JP2704568B2 - 電気化学測定システム - Google Patents
電気化学測定システムInfo
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- JP2704568B2 JP2704568B2 JP3076558A JP7655891A JP2704568B2 JP 2704568 B2 JP2704568 B2 JP 2704568B2 JP 3076558 A JP3076558 A JP 3076558A JP 7655891 A JP7655891 A JP 7655891A JP 2704568 B2 JP2704568 B2 JP 2704568B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、化学，生物学，医
学，環境科学，エネルギー科学，電子工学およびその関
連工業分野における電気化学的に活性な物質の測定、分
析を行う装置に関する。
学，環境科学，エネルギー科学，電子工学およびその関
連工業分野における電気化学的に活性な物質の測定、分
析を行う装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、水晶振動子の特性の測定技術とし
ては、その電極表面の重量変化または接する液体の粘性
と密度変化を反映する共振周波数変化の測定技術が開示
されている。この技術の応用としては、水晶振動子を利
用した電気化学反応に伴う共振周波数変化の測定技術が
既に開示されている。一方、本発明者によって、電極表
面に接する液体または粘弾性被覆膜の粘性と密度の変化
を反映する共振抵抗変化の測定技術も既に開示されてい
る。
ては、その電極表面の重量変化または接する液体の粘性
と密度変化を反映する共振周波数変化の測定技術が開示
されている。この技術の応用としては、水晶振動子を利
用した電気化学反応に伴う共振周波数変化の測定技術が
既に開示されている。一方、本発明者によって、電極表
面に接する液体または粘弾性被覆膜の粘性と密度の変化
を反映する共振抵抗変化の測定技術も既に開示されてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】これまでの測定法は、
電気化学反応に伴う電極表面への直接的な膜形成しか観
察することはできなかった。また、共振周波数変化を測
定するもので得られた変化はそのまま重量変化として扱
われていた。このため、電極表面上に膜が形成されてい
る場合には、膜に対する物質の出入りについて、重量変
化としての検討は行われていたが、測定が共振周波数変
化に限られているため、膜内での粘性変化であるのか、
重量変化であるのか明らかでなかった。従って、水晶振
動子上の膜内での電気化学反応に伴う共振周波数変化の
測定とともに粘性と密度を反映する共振抵抗変化の測定
が必要とされている。本発明は、前記知見に基づき、電
極表面上に高分子膜を被覆した水晶振動子を用い、電位
走査法における前記水晶振動子の特性変化により、電気
化学的活性種の電気化学的反応にともなう物質の出入り
による重量変化と膜内で生じている粘性変化とを同時に
知ることに適した電気化学測定システムを提供すること
にある。
電気化学反応に伴う電極表面への直接的な膜形成しか観
察することはできなかった。また、共振周波数変化を測
定するもので得られた変化はそのまま重量変化として扱
われていた。このため、電極表面上に膜が形成されてい
る場合には、膜に対する物質の出入りについて、重量変
化としての検討は行われていたが、測定が共振周波数変
化に限られているため、膜内での粘性変化であるのか、
重量変化であるのか明らかでなかった。従って、水晶振
動子上の膜内での電気化学反応に伴う共振周波数変化の
測定とともに粘性と密度を反映する共振抵抗変化の測定
が必要とされている。本発明は、前記知見に基づき、電
極表面上に高分子膜を被覆した水晶振動子を用い、電位
走査法における前記水晶振動子の特性変化により、電気
化学的活性種の電気化学的反応にともなう物質の出入り
による重量変化と膜内で生じている粘性変化とを同時に
知ることに適した電気化学測定システムを提供すること
にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、電極表面上に高分子膜を被覆した水晶振動子、電
気化学的性質と水晶振動子の特性変化を同時に測定する
ことができる電気化学測定装置を考案し、電気化学反応
