metal or metal oxide that can act as a catalyst on the object to be measured, and a steady response that does not depend on time In contrast, a linear diffusion state is formed on the second working electrode that does not act as a catalyst on the measurement target but can act as a catalyst on substances other than the measurement target, and the current depends on time. By analyzing the test sample using an analysis method that utilizes this difference (for example, a combination of the chronoamperometry method and the Cottrell plot), if there are interference substances other than the measurement target in the test sample, But the response of just measured can be selectively detected.
本発明の第１方法において、得られた電流値から被検試料中の測定対象の濃度を算出するには、クロノアンペロメトリーにより測定された定常電流値（コットレルプロットのｙ軸切片）を用いて予め作成された測定対象の濃度と電流値との検量線と、得られた電流値とを対比すればよい。 In the first method of the present invention, in order to calculate the concentration of the measurement target in the test sample from the obtained current value, the steady current value (y-axis intercept of the Cottrell plot) measured by chronoamperometry is used. A calibration curve between the concentration of the measurement target and the current value prepared in advance may be compared with the obtained current value.
前記作用電極と前記対電極との間に印加する電圧は、最大電流値を与える電圧であることが好ましい。 The voltage applied between the working electrode and the counter electrode is preferably a voltage that gives a maximum current value.
本発明の測定方法は、作用電極及び対電極を用いる二電極法によるものでもよいが、高感度及び高精度の測定を行う場合は、更に参照電極を用いる三電極法によるのが好ましく、被検試料に、更に参照電極を接触させることにより、作用電極と対電極との間に印加する電圧の絶対値を制御してもよい。 The measurement method of the present invention may be based on a two-electrode method using a working electrode and a counter electrode. However, in the case of performing high-sensitivity and high-accuracy measurement, the three-electrode method using a reference electrode is preferable. The absolute value of the voltage applied between the working electrode and the counter electrode may be controlled by bringing a reference electrode into contact with the sample.
本発明の測定方法は、例えば、被検試料中の測定対象を検出するための測定装置であって、測定対象に触媒として作用しうる金属又は金属酸化物からなる第１作用電極と測定対象に触媒として作用しない第２作用電極とからなる作用電極、及び対電極を内蔵するセルと、前記作用電極と前記対電極との間に電圧を印加する手段と、当該印加電圧下における電流値を測定する手段と、得られた電流値から、クロノアンペロメトリー法にしたがって、コットレルプロットを用いて前記被検試料を分析する情報処理装置とを備えている測定装置によって実施することができる。 The measurement method of the present invention is, for example, a measurement device for detecting a measurement target in a test sample, and includes a first working electrode made of a metal or a metal oxide that can act as a catalyst on the measurement target and the measurement target. A working electrode composed of a second working electrode that does not act as a catalyst, a cell containing a counter electrode, means for applying a voltage between the working electrode and the counter electrode, and measuring a current value under the applied voltage And a measuring device comprising an information processing device for analyzing the test sample using a Cottrell plot from the obtained current value according to a chronoamperometry method.
また、本測定装置は、セルが更に参照電極を内蔵しており、更に作用電極と対電極との間に印加する電圧の絶対値を制御する手段を備えているものでもよい。 Further, in this measuring apparatus, the cell may further include a reference electrode, and may further include means for controlling the absolute value of the voltage applied between the working electrode and the counter electrode.
以下、本発明に用いられる電気化学測定装置の一実施形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of an electrochemical measurement apparatus used in the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は本発明の測定方法を実施するための装置の一実施形態を示すものである。
本発明で用いるボロンドープダイヤモンド電極は、例えば、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により製造することができる。
FIG. 1 shows one embodiment of an apparatus for carrying out the measuring method of the present invention.
The boron-doped diamond electrode used in the present invention can be produced by, for example, a microwave plasma CVD method.
対電極（対極）としては、例えば白金、炭素、ステンレス、金、ダイヤモンド、ＳｎＯ２等を用いることができる。 As the counter electrode (counter electrode), for example, platinum, carbon, stainless steel, gold, diamond, SnO 2 or the like can be used.
