JP2939845B2 - 化学センサーの測定信号作成回路 - Google Patents

化学センサーの測定信号作成回路

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JP2939845B2
JP2939845B2 JP3287354A JP28735491A JP2939845B2 JP 2939845 B2 JP2939845 B2 JP 2939845B2 JP 3287354 A JP3287354 A JP 3287354A JP 28735491 A JP28735491 A JP 28735491A JP 2939845 B2 JP2939845 B2 JP 2939845B2
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明彦 望月
正一郎 平国
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、血液等に含まれるイオ
ン濃度を検出する化学センサーの測定信号作成回路に関
する。
【0002】
【従来の技術】血液、血漿、血清、尿等の生物の体液
や、酒、飲料水等の水性液体試料に含まれるイオンある
いはこれら液体中の成分と他の物質を反応させて得たイ
オン等のイオン濃度を化学センサーを用いてポテンショ
メトリックに測定することが行われている。この化学セ
ンサーとしては、例えば図6に示すように、基板21上
にイオン感応膜を設けた基準電極22と検体液測定電極
23を一対にして3組設け、これらの電極の先端側に3
組の基準電極22を望ませる窓部と、同様に3組の検体
液測定電極23を望ませる窓部を相互に液絡可能になる
ように絶縁膜24で覆って設け、上記窓部に基準液、検
体液を滴下し、各組の基準電極22と検体液測定電極2
3に発生する電位差を測定信号作成装置25により検出
するとともに、その検出値をアースとの間で測定できる
測定信号を作成し、これを測定回路により測定し、検体
液の3種のイオン濃度を同時に測定しようとするものが
知られている。
【0003】上記測定信号作成装置25は、上記各組の
基準電極22と検体液測定電極23に対応してこれらに
接続される各組の接続端子、すなわち各組のプローブ2
6a及び27a、26bと27b、26cと27c、及
びこれらのプローブを通して信号を検出し、測定信号を
作成する例えば図4に示す測定信号作成回路とからな
る。この信号を検出する回路は、各組のプローブを入力
端子としたプリアンプ回路28、29、30からなり、
各プリアンプ回路は左側2つのインピーダンス変換アン
プと右側の一つの差動アンプからなり、各組のプローブ
から入力された電位信号は差動アンプから両者の電位差
信号として出力される。測定信号作成回路はこの出力値
と各プリアンプ回路に設けられたアース31とからそれ
らの間の電位差信号を作成する。そしてこの電位差信号
が図示省略した測定回路により測定される。上記の信号
検出回路は、上記プローブ間に発生する電位差が通常数
十mVないし数百mVと極めて小さく、一方上記基準電
極等の電極の電気抵抗値は極めて高く、10の8乗ない
し10の9乗Ω以上に達することもあって、電位差信号
の電気インピーダンスも極めて高いので、この電気イン
ピーダンスを低くしてノイズの混入を防ぎ、電位差信号
のS/Nを向上させるために必要とされる。
【0004】ところで、異種イオンを同時に測定する図
6に示す化学センサーのように、プローブ数を多くした
信号検出装置では、プローブから測定回路に至る測定信
号作成回路間で相互に電気的干渉が起こったり、電気的
ノイズが混入または発生するためS/N比の劣化が顕著
となる傾向があった。そこで、図5に示すように上記プ
リアンプ28を一つにし、各組のプローブからの入力信
号をリレー装置32、33、34により切り換えて順次
異種イオン濃度を測定できるようにした装置も知られて
いる(特開昭60−174945号公報)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5の
装置の場合には、リレー装置により切り換えるときに過
剰電流が流れ、出力される測定信号の値がブレて安定せ
