JP2015524929A - 現場電気化学的析出及びx線蛍光分光法 - Google Patents
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Abstract
Description
導電性材料で作られ且つ分析されるべき溶液と接触状態に配置されるよう構成された第1の電極と、
分析されるべき溶液と電気的接触状態にあるよう構成された第2の電極と、
第1の電極と第2の電極との電位差を印加して溶液からの化学種を第1の電極に電着させるよう構成された電気式コントローラと、
電着化学種に対してX線蛍光分光分析法を実施するよう構成されたX線蛍光分光計とを有し、X線蛍光分光計は、X線励起ビームを第1の電極上の電着化学種に差し向けるよう構成されたX線源及び電着化学種から放出されたX線を受け取って第1の電極上に電着させた化学種に関する分光学的データを生成するよう構成されたX線検出器を有し、
センサは、使用中、第1の電極上の電着化学種に入射するX線励起ビームを60%以下だけ減衰させるよう構成されていることを特徴とするセンサを提供する。
(i)電気化学的析出ステップでは、導電性ダイヤモンド材料が次の幾つかの点で標準型金属電極よりも性能的に勝っていることが判明した。
a.導電性ダイヤモンド材料は、広い電位窓を有し、かかる導電性ダイヤモンド材料を高い電圧で駆動することができ、それにより、低い濃度で広範な化学種の電気化学的析出が可能であること、
b.導電性ダイヤモンド材料は、不活性であり、かくして、標準型金属電極を損傷させる場合のある過酷な物理的及び化学的環境でかかる導電性ダイヤモンド材料を使用することができること、
c.導電性ダイヤモンド材料を容易にクリーニングして再使用することができること。
(ii)分光分析ステップでは、導電性ダイヤモンド材料は、これに析出させた材料の分光分析をそれほど妨害することがないということが判明した。例えば、金属の分析にあたり、金属電極の使用により、金属電極上に析出した金属種の分光分析が邪魔される場合があることが判明した。さらに、幾つかの分光分析技術、例えばX線蛍光による元素分析に対する導電性ダイヤモンド材料の透明性により、分光分析をダイヤモンド電極を通して実施することができ、それによりセンサ装置がダイヤモンド電極の後ろに分光計コンポーネントを備えることができる。これにより、センサ装置を分析されるべき溶液中に挿入可能なプローブ中に組み込むことができる。
(1)電着を用いて種を集中させることにより現場分光学的感度が向上すること、
(2)比較分光学的及び電気化学的測定を行うことによって多種溶液中の現場種識別が向上すること、
(3)よりロバストな基準電極の使用を可能にする内部較正。
(4)溶液及び装置コンポーネントからの分光学的干渉の減少。
電極2,4を分析されるべき溶液と接触状態に配置し、
電極2,4相互間の電位差を印加して溶液からの化学種を電極2に電着させ、
電極2を通してX線分光分析法を利用して電極2上に電着された化学種に関する分光学的データを生成し、
分光学的データを処理して溶液中の各種の種類及び/又は量を求める。
1.ピーク位置がアノディックストリッピングボルタンメトリにおいて互いにオーバーラップしている場合であっても、多種溶液中の種区別が可能である。
2.金属間生成又はアマルガム(これらは、上述のように構成されていなければ、特定の種の識別を困難にする場合がある)に起因してボルタンメトリデータ中にピーク面積の相互依存性が存在している場合でも種の現場較正が可能である。
3.標準基準電極が使用されていない場合であってもボルタンメトリデータ中のピークを割り当てる基準を作ることができ、かくして、よりロバストな基準電極、例えばダイヤモンド材料で作られた基準電極を利用することができる。或る特定の実施形態は、センサ装置の現場における自律的定量化/較正を提供することができる。
4.環境に優しい仕方で水銀の検出が可能である。というのは、既存の電極は、典型的には、環境に良くないと考えられる金水銀アマルガムを用いているからである。