作用電極（作用極）と対電極との間に印加する電圧は、測定効率及び精度の観点から、最大電流値を与える電圧であることが好ましい。ここで、最大電流値を与える電圧とは、例えばサイクリックボルタンメトリーにより、最大電流値を与える電圧である。また、最大電流値を与える電圧は、回転電極法又はマイクロ電極法により求めることもできる。 The voltage applied between the working electrode (working electrode) and the counter electrode is preferably a voltage that gives a maximum current value from the viewpoint of measurement efficiency and accuracy. Here, the voltage that gives the maximum current value is a voltage that gives the maximum current value by, for example, cyclic voltammetry. The voltage that gives the maximum current value can also be determined by the rotating electrode method or the microelectrode method.
参照電極としては公知のものを用いることができ、標準水素電極、銀塩化銀電極、水銀塩化水銀電極、水素パラジウム電極等を用いることができる。 A known electrode can be used as the reference electrode, and a standard hydrogen electrode, a silver-silver chloride electrode, a mercury mercury chloride electrode, a hydrogen palladium electrode, or the like can be used.
図１に示す電気化学測定装置は、対電極（対極）、作用電極（作用極）及び参照電極が備わった三電極法による測定を行うものであるが、本発明に用いられる電気化学測定装置としては、作用電極及び対電極のみを備えた二電極法によるものでもよい。 The electrochemical measurement apparatus shown in FIG. 1 performs measurement by the three-electrode method provided with a counter electrode (counter electrode), a working electrode (working electrode), and a reference electrode. As an electrochemical measurement apparatus used in the present invention, May be by a two-electrode method with only a working electrode and a counter electrode.
作用電極と対電極との間に電圧を印加することにより、測定対象が作用電極上で酸化又は還元され、酸化還元反応に伴う電流が発生する。この電流（電気信号）はポテンシオスタットに伝達し、ポテンシオスタットで検出された信号は情報処理装置により解析される。この情報処理装置は、ＣＰＵ、内部メモリ、ＨＤＤ等の外部記憶装置、モデム等の通信インタフェース、ディスプレイ、マウスやキーボードといった入力手段等を有する。そして、前記内部メモリや外部記憶装置等の所定領域に設定したプログラムにしたがって電気信号を解析し、測定対象の検出や濃度の算出を行う。かかる情報処理装置は、汎用のコンピュータでも、専用のものでもよい。 By applying a voltage between the working electrode and the counter electrode, the object to be measured is oxidized or reduced on the working electrode, and a current associated with the redox reaction is generated. This current (electric signal) is transmitted to the potentiostat, and the signal detected by the potentiostat is analyzed by the information processing device. The information processing apparatus includes a CPU, an internal memory, an external storage device such as an HDD, a communication interface such as a modem, a display, input means such as a mouse and a keyboard, and the like. Then, an electrical signal is analyzed in accordance with a program set in a predetermined area such as the internal memory or the external storage device, and the measurement target is detected and the concentration is calculated. Such an information processing apparatus may be a general-purpose computer or a dedicated computer.
本発明の第１方法は、被検試料の分析をクロノアンペロメトリー法にしたがって、コットレルプロットを用いて行うことを特徴とする。 The first method of the present invention is characterized in that analysis of a test sample is performed using a Cottrell plot according to a chronoamperometry method.
クロノアンペロメトリー法は、電気化学測定法の一つであり、電位ステップに対する電流の過渡応答解析、すなわち電位（ポテンシャル）ステップ法をいう（「電気化学測定マニュアル 基礎編」丸善（株）発行、（社）電気化学会編、２００２年４月、第１０２頁〜第１０９頁参照）。クロノアンペロメトリー法を実施するには、ポテンシオスタット、電位ステップを与えるファンクションジェネレーター及び記録装置が必要である。電流の過渡応答は通常マイクロ秒〜数十秒で測定するが、短時間域の波形を正確に記録するにはストレージスコープなどを用いる。コンピュータ制御のポテンシオスタットを用いることが好ましいが、手動で印加電圧を制御できるポテンシオスタットを用いてもよい。 The chronoamperometry method is one of the electrochemical measurement methods, and refers to the transient response analysis of the current to the potential step, that is, the potential (potential) step method ("Electrochemical Measurement Manual Basics" published by Maruzen Co., Ltd.) (Electrical Society of Japan, April 2002, pages 102-109). In order to implement the chronoamperometry method, a potentiostat, a function generator that provides a potential step, and a recording device are required. Current transient response is usually measured in microseconds to several tens of seconds, but a storage scope or the like is used to accurately record a short-time waveform. Although a computer-controlled potentiostat is preferably used, a potentiostat capable of manually controlling the applied voltage may be used.
