JP2672343B2 - 異常状態検出装置を備える固定化酵素作用電極を用いた計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、固定化酵素作用電極を用いてアンペロメト
リツクに計測を行う計測装置に関する。

従来の技術 固定化酵素作用電極を用いた計測装置は、簡便性、迅
速性、基質・反応特異性等の特徴を有し、臨床分析、食
品分析、環境計測等の広範な分野において、その応用範
囲を広げつつある。なかでも、アンペロメトリツクな計
測を行う装置、すなわち酵素反応により起きる電極活性
物質の増減を、定電圧を印加した固定化酵素作用電極か
らの電流出力値の変化として捉える形式の装置は、高感
度化が容易で安定性も優れるため各種の電極、装置、方
法が開発されている。

このような装置は、簡便性、操作性が重視されるた
め、操作する人間の負担を極力減らす必要がある。その
必要とされる機能の１つに、電極の接続不良等の異常を
素早く検出する構成が付属していることが望まれる。な
ぜならば、通常、固定化酵素作用電極は周囲環境温度に
よつてその感度が変化するため温調機構を設けるが、温
調装置が働き固定化酵素作用電極の環境が一定温度にな
るまでにはかなりの時間がかかり、もし実際に測定を開
始してから電極の接続異常に気づいたとすると、一旦、
装置を停止して電極系の点検を行わねばならず、この間
に温度が変化してしまい多大な時間が無駄となる。

また、参照電極と電気回路を結ぶラインが切断された
場合、不用意に電圧印加を行えば、時として酵素を固定
化した固定化酵素作用電極に異常な電圧がかかり、固定
化酵素作用電極の導電性基体として用いられる白金、カ
ーボン等の固体電極表面の状態を変化させ、電極自体の
感度を変化させる可能性があつた。このような問題点に
関して従来、有効な対策は提示されていなかった。

発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、電極の接続不良などの異常状態を素
早く検出することができる異常状態検出装置を備える固
定化酵素作用電極を用いた計測装置を提供することであ
る。

課題を解決するための手段 本発明は、固定化酵素作用電極２と、参照電極３と、
対極４とを備えた測定セル１と、 一定印加電圧V1を発生する直流電圧印加手段12と、 前記参照電極３の示す電位Erefを基準として用いるた
めに、参照電極３によつて与えられる電位Erefを、前記
直流電圧印加手段12によつて入力される一定電圧V1から
減算した電圧V2を対極４に印加する電圧演算印加手段９
と、 対極４から固定化酵素作用電極２に流れる電流を測定
する電流測定手段15と、 切替え手段23を操作して前記電圧演算印加手段９に入
力される一定印加電圧V1を零とする手段26とを備え、 測定開始前に、前記手段26によつて前記電圧演算印加
手段９に入力される一定印加電圧V1を零として、前記電
圧演算印加手段９によつて、対極４に参照電極３の電位
と同一の絶対値であつて、かつ逆特性の電圧（−Eref）
を印加して、固定化酵素作用電極２と参照電極３とを同
電位とし、 対極４から前記固定化酵素作用電極２に流れる電流を
前記電流測定手段15によつて測定し、その測定値を予め
定めた所定値の範囲内に入るか否かを判断し、該所定値
の範囲から外れた場合に警報動作を行なうことを特徴と
する異常状態検出装置を備える固定化酵素作用電極を用
いた測定装置である。

作 用 本発明に従えば、固定化酵素作用電極と参照電極と対
極とを備える計測セルを用いた計測装置において、測定
開始前に切換手段、たとえばスイツチを操作して、対極
に参照電極の電位と同一の絶対値であつて、かつ逆極性
の電圧を与える。このとき固定化酵素作用電極と参照電
極と対極とが計測装置の電気回路に正常に接続されてい
れば、固定化酵素作用電極に対極から流れる電流値は、
その固定化酵素作用電極に特有の予め定めた値となる。

参照電極と電気回路との接続が遮断していれば、対極
から固定化酵素作用電極に流れる電流値は、振動状態と
なつたり、異常に大きな値になつたり、または正常時と
は逆極性の値になつたりし、これによつて参照電極の断
線状態を検出することができる。

また、固定化酵素作用電極および対極と電気回路との
いずれが少なくとも一方が断線していると、対極から固
定化酵素作用電極に流れる電流値は零となり、これによ
つて固定化酵素作用電極および対極と電気回路とのいず
れか少なくとも一方の断線状態を検出することができ
る。