ず、測定精度が良くないという課題があった。
【0006】本発明の目的は、安定した高精度の測定値
が得られる化学センサーの測定信号作成回路を提供する
ことにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、検体液を滴下される化学感応膜を被覆し
た検体液測定電極と、基準液を滴下される基準電極とを
一対にして複数組有し、かつ水溶性液の存在下に電離平
衡が成り立つ電離平衡層を備えた共通電極を有する化学
センサーの測定信号作成回路において、上記検体液測定
電極と接離自在の検体液電極側接続端子と、上記基準電
極と接離自在の基準電極側接続端子を一対にして当該検
体液測定電極及び基準電極の複数組に対応して複数組有
し、かつ上記共通電極に接離自在の共通電極接続端子を
有し、上記各組の検体液測定電極と基準電極に発生する
検体液及び基準液の電位信号を上記各組の検体液電極側
接続端子と上記基準電極側接続端子により入力し、その
入力値を増幅して得たそれぞれの増幅値の差動増幅信号
を出力し、その出力信号をアースさせた上記共通電極接
続端子との間で測定する化学センサーの測定信号作成回
路を提供するものである。
【0008】この際、1組の検体液測定電極及び基準電
極は塩素イオン検出電極であり、共通電極が塩化銀電極
からなり、かつ当該基準電極と共通電極を兼用し、共通
電極接続端子を当該基準電極の基準電極接続端子と兼用
することも電極の数を少なくする点から好ましい。
【0009】
【作用】たとえば基準液及び検体液の少なくともいずれ
か一方の液と液絡することにより電離平衡が成り立つ共
通電極には電流が流れ易くなるので、各信号検出回路の
検出値をこの電流の流れ易い、すなわち低インピーダン
スの共通電極を介してアースすることにより測定する
と、各信号検出回路間の相互作用を少なくすることがで
きる。
【0010】
【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。図2に示すように、紙ポリエステル基板1上に所定
形状の銅電極(図示省略)が相対して3組形成され、そ
れぞれの銅電極には銀メッキ層2a〜2c、3a〜3c
が形成され、それぞれの銀メッキ層2a〜2c、3a〜
3cの相対する端部側には塩化銀層(図示省略)が形成
され、その上に後述するように各々のイオンに対応する
イオン感応膜が形成される。さらに、紙ポリエステル基
板1の端部側に片側のみに上記と同様に銅電極(図示省
略)が形成され、その上に銀メッキ層3dが形成され、
その銀メッキ層の中央端部側に塩化銀層(図示省略)が
形成されている。
【0011】上記銀メッキ層2a〜2cの塩化銀層の端
部を望ませる連続した細長の窓部4と、同様に銀メッキ
層3a〜3c及び3dの塩化銀層の端部を望ませる細長
の窓部5が形成されるとともに、それぞれの他端部の銀
メッキ層2a〜2c、3a〜3c及び3dが露出されて
端子電極となるように樹脂からなる絶縁層6が形成され
ている。そして、各窓部4、5を通して3種の異なるイ
オン感応組成物溶液が銀メッキ層2a〜2c、3a〜3
cの塩化銀層の上に滴下され上記塩化銀層に異なるイオ
ン感応膜が形成されている。このようにして銀メッキ層
2a〜2c側が検体液測定電極となり、銀メッキ層3a
〜3c側が基準電極となり、銀メッキ層3d側が共通電
極となる。なお、窓部4、5は絶縁層6に形成された液
絡孔6aにより連通されている。このようにしてセンサ
ープレートができあがる。
【0012】上記センサープレートに対して、図2に示
すように図6と同様の配置のプローブ7a〜7c、8a
〜8cのほかに共通電極プローブ8dを有し、かつ図1
に示す測定信号作成回路を有する測定信号作成装置9が
設けられている。この測定信号作成回路は、3種の異な
るイオンのそれぞれを測定できるようにチャンネル1〜
3の信号検出回路10a、10b、10cと、共通電極
回路10dとからなっている。信号検出回路10a、1
0b、10cはインピーダンス変換アンプ11a、11
bとこれらの出力の差動増幅アンプ11cの共通の回路
構成を備え、それぞれ出力端子12a、12b、12c
を有し、異なる点はインピーダンス変換アンプ11a、