コットレルプロットとは、電流ｉと時間の平方根ｔ−１／２の関係をプロットすることをいい、通常サイズの平板電極のときは理論通りであれば原点を通る直線になる（「電気化学測定マニュアル 基礎編」丸善（株）発行、（社）電気化学会編、２００２年４月、第１０６頁、「表面技術者のための電気化学 第２版」丸善（株）発行、春山志郎著、平成１７年３月３０日、第９６頁〜第１００頁参照）。 The Cottrell plot refers to plotting the relationship between the current i and the square root of time t −1/2. For a normal size plate electrode, if it is theoretically, it is a straight line passing through the origin (“Electrochemical Measurement Manual” "Basics" published by Maruzen Co., Ltd., Electrochemical Society, April 2002, p. 106, "Electrochemistry for surface engineers 2nd edition" published by Maruzen Co., Ltd., Shiro Haruyama, Heisei March 30, 2005, see pages 96 to 100).
以下、測定対象がグルコースである場合を例にとり、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail by taking the case where the measurement target is glucose as an example, but the present invention is not limited thereto.
グルコース等の炭水化物の直接酸化は、電極を選ぶため、ダイヤモンドも例外でなくほとんどの電極ではグルコースの検出は行えない。一方、金やニッケル、銅の遷移金属をアルカリ水溶液中で電極として用いると、グルコースの酸化反応が起こることが知られている（Mohamed A. Ghanem et al., Phys. Chem. Chem. Phys., 2005, 7, 3552-3559）。しかし、金属電極では、バックグラウンド電流が大きいなどの特徴から高感度な検出が行えない。また、グルコースに対する選択性も持たない。そこでダイヤモンド電極を銅で修飾することで、両者の特徴を活かした高感度にグルコースを検出できる電極が期待できる。このとき、銅の修飾量と修飾の仕方によって全く異なる電極となる。修飾量が多ければ、銅電極そのものに近い電極となる。逆に、少ないときには銅微粒子１つ１つが微小電極として働くことにより、グルコースに対し定常的な応答を示す。 Direct oxidation of carbohydrates such as glucose selects electrodes, so diamond is no exception and glucose cannot be detected with most electrodes. On the other hand, it is known that oxidation of glucose occurs when transition metals such as gold, nickel, and copper are used as electrodes in an alkaline aqueous solution (Mohamed A. Ghanem et al., Phys. Chem. Chem. Phys., 2005, 7, 3552-3559). However, metal electrodes cannot perform highly sensitive detection due to features such as a large background current. It also has no selectivity for glucose. Therefore, by modifying the diamond electrode with copper, an electrode capable of detecting glucose with high sensitivity utilizing both characteristics can be expected. At this time, the electrodes are completely different depending on the amount of copper modification and the manner of modification. If the amount of modification is large, the electrode is close to the copper electrode itself. On the other hand, when the amount is small, each copper fine particle works as a microelectrode, thereby showing a steady response to glucose.
以下においては、このグルコースに対する定常的な応答を利用した選択的にグルコースを検出する方法について説明する。 Hereinafter, a method for selectively detecting glucose using the steady response to glucose will be described.