なお、この回路の基準となる電位は、参照電極の電位
Erefであり、対極に印加される電圧V2は以下の式で示さ
れる。

V2＝V1−Eref 実施例 第１図は、本発明の一実施例の測定セル１と電気回路
８との接続図である。測定セル１における固定化酵素作
用電極２と参照電極３と対極４とは、ライン5,6,7をそ
れぞれ介して、本発明に従う電気回路８に接続される。

電気回路８において、ライン６を介する参照電極３の
電圧は、電圧演算印加手段である演算増幅器９の反転入
力端子に与えられる。演算増幅器９の非反転入力端子に
は、ライン10が接続される。このライン10には、可変抵
抗器11を備える直流電圧印加手段12から直流電圧が印加
され、測定動作が行なわれる。この電圧印加手段12は、
たとえばツエナダイオードを用いる定電圧回路などによ
つて実現されてもよい。電圧印加手段12の出力電圧は、
バツフア13を介して、電圧表示手段14によつて表示され
る。演算増幅器９の出力は、ライン７に与えられる。演
算増幅器９の反転入力端子に参照電極３から与えられる
電圧をErefとし、非反転入力端子にライン10を介して与
えられる電圧をV1とし、その演算増幅器９の出力端子の
電圧をV2にするとき、 V2＝V1−Eref …（１） である。このように演算増幅器９は、電圧V2を対極に印
加、保持する電圧保持手段である。

固定化酵素作用電極２からライン５を介する電流は、
電流／電圧変換回路15を介してライン16に与えられ、バ
ツフア17からライン18を介して導出される。この固定化
酵素作用電極２の電流値に対応する電圧値は、アナログ
／デジタル変換回路19によつてデジタル値に変換され、
マイクロコンピユータなどによつて実現される処理回路
20に入力されて演算処理が行なわれるとともに、記録手
段22によつて記録される。

処理回路20には、ランダムアクセスメモリ21などが接
続されるとともに、電源投入または測定動作開始のため
のスイツチ23が設けられる。処理回路20は、スイツチ23
が操作されるとき、先ず、ライン24をハイレベルのまま
とする。このライン24の出力は反転回路25において反転
され、ホトカプラ26の発光素子27に与えられる。発光素
子27の光は、受光素子28によつて受光される。受光素子
28は光を受けて導通し、これによつてライン10をシヤー
シなどの接地電位とする。固定化酵素作用電極による計
測動作を行つているときには、処理回路20はライン24に
ローレベルの信号を導出し、これによつて発光素子27は
光を発生せず、受光素子28は遮断したままである。

ホトカプラ26に代えて、機械的な構成を有するリレー
を用いてもよく、その他の構成であつてもよい。

第２図は、処理回路20の動作を説明するためのフロー
チヤートである。ステツプn1からステツプn2に移り、ス
イツチ23が投入されると、次にステツプn3に移る。ステ
ツプn3では、ライン24にハイレベルの信号を導出し、こ
れによつてホトカプラ26における発送素子27の発光によ
つて受光素子28が導通し、ライン10が接地電位となる。
すなわちライン10の電圧V1は零となり、前述の第１式か
らV2＝−Erefとなる。

ライン5,6,7が正常に接続されているとき、対極４に
は演算増幅器９からライン７を介して電圧V2（＝−Ere
f）が、また参照電極３には演算増幅器９の反転入力端
子からライン６を介して電圧Erefが印加される。したが
つて大部分の電流は対極４から参照電極３に流れ、固定
化酵素作用電極２へは対極から後述する電極２に特有の
予め定めた電流が流れる。この電流がステツプn4で、電
流電圧変換回路15によつて電圧に変換された後、前述の
ようにバツフア17およびアナログ／デジタル変換回路19
を介して処理回路20に与えられる。ステツプn5でこの値
が規定値と比較され、ライン６が正常に接続されていれ
ばOKであるのでステツプn7に進み、処理回路20に与えら
れる電圧が零かどうか、すなわち固定化酵素作用電極２
および対極４の少なくともいずれか一方と電気回路８と
の接続ライン5,7が遮断されているかが判断され、これ
が接続されていれば、ステツプn8でライン24にローレベ
ルの信号を導出し、測定動作を行う。

固定化酵素作用電極２は、参照電極３と同電位となつ
ており、したがつて対極４から一部の電流が固定化酵素
作用電極２に流れる。この電流値は、電極材質および電
解液の種類によつて予め決まつており、測定セル１が正
常に電気回路に接続されておれば必ず検出されるもので
ある。

参照電極３と電気回路８との接続ライン６が断線して
いれば、ステツプn4で測定される電圧、すなわち固定化
酵素作用電極２に対極４から流れる電流が過大となつた
り、振動状態となつたり逆転したりする。これは対極４
から参照電極３に電流が流れないためである。ステツプ
n5でこの電圧値が規定の電圧値と比較されOKでなくな
り、ステツプn6において警報手段、たとえばブザー29に
よつて警報動作を行う。

