JP2012032206A - Electrochemical analysis device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気化学分析装置に関するものである。 The present invention relates to an electrochemical analyzer.
ホスト装置としてのパーソナルコンピュータに周辺機器を接続するためのインターフェイスとしてＵＳＢ規格があり、様々な周辺機器が開発されている。特に、マウスやキーボードなどのパーソナルコンピュータ関連機器を中心に開発が進んでいる。ＵＳＢ規格で接続された周辺機器は、ホスト装置とＤ＋信号ラインとＤ−信号ラインとの２本を用いて信号の送受信が可能である。また、ホスト装置からの電源供給を可能とするラインと接地ラインも備えている。 There is a USB standard as an interface for connecting peripheral devices to a personal computer as a host device, and various peripheral devices have been developed. In particular, development is progressing mainly on personal computer related devices such as mice and keyboards. Peripheral devices connected in accordance with the USB standard can transmit and receive signals using the host device, the D + signal line, and the D− signal line. In addition, a line that enables power supply from the host device and a ground line are also provided.
ＵＳＢ周辺機器には、２つの電源供給方法がある。１つはホスト装置（パーソナルコンピュータなど）からＵＳＢケーブルを介して電源供給される方法であるバスパワー方式であり、もう１つはＵＳＢ周辺機器自身が電源を有するセルフパワー方式がある。
一方、電気化学に関する研究開発分野では、電気化学分析装置を用いた各種分子の電気化学挙動の測定が行われている。電気化学分析装置では、任意の電極電位において目的とする分子の酸化還元反応を行い、どの電位でどの程度の酸化還元電流値が流れるかを測定することにより行われる。
There are two power supply methods for USB peripheral devices. One is a bus power system which is a method of supplying power from a host device (such as a personal computer) via a USB cable, and the other is a self power system in which a USB peripheral device itself has a power source.
On the other hand, in the R & D field relating to electrochemistry, the electrochemical behavior of various molecules is measured using an electrochemical analyzer. In an electrochemical analyzer, an oxidation-reduction reaction of a target molecule is carried out at an arbitrary electrode potential, and the degree of oxidation-reduction current value flowing at which potential is measured.
これまでも電気化学分析装置が開発、市販されてきているが、その多くは電極に電圧を印加するために、電源ケーブルを用いて電源に接続する必要がある。（特許文献１参照）
バッテリー駆動型の電気化学分析装置も考案されているものの、別途バッテリーを準備する必要があるため、バッテリーの占有体積分、装置は大型化してしまう。（特許文献２参照）
Electrochemical analyzers have been developed and marketed so far, but most of them need to be connected to a power source using a power cable in order to apply a voltage to the electrodes. (See Patent Document 1)
Although a battery-driven electrochemical analyzer has been devised, it is necessary to prepare a separate battery, so the occupied volume of the battery and the apparatus become large. (See Patent Document 2)
これまでの電気化学分析では、電気化学分析装置を電源ケーブルに接続する必要があった。さらに、電気化学分析装置内に組み込まれた電流供給用演算増幅器を精度良く作動させるためには、供給される交流電源をノイズの少ない直流定電圧電源にする変換器が必要になる。また、交流電流は電気化学分析にノイズとなって影響を与えるために、ノイズの影響を軽減するシールドを入念に施す必要もあり、装置は大型・複雑化してしまう。
一方、従来の電気化学分析装置を用いて電源設備が無い野外などで電気化学計測を行う際には、別途バッテリーを用意する必要がある。バッテリーを電気化学分析装置に組み込むことにより、高品質な直流定電圧電源となるものの、電気化学分析装置の大型化は避けられない。
In conventional electrochemical analysis, it was necessary to connect the electrochemical analyzer to a power cable. Furthermore, in order to operate the current supply operational amplifier incorporated in the electrochemical analyzer with high accuracy, a converter is required in which the supplied AC power source is a DC constant voltage power source with less noise. In addition, since alternating current affects the electrochemical analysis as noise, it is necessary to carefully provide a shield for reducing the influence of noise, and the apparatus becomes large and complicated.
On the other hand, when performing electrochemical measurement in the outdoors where there is no power supply facility using a conventional electrochemical analyzer, it is necessary to prepare a separate battery. By incorporating the battery into the electrochemical analyzer, a high-quality DC constant voltage power supply can be obtained, but an increase in the size of the electrochemical analyzer is inevitable.
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、小型で高品質な電気化学分析が行えるとともに、電源コンセントが存在しないような屋外においても、電気化学分析が行える電気化学分析装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides an electrochemical analyzer that can perform electrochemical analysis of a small size and high quality and can perform electrochemical analysis even outdoors where there is no power outlet. Is an issue.