グルコースセンサーにとって妨害となる化学物質としてはアスコルビン酸や尿酸といった体液中に多く存在する電気化学的活性種が挙げられる。銅電極でグルコースとこれらの妨害物質が混合された系で測定すると、酸化電位が近いためにグルコースの酸化電流に加え妨害物質の酸化電流の足し合わせが観測される。このため、グルコースに対する選択性はない。前述したように、ボロンドープダイヤモンド電極等のダイヤモンド電極ではグルコースの酸化は起こらないが、妨害物質である尿酸やアスコルビン酸は容易に酸化される。このボロンドープダイヤモンド電極の性質が本発明方法のグルコースに対する選択性へのキーポイントである。グルコースに定常的な応答を示す銅修飾ボロンドープダイヤモンド電極を用いて、クロノアンペロメトリーを行うと妨害物質と共存する系においてもグルコースだけの応答電流を知ることができる。これは、アスコルビン酸や尿酸の応答が時間に依存するからである。一般に、マクロな電極で物質移動が律速となっているときの定電位応答は次の式で表される。
Ｉ＝ｎＦＡＣＤ（１／√（πＤｔ）） （１）
Chemical substances that interfere with the glucose sensor include electrochemically active species such as ascorbic acid and uric acid that are abundant in body fluids. When measured in a system in which glucose and these interfering substances are mixed with a copper electrode, since the oxidation potential is close, the sum of the oxidizing currents of the interfering substances is observed in addition to the oxidation current of glucose. For this reason, there is no selectivity for glucose. As described above, a diamond electrode such as a boron-doped diamond electrode does not oxidize glucose, but uric acid and ascorbic acid, which are interfering substances, are easily oxidized. The nature of this boron-doped diamond electrode is the key to the selectivity of the method of the present invention for glucose. When chronoamperometry is performed using a copper-modified boron-doped diamond electrode that shows a steady response to glucose, the response current of glucose alone can be known even in a system coexisting with an interfering substance. This is because the response of ascorbic acid or uric acid depends on time. In general, the constant potential response when the mass transfer is rate-determined by a macro electrode is expressed by the following equation.
I = nFACD (1 / √ (πDt)) (1)
ここでｎは反応電子数、Ｆはファラデー定数、Ａは電極面積、Ｃは反応物質のバルク濃度、Ｄは拡散係数、ｔは時間である。ｔ以外は全て定数である。 Here, n is the number of reaction electrons, F is the Faraday constant, A is the electrode area, C is the bulk concentration of the reactant, D is the diffusion coefficient, and t is the time. All except t are constants.
一方、微小電極の半球状の拡散が生じるときの定電位応答は次の式で表される。
Ｉ＝ｎＦＡＣＤ（１／√（πＤｔ）＋４／πｒ） （２）
On the other hand, the constant potential response when hemispherical diffusion of the microelectrode occurs is expressed by the following equation.
I = nFACD (1 / √ (πDt) + 4 / πr) (2)
ここで、ｒは電極の半径であり、ｎ、Ｆ、Ａ、Ｃ、Ｄ及びｔは前記と同義である。式の第１項目は式（１）そのものであるが、第２項目が定数項となっている。電流を時間ｔの平方根でプロットしたとき、この定数項が切片となる。このコットレルプロットを行えば、妨害物質が共存する溶液中においてもグルコース濃度分だけの電流値を切片の値から知ることができる。 Here, r is the radius of the electrode, and n, F, A, C, D, and t are as defined above. The first item of the equation is the equation (1) itself, but the second item is a constant term. When the current is plotted as the square root of time t, this constant term becomes the intercept. By performing this Cottrell plot, the current value corresponding to the glucose concentration can be known from the intercept value even in a solution in which an interfering substance coexists.
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated concretely, the scope of the present invention is not limited to these Examples.
（実施例１）
本実施例では、銅をダイヤモンド薄膜にイオン注入することにより銅修飾ダイヤモンド電極を作製し、グルコースに対する電気化学的応答を評価した。
Example 1
In this example, copper-modified diamond electrodes were fabricated by ion implantation of copper into a diamond thin film, and the electrochemical response to glucose was evaluated.
ボロンドープダイヤモンド薄膜は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によって作製した。炭素源はメタノール−アセトン混合溶液（体積比１：９）を用い、これにホウ素源として酸化ホウ素を溶解させたものを原料とした（ドープホウ素濃度１００００ｐｐｍ）。マイクロ波の出力は５０００Ｗで水素プラズマ中にこの原料を導入し８時間シリコン基板上に堆積させた。 The boron-doped diamond thin film was produced by a microwave plasma CVD method. As a carbon source, a methanol-acetone mixed solution (volume ratio 1: 9) was used, and a material obtained by dissolving boron oxide as a boron source was used as a raw material (dope boron concentration 10000 ppm). The raw material was introduced into hydrogen plasma at a microwave output of 5000 W and deposited on a silicon substrate for 8 hours.