固定化酵素作用電極２および対極４と電気回路８との
接続ライン5,7のうち、いずれか少なくとも一方が断線
しているときには、対極４から固定化酵素作用電極２へ
の電流は流れず、ライン18の出力が零となり、ステツプ
n7の判断が肯定となる。これによつてステツプn6におい
て警報動作を行う。

このようにライン5,6,7の断線が行われているかどう
かを検出している期間中、すなわち受光素子28が導通し
ている期間中においては、固定化酵素作用電極２の電位
は、ライン5,6,7が正常に接続されていれば参照電極３
に対して0Vに保たれており、仮に、参照電極３のライン
６が接続不良を起こしていて断線していても、接地電位
であり、したがつて固定化酵素作用電極２に異常な電圧
が印加される可能性はない。このようなスイツチ23の投
入後におけるステツプn1〜ステツプn7の一連の動作は、
短時間、例えば１秒以内に行うことができる。ライン5,
6,7の接続状態が正常であれば、ステツプn8において、
ライン24を前述のようにローレベルとし、これによつて
ホトカプラ26の発光素子27は光を発生せず、受光素子28
が遮断し、これによつて測定動作が行なわれる。

第３図は、本発明の他の実施例の測定セル１と電気回
路８との接続図である。この実施例は前述の実施例に類
似し、対応する部分には同一の参照符を付す。この実施
例では、測定セル１において、前述の参照電極３と対極
４とを兼ねる対極4aが用いられる。このような２電極系
において、スイツチ23を投入して計測を開始するに先立
ち、ライン24をハイレベルとし、前述のように受光素子
を導通する。固定化酵素作用電極２および対極4aと電気
回路８との接続ライン5,7が正常に接続されていれば、
対極４から固定化酵素作用電極２への前記の規定電流が
流れ、ライン24をローレベルにして計測動作に移る。

固定化酵素作用電極２および対極4aと電気回路８との
接続ライン5,7の少なくともいずれか一方が遮断してい
ると、ライン18の出力は零となり、これによつて処理回
路20は警報手段29を働かせる。その他の構成と動作は、
前述の実施例と同様である。

処理回路20を用いる代わりに、ライン18の出力を基準
値と比較するように演算増幅器を用いて構成してもよ
く、また警報手段29はランプ点灯回路などであつてもよ
い。

発明の効果 以上のように本発明によれば、固定化酵素作用電極と
参照電極と対極とを備える計測装置において、これらの
各電極の接続異常を迅速に検出することができる。その
ため操作性が向上するとともに、固定化酵素作用電極の
劣化を招くことがなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の測定セル１と電気回路８と
の接続図、第２図は処理回路20の動作を説明するための
フローチヤート、第３図は本発明の他の実施例の測定セ
ル１と電気回路８との接続図である。 １……測定セル、２……固定化酵素作用電極、３……参
照電極、4,4a……対極、5,6,7……ライン、８……電気
回路、９……演算増幅回路、12……電圧印加手段、13,1
7……バツフア、15……電流／電圧変換回路、20……処
理回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定化酵素作用電極２と、参照電極３と、
   対極４とを備えた測定セル１と、 一定印加電圧V1を発生する直流電圧印加手段12と、 前記参照電極３の示す電位Erefを基準として用いるため
   に、参照電極３によつて与えられる電位Erefを、前記直
   流電圧印加手段12によつて入力される一定電圧V1から減
   算した電圧V2を対極４に印加する電圧演算印加手段９
   と、 対極４から固定化酵素作用電極２に流れる電流を測定す
   る電流測定手段15と、 切替え手段23を操作して前記電圧演算印加手段９に入力
   される一定印加電圧V1を零とする手段26とを備え、 測定開始前に、前記手段26によつて前記電圧演算印加手
   段９に入力される一定印加電圧V1を零として、前記電圧
   演算印加手段９によつて、対極４に参照電極３の電位と
   同一の絶対値であつて、かつ逆特性の電圧（−Eref）を
   印加して、固定化酵素作用電極２と参照電極３とを同電
   位とし、 対極４から前記固定化酵素作用電極２に流れる電流を前
   記電流測定手段15によつて測定し、その測定値を予め定
   めた所定値の範囲内に入るか否かを判断し、該所定値の
   範囲から外れた場合に警報動作を行うことを特徴とする
   異常状態検出装置を備える固定化酵素作用電極を用いた
   測定装置。