に伴う膜内での物質の変化または移動を電位、電流、共
振周波数変化、共振抵抗変化として検出することを可能
にした。
めに、電極表面上に高分子膜を被覆した水晶振動子、電
気化学的性質と水晶振動子の特性変化を同時に測定する
ことができる電気化学測定装置を考案し、電気化学反応
に伴う膜内での物質の変化または移動を電位、電流、共
振周波数変化、共振抵抗変化として検出することを可能
にした。
【０００５】
【作用】電気化学的に活性な物質を作用極上で電気化学
反応させると、還元体は酸化体に、あるいは、酸化体は
還元体にというように変化する。これによって、電極近
傍での個々の物質の濃度プロフィールが変化し、拡散に
よる物質の移動が起こることが知られている。作用極と
しての水晶振動子の電極上に高分子膜を被覆すると、電
気化学反応によって生じた電極近傍の物質の濃度変化に
よって膜内への物質の移動または膜外への物質の移動な
どが生じると考えられる。これらの変化は膜内での重量
変化あるいは粘性変化となり水晶振動子の特性変化とし
て検知される。高分子被覆水晶振動子の場合、作用極に
印加される走査電位に応じて、作用極上に被覆した膜内
での電極反応とこれに伴う被膜の特性変化に伴い、図
３、図４、図５に示すように、電流、共振周波数、共振
抵抗が大きく変化するので、この現象を利用して膜内で
の電解質液の電気化学的活性種の化学反応、物質移動や
粘性変化などを解析することができる。つまり、水晶振
動子の特性変化と物質の電気化学性質を同時に観察する
ことにより、膜内で生じている物質の動きを考察するこ
とが可能である。すなわち、膜を被覆した水晶振動子を
用い、電気化学反応に伴う共振周波数変化と共振抵抗変
化を電流および電位と同時に測定することにより電気化
学反応についてより多くの情報を得ることが可能にな
る。
反応させると、還元体は酸化体に、あるいは、酸化体は
還元体にというように変化する。これによって、電極近
傍での個々の物質の濃度プロフィールが変化し、拡散に
よる物質の移動が起こることが知られている。作用極と
しての水晶振動子の電極上に高分子膜を被覆すると、電
気化学反応によって生じた電極近傍の物質の濃度変化に
よって膜内への物質の移動または膜外への物質の移動な
どが生じると考えられる。これらの変化は膜内での重量
変化あるいは粘性変化となり水晶振動子の特性変化とし
て検知される。高分子被覆水晶振動子の場合、作用極に
印加される走査電位に応じて、作用極上に被覆した膜内
での電極反応とこれに伴う被膜の特性変化に伴い、図
３、図４、図５に示すように、電流、共振周波数、共振
抵抗が大きく変化するので、この現象を利用して膜内で
の電解質液の電気化学的活性種の化学反応、物質移動や
粘性変化などを解析することができる。つまり、水晶振
動子の特性変化と物質の電気化学性質を同時に観察する
ことにより、膜内で生じている物質の動きを考察するこ
とが可能である。すなわち、膜を被覆した水晶振動子を
用い、電気化学反応に伴う共振周波数変化と共振抵抗変
化を電流および電位と同時に測定することにより電気化
学反応についてより多くの情報を得ることが可能にな
る。
【０００６】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１は、本発明の電気化学測定装置の模式図を
示したものである。高分子膜を被覆した水晶振動子１
は、水晶振動子の特性測定装置４に接続されている。一
方、膜を被覆した水晶振動子１の片面の電極は作用極と
して対極３および参照電極２とともに電気化学測定装置
５に接続されている。また、水晶振動子測定装置４と電
子化学測定装置５は記録装置（または表示装置）６に接
続されている。感応膜を被覆した片面の電極のみが溶液
に接するようにした水晶振動子１と対極３と参照電極２
は所定量の電解質溶液が含まれるセル７中につけられて
いる。
明する。図１は、本発明の電気化学測定装置の模式図を
示したものである。高分子膜を被覆した水晶振動子１
は、水晶振動子の特性測定装置４に接続されている。一
方、膜を被覆した水晶振動子１の片面の電極は作用極と
して対極３および参照電極２とともに電気化学測定装置
５に接続されている。また、水晶振動子測定装置４と電
子化学測定装置５は記録装置（または表示装置）６に接
続されている。感応膜を被覆した片面の電極のみが溶液
に接するようにした水晶振動子１と対極３と参照電極２
は所定量の電解質溶液が含まれるセル７中につけられて
いる。