上記の課題は、以下の電気化学分析装置によって解決される。
（１）ＵＳＢコネクターと、制御用プログラム又は該プログラムのインストーラーを記憶した記録媒体と、バスパワーを受け測定条件及び測定開始の指示を受信する受信手段と、バスパワーを受け該測定条件となるよう対向電極に電流を供給する電流供給器と、バスパワーを受け接地電位に対する参照電極の電位を測定する電位測定器と、
バスパワーを受け作用電極に流れる電流値を測定する電流測定器と、バスパワーを受け該電流測定器からの出力を、該ＵＳＢコネクターを介してホストコンピュータに送るＡ／Ｄコンバーターと、該対向電極、該参照電極、該作用電極に接続するための３本のケーブルとを備えた電気化学分析装置。
（２）上記記録媒体は、取り外し可能であることを特徴とする（１）に記載の電気化学分析装置。
（３）コンピュータの接地電位から＋２．５Ｖを電気化学分析装置の接地電位とする（１）又は（２）に記載の電気化学分析装置。
Said subject is solved by the following electrochemical analyzers.
(1) A USB connector, a recording medium storing a control program or an installer of the program, receiving means for receiving bus power and receiving a measurement condition and an instruction to start measurement, and receiving the bus power to be in the measurement condition A current supply device that supplies current to the counter electrode, a potential measuring device that receives the bus power and measures the potential of the reference electrode relative to the ground potential,
A current measuring device for measuring the current value flowing through the working electrode by receiving the bus power, an A / D converter for receiving the bus power and sending the output from the current measuring device to the host computer via the USB connector, and the counter electrode An electrochemical analyzer comprising: the reference electrode; and three cables for connection to the working electrode.
(2) The electrochemical analyzer according to (1), wherein the recording medium is removable.
(3) The electrochemical analyzer according to (1) or (2), wherein +2.5 V is set to the ground potential of the electrochemical analyzer from the ground potential of the computer.
本発明に係る装置は、ＵＳＢ周辺機器の１つであり、また、電気化学分析装置の１つでもある。現在用いられている電気化学分析装置と本発明を比較すると、極めて簡便で安価に高品質な電気化学分析を行うことが可能になってくる。
また本発明に係る電気化学分析装置によれば、現在一般的に広く用いられているバッテリー搭載のノート型パーソナルコンピュータに接続するだけで、例えば屋外の環境分析などの現場において、電源不要かつ高精度に計測可能である。
The apparatus according to the present invention is one of USB peripheral devices and one of electrochemical analysis apparatuses. When the present invention is compared with the electrochemical analyzer currently used, it becomes possible to perform high-quality electrochemical analysis extremely easily and inexpensively.
In addition, according to the electrochemical analyzer according to the present invention, it is possible to connect to a battery-equipped notebook personal computer that is currently widely used. Can be measured.
図１に、本発明の構成を示すブロック図を示す。本発明において電気化学分析装置は、ＵＳＢコネクターによりホスト装置と直接接続されている。ホスト装置としてはパーソナルコンピュータやＰＤＡなどＵＳＢ端子を有する機器が使用可能である。
電気化学分析装置は、このＵＳＢコネクターを介して、ホストコンピュータとデータ信号を送受信しつつ、電気化学分析装置を動作させるためのバスパワーが供給されている。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the present invention. In the present invention, the electrochemical analyzer is directly connected to the host device via a USB connector. As the host device, a device having a USB terminal such as a personal computer or a PDA can be used.
The electrochemical analyzer is supplied with bus power for operating the electrochemical analyzer while transmitting / receiving data signals to / from the host computer via the USB connector.
さらに、電気化学分析装置は、電解セルと接続するためのケーブル３本を有している。この３本のケーブルは、作用電極、参照電極、対向電極に接続するためのものである。
参照電極は、電気化学分析の基準電位となるものであるが、本発明の電気化学分析装置では、この基準となる参照電極電位を、ホスト装置の接地電位から数Ｖ高くしている。例えば、ホスト装置の接地電位から＋２．５Ｖとした場合、参照電極電位を基準とし、作用電極電位を−２．５Ｖから＋２．５Ｖまで電位を保持可能である。しかしながら、若干の電位の余裕を持たせるために、−２．０Ｖ〜＋２．０Ｖあたりでの測定が望ましい。
Furthermore, the electrochemical analyzer has three cables for connecting to the electrolytic cell. These three cables are for connecting to the working electrode, the reference electrode, and the counter electrode.