つづいて、このダイヤモンド薄膜にイオン注入法により銅イオンビームを照射した。照射エネルギーは５００ｋｅＶで注入量は２×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２にした。イオン注入により生じた照射損傷を回復させるために、アニーリング（水素雰囲気下８５０℃）を施した。イオン注入したダイヤモンド電極はラマン分光法により、結晶性を評価した。 Subsequently, the diamond thin film was irradiated with a copper ion beam by an ion implantation method. The irradiation energy was 500 keV, and the injection amount was 2 × 10 14 ions / cm 2 . In order to recover the irradiation damage caused by the ion implantation, annealing (850 ° C. in a hydrogen atmosphere) was performed. The crystallinity of the ion-implanted diamond electrode was evaluated by Raman spectroscopy.
一般にイオン注入を行うと試料は照射損傷を受けるため、アニーリング処理により結晶構造を戻す必要がある。ダイヤモンドにイオン注入するケースでは、より複雑となる。それはダイヤモンドが標準状態で準安定物質であることによるために、ある一定以上の損傷を受けるとアニーリング処理しても最安定相のグラファイトへとなってしまうことによる。一度グラファイトになると、ダイヤモンドに回復させることはできない。イオン注入前のボロンドープダイヤモンド電極のラマンスペクトルには１３３３ｃｍ−１にシャープなダイヤモンド由来のピークを確認した。銅をイオン注入した後の電極のラマンスペクトルにはそれ以外に新たなピークが確認された。注入量が２×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下のものの電極では１６３０ｃｍ−１付近に小さなピークが出現した。このピークは水素雰囲気下１０００℃での熱処理によるアニーリングにより消失する。しかし、４×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２や８×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２の注入量のサンプルでは１５００ｃｍ−１付近にブロードなピークが現れる。これはアモルファスカーボンに特有のピークであり、これらの電極を熱処理してもこのピークは消失することなく、逆に増大する。このアモルファス化によるピークの出現したサンプルでは電気化学測定を行っても、グルコースへの応答は示さなかったため、以下の電気化学測定で使用した電極は、このアモルファスカーボンのピークの生じないような注入量（２×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２）のものである。 In general, when ion implantation is performed, a sample is damaged by irradiation, and thus it is necessary to return the crystal structure by annealing treatment. The case of ion implantation into diamond becomes more complicated. This is because diamond is a metastable material in a standard state, and if it is damaged beyond a certain level, it becomes graphite in the most stable phase even after annealing. Once it becomes graphite, it cannot be restored to diamond. A sharp peak derived from diamond at 1333 cm −1 was confirmed in the Raman spectrum of the boron-doped diamond electrode before ion implantation. Other new peaks were confirmed in the Raman spectrum of the electrode after copper ion implantation. A small peak appeared in the vicinity of 1630 cm −1 in an electrode having an injection amount of 2 × 10 14 ions / cm 2 or less. This peak disappears by annealing due to heat treatment at 1000 ° C. in a hydrogen atmosphere. However, a broad peak appears in the vicinity of 1500 cm −1 in the sample with an injection amount of 4 × 10 14 ions / cm 2 or 8 × 10 14 ions / cm 2 . This is a peak peculiar to amorphous carbon, and even if these electrodes are heat-treated, this peak does not disappear but increases. The sample in which the peak due to amorphization appeared did not show a response to glucose even when electrochemical measurement was performed. Therefore, the electrode used in the following electrochemical measurement had an injection amount that did not cause this amorphous carbon peak. (2 × 10 14 ions / cm 2 ).
このようにして作製した銅イオン注入ダイヤモンド電極の、グルコースに対する電気化学的応答をサイクリックボルタンメトリーとクロノアンペロメトリーにより評価した。 The electrochemical response of the copper ion-implanted diamond electrode thus prepared to glucose was evaluated by cyclic voltammetry and chronoamperometry.
電気化学測定は室温でポテンシオスタットを使い三電極系で行った（図１参照）。
銅イオン注入ボロンドープダイヤモンド電極の０．２Ｍ水酸化ナトリウム水溶液中での３ｍＭグルコースのサイクリックボルタモグラム（操作速度５０ｍＶ／ｓ）を図２に示す。
The electrochemical measurement was performed with a three-electrode system using a potentiostat at room temperature (see FIG. 1).