【０００７】測定に際しては、対極はＰｔ線電極、参照
電極は飽和カロメル電極を用い、電解質溶液は２０ｍｌ
の０．１Ｍリン酸緩衝液（ｐＨ７）を使用し、室温でＰ
ｔ電極上に高分子膜を被覆した９ＭＨｚＡＴカット水晶
振動子を一定濃度の電気化学的活性種含有電解質溶液中
につけ、共振周波数と共振抵抗が一定になることを確認
した後測定を行った。高分子被覆膜としては、耐熱性と
化学的安定性が優れている固体高分子電解質膜であるフ
ッ素系イオン交換樹脂（図２）を使用した。図３，図
４，図５には、代表的な電気化学的活性種であるヒドロ
キロン／リン酸緩衝液（３．５ｍＭ）について、５０ｍ
Ｖ／ｓで電位をスイープして得た電流−電位曲線（サイ
クリックボルタモグラム）、共振周波数−電位曲線、共
振抵抗−電位曲線を示した。比較するために、同条件下
で感応膜を被覆していない裸のＰｔ電極水晶振動子を用
いて測定した結果も同図に示した。
電極は飽和カロメル電極を用い、電解質溶液は２０ｍｌ
の０．１Ｍリン酸緩衝液（ｐＨ７）を使用し、室温でＰ
ｔ電極上に高分子膜を被覆した９ＭＨｚＡＴカット水晶
振動子を一定濃度の電気化学的活性種含有電解質溶液中
につけ、共振周波数と共振抵抗が一定になることを確認
した後測定を行った。高分子被覆膜としては、耐熱性と
化学的安定性が優れている固体高分子電解質膜であるフ
ッ素系イオン交換樹脂（図２）を使用した。図３，図
４，図５には、代表的な電気化学的活性種であるヒドロ
キロン／リン酸緩衝液（３．５ｍＭ）について、５０ｍ
Ｖ／ｓで電位をスイープして得た電流−電位曲線（サイ
クリックボルタモグラム）、共振周波数−電位曲線、共
振抵抗−電位曲線を示した。比較するために、同条件下
で感応膜を被覆していない裸のＰｔ電極水晶振動子を用
いて測定した結果も同図に示した。
【０００８】裸のＰｔ電極水晶振動子の場合、サイクリ
ックボルタメトリーとともに共振周波数変化と共振抵抗
変化がほとんど観察されなかった。それに対して、電極
上に感応膜を被覆した水晶振動子の場合、共振周波数と
共振抵抗がサイクリックボルタメトリーの酸化または還
元ピークに対応して大きく変化することが認められた。
このような変化の原因としては、電極界面におけるヒド
ロキノン濃度の減少と生成したキノン濃度の増加に伴う
ヒドロキノン，キノンの拡散による物質移動や膜との相
互作用に基づく膜内での粘性変化などが考えられる。
ックボルタメトリーとともに共振周波数変化と共振抵抗
変化がほとんど観察されなかった。それに対して、電極
上に感応膜を被覆した水晶振動子の場合、共振周波数と
共振抵抗がサイクリックボルタメトリーの酸化または還
元ピークに対応して大きく変化することが認められた。
このような変化の原因としては、電極界面におけるヒド
ロキノン濃度の減少と生成したキノン濃度の増加に伴う
ヒドロキノン，キノンの拡散による物質移動や膜との相
互作用に基づく膜内での粘性変化などが考えられる。
【０００９】また、本発明で用いる高分子膜としてはイ
オン交換樹脂、固体高分子電解質膜、導電性高分子膜な
どが使用可能である。
オン交換樹脂、固体高分子電解質膜、導電性高分子膜な
どが使用可能である。
【００１０】
【発明の効果】本発明の電気化学測定システムでは、高
分子膜被覆水晶振動子の共振周波数および共振抵抗とい
う特性変化を同時に測定することにより、その電極上に
被覆した膜内での電極反応に伴う物質の変化と移動や粘
性変化などの解析が可能になった。
分子膜被覆水晶振動子の共振周波数および共振抵抗とい
う特性変化を同時に測定することにより、その電極上に
被覆した膜内での電極反応に伴う物質の変化と移動や粘
性変化などの解析が可能になった。
【図１】本発明による電気化学測定システムの模式図で
ある。
ある。
【図２】感応膜としてのフッ素系イオン交換樹脂の構造
式である。
式である。
【図３】本発明の電気化学測定システムでヒドロキノン
を測定した際の電流−電位曲線である。
を測定した際の電流−電位曲線である。
【図４】図３と同様の測定の共振周波数−電位曲線であ
る。
る。
【図５】図３と同様の測定の共振抵抗−電位曲線であ
る。
る。
Claims (2)
- 【請求項１】高分子膜被覆水晶振動子，水晶振動子特性
測定装置，電気化学測定装置，および記録表示装置を備
え、前記水晶振動子特性測定装置が、発振回路，発振周
波数測定装置，発振レベル測定装置により構成され、前
記電気化学測定装置が、電解質溶液中に浸漬される前記
水晶振動子の電極兼用の作用極，参照極，対極に接続さ