The reference electrode serves as a reference potential for electrochemical analysis. In the electrochemical analysis apparatus of the present invention, the reference electrode potential serving as a reference is made several V higher than the ground potential of the host device. For example, when the ground potential of the host device is +2.5 V, the potential can be held from −2.5 V to +2.5 V with the reference electrode potential as a reference. However, it is desirable to measure around −2.0 V to +2.0 V in order to allow some potential margin.
参照電極電位を、ホスト装置の接地電位と等しくすることにより、酸化電位を＋５．０Ｖ付近まで測定可能である。しかしながら、参照電極電位を、ホスト装置の接地電位とすると、還元電位の測定が出来なくなるため、一般的には好ましくない。一方、極端に高い、あるいは低い電位での測定を行う電気化学分析装置を作製する場合などでは、上記のような測定電位の調整も可能である。
また、本発明の電気化学分析装置では、制御用プログラムを記憶した記憶媒体（ＳＤカード等）を搭載している。これにより、別途プログラムをＣＤ−ＲＯＭなどからインストールする必要がなく、さらに簡便に計測可能である。
以上これまでＵＳＢコネクターは、電気化学分析装置と一体として説明してきたが、ＵＳＢコネクターは電気化学分析装置とは別体とすることもできる。
By making the reference electrode potential equal to the ground potential of the host device, the oxidation potential can be measured to around + 5.0V. However, if the reference electrode potential is the ground potential of the host device, the reduction potential cannot be measured, which is generally not preferable. On the other hand, in the case of producing an electrochemical analyzer that performs measurement at an extremely high or low potential, the measurement potential can be adjusted as described above.
The electrochemical analysis apparatus of the present invention is equipped with a storage medium (such as an SD card) that stores a control program. Thereby, it is not necessary to install a separate program from a CD-ROM or the like, and the measurement can be performed more easily.
Up to this point, the USB connector has been described as an integral part of the electrochemical analyzer, but the USB connector may be separate from the electrochemical analyzer.
（実施例１）
本発明を明らかにするために作製した電気化学分析装置では、接地電位をホストコンピュータより供給されるバスパワーの接地電位から＋２．５Ｖとしている。作用電極電位が設定された電位と参照電極電位との差になるように、対抗電極から電流を供給する。その際に、作用電極に流れた電解電流を、Ａ／Ｄコンバーターでデジタル信号に変換し、ホストコンピュータに送信し、ホストコンピュータに表示させた。
Example 1
In the electrochemical analyzer manufactured to clarify the present invention, the ground potential is set to +2.5 V from the ground potential of the bus power supplied from the host computer. Current is supplied from the counter electrode so that the working electrode potential is the difference between the set potential and the reference electrode potential. At that time, the electrolytic current flowing through the working electrode was converted into a digital signal by an A / D converter, transmitted to the host computer, and displayed on the host computer.
図２は、本発明の電気化学分析装置を用いて、１００ｋΩの固定抵抗器のｉ−Ｖ特性を評価した結果である。作用電極電位の増減に伴い電流値が観測されている。オームの法則に従った良好な直線が得られており、作用電極の電位が制御できていることを確認できた。 FIG. 2 shows the results of evaluating the i-V characteristics of a 100 kΩ fixed resistor using the electrochemical analyzer of the present invention. Current values are observed as the working electrode potential increases and decreases. A good straight line according to Ohm's law was obtained, and it was confirmed that the potential of the working electrode could be controlled.
（実施例２）
図３に、本発明の電気化学分析装置を用いて、１ｍＭのフェロシアン化カリウム溶液のサイクリックボルタモグラムを得た結果を示している。なお、試料溶液は０．１Ｍのダルベッコリン酸緩衝液を用いて調整した。図３中のサイクリックボルタモグラムでは、電極電位の送引速度を３０ｍＶ/secから２０００ｍＶ/secで送引している。送引速度の増加に伴い、大きな酸化還元電流を観測することができ、良好に電気化学分析が可能であることを示している。
(Example 2)
FIG. 3 shows the result of obtaining a cyclic voltammogram of a 1 mM potassium ferrocyanide solution using the electrochemical analyzer of the present invention. The sample solution was prepared using 0.1 M Dulbecco's phosphate buffer. In the cyclic voltammogram in FIG. 3, the electrode potential is transferred at a rate of 30 mV / sec to 2000 mV / sec. Along with the increase in the delivery speed, a large redox current can be observed, indicating that electrochemical analysis is possible.
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