FIG. 2 shows a cyclic voltammogram (operation speed 50 mV / s) of 3 mM glucose in a 0.2 M sodium hydroxide aqueous solution of a copper ion-implanted boron-doped diamond electrode.
約０．６５Ｖ付近にグルコースの酸化によるピークが確認できる。０．８Ｖでみられる大きな電流増加は酸素発生によるものである。図２において、（ａ）、（ｃ）は３ｍＭグルコースを含む０．２Ｍ水酸化ナトリウム水溶液中でのサイクリックボルタモグラム、（ｂ）は０．２Ｍ水酸化ナトリウム水溶液中でのサイクリックボルタモグラム（グルコースを含まない）を示す。（ａ）、（ｂ）では銅イオン注入ボロンドープダイヤモンド電極、（ｃ）ではイオン注入していないボロンドープダイヤモンド電極（ａｓ−ｇｒｏｗｎ）を使用している。差込み図は３ｍＭグルコースを含む０．２Ｍ水酸化ナトリウム水溶液中での銅電極におけるサイクリックボルタモグラムであるが、酸化電流の立ち上がりが銅イオン注入ボロンドープダイヤモンド電極とほぼ同じであることから、銅イオン注入ボロンドープダイヤモンド電極においてグルコースの酸化を担っているのは、ボロンドープダイヤモンド上の銅であると考えられる。一方、サイクリックボルタモグラム（ＣＶ）の形を比較すると、異なる曲線が描かれており、銅イオン注入ボロンドープダイヤモンド電極でのグルコースの酸化のＣＶを示す（ａ）では、順掃引と逆掃引で曲線が重なっている。以前に報告（K. Ohnishi, et al., Electrochem. Solid-State Lett., 5, D1 (2002)）されているニッケルイオン注入ボロンドープダイヤモンド電極でのグルコースの酸化のＣＶにおいてもこのようなアノードスイープがカソードスイープと重なるＣＶの形となっていた。この特徴は微小電極の特徴の１つである。銅イオン注入ボロンドープダイヤモンド電極では、銅の微粒子がボロンドープダイヤモンド表面に散在していて、その１つ１つがグルコースに対し微小電極的に作用しているものであることが示唆される。そこで、走査速度を変化させて測定し、そのＣＶの比較を行った。その結果、ＣＶの形は走査速度に関わらず、ほぼ同じ軌跡を辿り、定常的な応答であった。銅電極では、走査速度の平方根に対し、酸化ピーク電流値が比例するような一般的なマクロな平板電極の特徴を示した。これらより銅イオン注入ボロンドープダイヤモンド電極がグルコースに対し微小電極として働いていることが分かった。しかし、シャープなピークが観測され、微小電極の特徴の１つである限界電流値に達する特徴は見られない。これは、ボロンドープダイヤモンド表面上の銅自体の価数が変わることで、グルコースへの触媒活性が失われることが関係していると思われる。または、水の電気分解による酸素発生のために反応サイトが減っていくことにより電流値が減少し限界電流まで達しないものと考えられる。 A peak due to oxidation of glucose can be confirmed in the vicinity of about 0.65V. The large current increase seen at 0.8 V is due to oxygen evolution. In FIG. 2, (a) and (c) are cyclic voltammograms in a 0.2 M aqueous sodium hydroxide solution containing 3 mM glucose, and (b) is a cyclic voltammogram (glucose in a 0.2 M aqueous sodium hydroxide solution). Not included). In (a) and (b), a copper ion-implanted boron-doped diamond electrode is used, and in (c), a boron-doped diamond electrode (as-grown) that is not ion-implanted is used. The inset is a cyclic voltammogram at a copper electrode in a 0.2 M aqueous sodium hydroxide solution containing 3 mM glucose, but the rise of oxidation current is almost the same as that of a copper ion implanted boron-doped diamond electrode. It is considered that it is copper on boron-doped diamond that is responsible for the oxidation of glucose in the boron-doped diamond electrode. On the other hand, when comparing the shapes of cyclic voltammograms (CV), different curves are drawn. In (a), which shows the CV of glucose oxidation at a copper ion-implanted boron-doped diamond electrode, the curves are obtained by forward sweep and reverse sweep. Are overlapping. Such an anode is also used in the CV of oxidation of glucose at a nickel ion-implanted boron-doped diamond electrode previously reported (K. Ohnishi, et al., Electrochem. Solid-State Lett., 5, D1 (2002)). The sweep was in the form of a CV that overlapped with the cathode sweep. This feature is one of the features of the microelectrode. In the copper ion-implanted boron-doped diamond electrode, copper fine particles are scattered on the surface of the boron-doped diamond, suggesting that each