れた電気化学測定システムにおいて、 走査電位法により前記溶液中に存在する電気化学活性物
質の電気化学反応に伴う前記水晶振動子の共振周波数変
化および共振抵抗変化を測定し、前記高分子膜の性質の
変化を解析することを特徴と する電気化学測定システ
ム。 - 【請求項２】上記高分子膜がイオン交換樹脂、固体高分
子電解質膜、導電性高分子膜であることを特徴とする請
求項１記載の電気化学測定システム。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3076558A JP2704568B2 (ja) | 1991-04-09 | 1991-04-09 | 電気化学測定システム |
| EP92104220A EP0504730B1 (en) | 1991-03-22 | 1992-03-11 | Electrochemical measurement system |
| DE69221758T DE69221758T2 (de) | 1991-03-22 | 1992-03-11 | Elektrochemische Messeinrichtung |
| US07/851,752 US5334303A (en) | 1991-03-22 | 1992-03-16 | Electrochemical measurement system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3076558A JP2704568B2 (ja) | 1991-04-09 | 1991-04-09 | 電気化学測定システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04310842A JPH04310842A (ja) | 1992-11-02 |
| JP2704568B2 true JP2704568B2 (ja) | 1998-01-26 |
Family
ID=13608581
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3076558A Expired - Lifetime JP2704568B2 (ja) | 1991-03-22 | 1991-04-09 | 電気化学測定システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2704568B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4646813B2 (ja) * | 2005-08-30 | 2011-03-09 | セイコーインスツル株式会社 | バイオセンサ計測システム、粘性率測定方法、および微量質量測定方法 |
| US9645117B2 (en) * | 2012-06-25 | 2017-05-09 | Seiko Instruments Inc. | Piezoelectric unit, piezoelectric device, piezoelectric determination apparatus, and state determination method |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0236350A (ja) * | 1988-07-27 | 1990-02-06 | Sony Corp | 化学センサ |
| JPH0758249B2 (ja) * | 1989-02-06 | 1995-06-21 | セイコー電子工業株式会社 | 流体の物理的性質および電気化学的性質の同時測定装置 |
| JP2763783B2 (ja) * | 1989-03-10 | 1998-06-11 | 科学技術振興事業団 | 有機物センサー及び有機物濃度の測定方法 |
| JPH0348748A (ja) * | 1989-07-18 | 1991-03-01 | Hitachi Ltd | Ｒｕ濃度センサ及びＲｕ検出システム |
-
1991
- 1991-04-09 JP JP3076558A patent/JP2704568B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04310842A (ja) | 1992-11-02 |
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