5.使用前に且つ金属析出/溶出サイクルを完了した後で電極の表面の現場クリーニングが可能であり、かくして、各測定に先立って電極表面をエクスシチュー(ex-situ)で調製する必要が回避されること(これは、金水銀アマルガムを利用した現在市販されているセンサの必要条件であると言える)。
6.複雑な溶液環境中における多量の化学種、例えばカルシウム(「スケーリング能力」)、銅、亜鉛、カドミウム、水銀、鉛、砒素、アルミニウム、アンチモン、沃素、硫黄、セレン、テルル、ウラン等を検出して定量化することができる。
Claims (21)
- センサであって、
導電性材料で作られ且つ分析されるべき溶液と接触状態に配置されるよう構成された第1の電極と、
分析されるべき前記溶液と電気的接触状態にあるよう構成された第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との電位差を印加して前記溶液からの化学種を前記第1の電極に電着させるよう構成された電気式コントローラと、
前記電着化学種に対してX線蛍光分光分析法を実施するよう構成されたX線蛍光分光計とを有し、前記X線蛍光分光計は、X線励起ビームを前記第1の電極上の前記電着化学種に差し向けるよう構成されたX線源及び前記電着化学種から放出されたX線を受け取って前記第1の電極上に電着させた前記化学種に関する分光学的データを生成するよう構成されたX線検出器を有し、
前記センサは、使用中、前記第1の電極上の前記電着化学種に入射する前記X線励起ビームを60%以下だけ減衰させるよう構成されている、センサ。 - 前記センサは、使用中、前記第1の電極上の前記電着化学種に入射する前記X線励起ビームを50%以下、40%以下、30%以下、20%以下、10%以下、5%以下、又は1%以下だけ減衰させるよう構成されている、請求項1記載のセンサ。
- 前記センサは、使用中、前記電着化学種から前記検出器に向かって放出される前記X線を60%以下、50%以下、40%以下、30%以下、20%以下、10%以下、5%以下、又は1%以下だけ減衰させるよう構成されている、請求項1又は2記載のセンサ。
- 前記X線源は、前記X線励起ビームを前記第1の電極中に通して前記第1の電極上の前記電着化学種に差し向けるよう構成され、
前記第1の電極の前記導電性材料は、前記第1の電極が前記X線蛍光分光分析法の実施中に前記第1の電極を通過するX線に対して実質的に透明であるような厚さに選択されると共に形成され、
前記第1の電極は、前記X線蛍光分光分析法の実施中に前記第1の電極を通る前記X線の透過を可能にするよう構成されたオーミック接触部を有し、
使用中、前記第1の電極は、前記電着化学種に入射する前記X線励起ビーム及び/又は前記電着化学種から前記検出器に向かって放出される前記X線を、前記X線が前記第1の電極を通過しているときに前記規定の限度のうちの任意の1つよりも多く減衰させることはない、請求項1〜3のうちいずれか一に記載のセンサ。 - 前記X線検出器は、前記第1の電極を通って前記電着化学種から放出されるX線を受け取るよう構成されている、請求項4記載のセンサ。
- 前記X線蛍光分光分析法の実施中に前記X線を通過させる前記第1の電極の厚さは、少なくとも、前記X線蛍光分光分析法の実施中に前記X線を通過させる前記第1の電極の体積を横切る方向において100μm以下、75μm以下、50μm以下、40μm以下、30μm以下、20μm以下、10μm以下、5μm以下、又は2μm以下である、請求項4又は5記載のセンサ。
- 前記第1の電極は、少なくとも、前記X線蛍光分光分析法の実施中に前記X線を通過させる前記第1の電極の体積を横切る方向において50μm以下、40μm以下、30μm以下、20μm以下、10μm以下、5μm以下、1μm以下、500nm以下、又は100nm以下の厚さのばらつきを有する、請求項4〜6のうちいずれか一に記載のセンサ。
- 前記オーミック接触部は、前記X線蛍光分光分析法の実施中に前記X線を通過させる窓を提供するようパターン付けされている、請求項4〜7のうちいずれか一に記載のセンサ。