of them acts as a microelectrode on glucose. Therefore, the measurement was performed while changing the scanning speed, and the CVs were compared. As a result, the shape of the CV followed the same locus regardless of the scanning speed, and was a steady response. The copper electrode showed the characteristics of a general macro flat plate electrode in which the oxidation peak current value is proportional to the square root of the scanning speed. These results indicate that the copper ion-implanted boron-doped diamond electrode works as a microelectrode for glucose. However, a sharp peak is observed, and no feature reaching the limit current value, which is one of the features of the microelectrode, is found. This seems to be related to the fact that the catalytic activity toward glucose is lost by changing the valence of copper itself on the boron-doped diamond surface. Alternatively, it is considered that the current value decreases and does not reach the limit current because the reaction sites decrease due to the generation of oxygen due to electrolysis of water.
つづいて、クロノアンペロメトリーを行った。
図３は、１〜５ｍＭのグルコースのコットレルプロットのｙ軸切片の電流値を用いて作成した検量線を示し、図３の差込み図は１〜５ｍＭのグルコースのコットレルプロットを示す。微小電極の特徴である定常的な応答の特徴をよく示す結果が得られた。また、濃度に応じてその定常的な応答も増加し、コットレルプロットのｙ軸切片を用いた検量線を引くと、ほぼ濃度に比例して増加した。
Subsequently, chronoamperometry was performed.
FIG. 3 shows a calibration curve created using the current value of the y-axis intercept of a 1-5 mM glucose Cottrell plot, and the inset of FIG. 3 shows a 1-5 mM glucose Cottrell plot. The result which showed the characteristic of the steady response which is the characteristic of the microelectrode was obtained. In addition, the steady-state response increased according to the concentration. When a calibration curve using the y-axis intercept of the Cottrell plot was drawn, the steady response increased substantially in proportion to the concentration.
つづいて０．２Ｍ水酸化ナトリウム水溶液中で妨害物質のアスコルビン酸と尿酸のボロンドープダイヤモンド電極でのサイクリックボルタンメトリーとクロノアンペロメトリーを行った。どちらの妨害物質ともに、サイクリックボルタンメトリーでは０．２Ｖ付近に酸化ピークが観測された。クロノアンペロメトリー（−０．４→０．６）の結果をコットレルプロットしたところ、原点を通る直線が得られた。マクロな電極での拡散律速のときの典型的な特徴が得られた。このことにより銅イオン注入ボロンドープダイヤモンド電極において０．６Ｖでクロノアンペロメトリーを行えば、妨害物質と共存する溶液中でもコットレルプロットのｙ軸切片を用いてグルコースのみの応答が知れることが期待された。 Subsequently, cyclic voltammetry and chronoamperometry of boron interfering substances ascorbic acid and uric acid at a boron-doped diamond electrode were performed in 0.2 M sodium hydroxide aqueous solution. For both interfering substances, an oxidation peak was observed around 0.2 V by cyclic voltammetry. When the result of chronoamperometry (−0.4 → 0.6) was subjected to Cottre plot, a straight line passing through the origin was obtained. The typical characteristics of diffusion-controlled with a macro electrode were obtained. As a result, if chronoamperometry was performed at 0.6 V on a boron ion-implanted boron-doped diamond electrode, it was expected that a glucose-only response would be known using the y-axis intercept of the Cottre plot even in a solution coexisting with the interfering substance. .