- 前記オーミック接触部は、前記X線が前記X線蛍光分光分析法の実施中に前記オーミック接触部の少なくとも一部分を通過するよう構成され、前記オーミック接触部は、前記オーミック接触部が前記X線蛍光分光分析法の実施中に前記オーミック接触部を通過するX線に対して実質的に透明であるような材料で前記一部分の厚さのところが形成され、使用中、前記オーミック接触部を有する前記第1の電極は、前記電着化学種に入射する前記X線励起ビーム及び/又は前記電着化学種から前記検出器に向かって放出される前記X線を、前記X線が前記第1の電極を通過しているときに前記規定の限度のうちの任意の1つよりも多く減衰させることはない、請求項4〜8のうちいずれか一に記載のセンサ。
- 前記X線源は、前記X線励起ビームを前記溶液中に通して前記第1の電極上の前記電着化学種に差し向けるよう構成され、
前記センサは、前記溶液の薄い層だけを前記X線蛍光分光分析法の実施中に前記第1の電極上に被着させて前記溶液の薄い層が前記溶液を通過するX線に対して実質的に透明であるようにするよう構成され、
使用中、前記溶液の薄い層は、前記電着化学種に入射する前記X線励起ビーム及び/又は前記電着化学種から前記検出器に向かって放出される前記X線を、前記X線が前記溶液の薄い層を通過しているときに前記規定の限度のうちの任意の1つよりも多く減衰させることはない、請求項1〜3のうちいずれか一に記載のセンサ。 - 前記X線検出器は、前記電着化学種から前記溶液を通って放出されるX線を受け取るよう構成されている、請求項10記載のセンサ。
- 前記溶液の薄い層は、少なくとも、前記X線蛍光分光分析法の実施中に前記X線を通過させる前記溶液の容積を横切る方向において300μm以下、200μm以下、100μm以下、75μm以下、50μm以下、40μm以下、30μm以下、又は20μm以下の厚さを有する、請求項9又は10記載のセンサ。
- 前記センサは、前記第1の電極上に被着させる前記溶液の薄い層を形成するために300μm以下、200μm以下、100μm以下、75μm以下、50μm以下、40μm以下、30μm以下、又は20μm以下の厚さを有する溶液チャネルを備え、前記溶液チャネルは、前記第1の電極と対向して位置していて、X線を、前記溶液チャネルを透過させて前記第1の電極上に電着させた化学種に当てるためのX線窓を有する、請求項12記載のセンサ。
- 前記X線源は、前記X線励起ビームを溶液経路を通って前記第1の電極上の前記電着化学種上に当てるよう構成され、
前記センサは、関心のある溶液が電着を実施するために前記溶液経路内に入れられ、次に前記X線蛍光分光分析法を実施するために前記溶液経路から取り出されるよう構成されている、請求項1〜3のうちいずれか一に記載のセンサ。 - 前記X線検出器は、前記溶液経路を通って前記電着化学種から放出されたX線を受け取るよう構成されている、請求項14記載のセンサ。
- 前記第1の電極は、導電性炭素材料、シリコン、導電性金属化合物、又は金属のうちの1つで作られている、請求項1〜15のうちいずれか一に記載のセンサ。
- 前記第1の電極は、黒鉛、グラフェン、ガラス状炭素、又はドープダイヤモンド材料のうちの1つで作られている、請求項1〜16のうちいずれか一に記載のセンサ。
- 前記第1の電極は、ボロンドープダイヤモンド材料で作られている、請求項1〜17のうちいずれか一に記載のセンサ。
- 前記電気コントローラは、前記印加電位を変化させて前記電着化学種を前記第1の電極から溶出させ又は違ったやり方で取り出すよう構成されている、請求項1〜18のうちいずれか一に記載のセンサ。
- 前記電気コントローラは、前記電着化学種の溶出中、電流を測定し、それにより前記電着化学種に関するボルタンメトリデータを生成するよう構成され、前記第1の電極は、電気化学検出電極として機能し、前記第2の電極は、基準電極として機能する、請求項19記載のセンサ。
- 前記分光学的データ及びボルタンメトリデータ又は関連の電気化学的データを用いて前記溶液中の化学種の種類及び量を求めるよう構成されたプロセッサを有する、請求項20記載のセンサ。
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