そこで、同濃度（６ｍＭ）のグルコース（Ｇｌｕ）を含む０．５Ｍ水酸化ナトリウム水溶液について、妨害物質（アスコルビン酸（ＡＡ）０．５ｍＭ及び尿酸（ＵＡ）０．５ｍＭ）を含む場合と含まない場合とで、コットレルプロットのｙ軸切片の値を比較した（図４）。 Therefore, in the case of 0.5 M sodium hydroxide aqueous solution containing glucose (Glu) at the same concentration (6 mM), with and without interfering substances (ascorbic acid (AA) 0.5 mM and uric acid (UA) 0.5 mM) Then, the values of the y-axis intercept of the Cottrell plot were compared (FIG. 4).
その結果、ほぼ同じ値となり、この手法がグルコースへの選択性を得るのに簡便で有用であることが確認できた。 As a result, the values were almost the same, and it was confirmed that this method was simple and useful for obtaining selectivity for glucose.
この選択性を得るための手法は、グルコースの検出に限定されない。目的の系にあった、２つの電極材料の組み合わせを探し設計することで、他の物質にも適用できる。２つの電極材料の一方を下地に、もう一方をその表面に分散させて修飾させてやればよい。このとき、選択性を得たい物質が下地の電極表面で反応せず、妨害物質が反応することが重要である。本実施例では、下地の電極としてダイヤモンド電極を用いたが、ダイヤモンド電極の特徴はこの手法における下地電極として最も魅力的であるといえる。広い電位窓により、もう一つの小さな電極上の反応が消されることはない。小さな充電電流は小さな電極上の微小な応答の感度の向上につながる。また、表面の不活性さゆえ、触媒性が低く検出できない物質があることが逆にこの手法では有効に働く。グルコースはまさにその物質のひとつで、妨害物質のダイヤモンド電極での酸化が銅電極におけるグルコースの酸化よりも低電位でおこることも重なってグルコースへの選択性につながった。 The technique for obtaining this selectivity is not limited to glucose detection. By searching for and designing a combination of two electrode materials suitable for the target system, it can be applied to other substances. One of the two electrode materials may be modified by dispersing on the surface and the other on the surface. At this time, it is important that the substance for which selectivity is to be obtained does not react on the surface of the underlying electrode and the interfering substance reacts. In this embodiment, a diamond electrode is used as a base electrode, but it can be said that the feature of the diamond electrode is the most attractive as the base electrode in this method. The wide potential window does not quench the reaction on the other small electrode. A small charging current leads to an improvement in the sensitivity of a minute response on a small electrode. On the contrary, this method works effectively because there is a substance that has low catalytic properties and cannot be detected due to the inertness of the surface. Glucose is one of those substances, and the oxidation of the interfering substance at the diamond electrode occurred at a lower potential than the oxidation of glucose at the copper electrode, leading to selectivity for glucose.
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009168622A (en) * | 2008-01-16 | 2009-07-30 | Tdk Corp | Method for measuring concentration of metabolite and electrochemical sensor used for same |
| JP2018194467A (en) * | 2017-05-18 | 2018-12-06 | 横河電機株式会社 | pH sensor |
| WO2022044475A1 (en) * | 2020-08-31 | 2022-03-03 | 住友化学株式会社 | Electrochemical sensor |
| JPWO2022080023A1 (en) * | 2020-10-13 | 2022-04-21 |
-
2005
- 2005-12-12 JP JP2005358013A patent/JP2007163224A/en active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009168622A (en) * | 2008-01-16 | 2009-07-30 | Tdk Corp | Method for measuring concentration of metabolite and electrochemical sensor used for same |
| JP2018194467A (en) * | 2017-05-18 | 2018-12-06 | 横河電機株式会社 | pH sensor |
| WO2022044475A1 (en) * | 2020-08-31 | 2022-03-03 | 住友化学株式会社 | Electrochemical sensor |
| JP7516166B2 (en) | 2020-08-31 | 2024-07-16 | 住友化学株式会社 | Electrochemical sensor and method for manufacturing the same |
| JPWO2022080023A1 (en) * | 2020-10-13 | 2022-04-21 | ||
| WO2022080023A1 (en) * | 2020-10-13 | 2022-04-21 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | Method for measuring viral nucleic acid, device for measuring viral nucleic acid, program, sensor, layered electrode, and substrate with electrode |
| JP7455431B2 (en) | 2020-10-13 | 2024-03-26 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | Virus nucleic acid measurement method, virus nucleic acid measurement device, program, sensor, laminated electrode, and substrate with electrode |
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