11bに対する入力端子がチャンネル1の検出回路10
aでは上記プローブ7a、8aとなり、チャンネル2の
検出回路10bでは上記プローブ7b、8b、チャンネ
ル3の検出回路10cでは上記プローブ7c、8cとな
る点だけである。共通電極回路10dは上記共通電極プ
ローブ8dを入力端子にしているとともにアースされ、
出力端子12dを有する。
【0013】次に上記実施例の装置の使用法及び動作説
明をする。図2に示すセンサプレートの窓部4に検体液
を滴下するとともに、相対する窓部5に基準液を滴下す
る。これにより相対する窓部の液は液絡するとともに、
基準液は共通電極の塩化銀層3dにも供給されるので、
次の電離平衡が成立する。
【0014】
【化1】
【0015】このような状態で、測定信号作成装置9を
それぞれのプローブが電極の銀メッキ層2a〜2c、3
a〜3c及び3dに接続するようにセットすると、各組
の検体液と基準液の接触により発生した特定イオンの電
位が各プローブを通して信号検出回路10a〜10cに
入力され、これがインピーダンス変換されてその変換値
の差動増幅出力値が得られ、これと共通電極回路8dの
出力端子12dとから作成される信号が図示省略した電
位差測定回路に入力され測定値が得られる。この際、共
通電極の塩化銀層は上記の電離平衡が成立することによ
り、抵抗が低くなり、電流を通し易くするから、共通電
極回路8dは速やかにアース電位になり、異なるチャン
ネル相互間の信号検出回路10a〜10cの相互作用を
避けることができる。
【0016】上記は共通電極を別に設けたが、上記実施
例においてチャンネル3の信号検出回路10cに対応す
る検体液測定電極を塩素イオン感応電極にし、これに相
対する基準電極をイオン感応膜を形成しない塩化銀層を
有する電極とすると、この基準電極は比較的電気抵抗を
小さくできるので、図3に示すように、この基準電極か
らのプローブ8cを介しての入力値をインピーダンス変
換しないで差動増幅アンプの一方の入力値とし、この差
動アンプの出力端子を12eとした信号検出回路10e
とすることができる。そして、この基準電極を他のチャ
ネルの共通電極とすることができ、アースされたプロー
ブ8cの出力端子12fを共通端子として使用すること
ができる。このようにすると共通電極を兼用でき、別に
設けなくても良い。
【0017】なお、上記センサープレートの代わりに、
特願平3−36304号及び平成3年7月31日付特許
出願のセンサプレートを使用すると、一操作で窓部に望
ませた複数の電極に検体液、基準液を容易に供給できる
ので、便利である。
【0018】また、上記は上記化学式1による電離平衡
であったが、一般には不溶性の金属塩と溶液の中の陽イ
オン、陰イオン等のイオンが平衡であれば良い。たとえ
ば不溶性の金属塩をAXとすると、これと溶液のA+
(Aの陽イオン)又はX−(Xの陰イオン)が平衡して
おれば良い。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、たとえば検体液や基準
液との接触により電離平衡の成立する共通電極を有する
化学センサーの測定信号作成回路において、各検体液及
び基準液から検出された電位差をアースした上記共通電
極との間で測定できる測定信号を作成できるようにした
ので、アース側の電気抵抗を小さくすることができ、検
体液中の複数のイオン濃度の信号を複数の信号検出回路
により検出する場合にも信号検出回路相互の影響を少な
くできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の化学センサーの測定信号作
成回路図である。
【図2】上記実施例の化学センサーとその測定信号作成
装置の斜視図である。
【図3】本発明の他の実施例の化学センサーの測定信号
作成回路図である。
【図4】従来の化学センサーの測定信号作成回路図であ
る。
【図5】従来の他の化学センサーの測定信号作成回路図
である。
【図6】従来の化学センサーとその測定信号作成装置の
斜視図である。
【符号の説明】 2a〜2c 検体液測定電極の銀メッキ層 3a〜3c 基準電極の銀メッキ層 3d 共通電極の銀メッキ層 7a〜7c 検体液電極側接続端子としてのプローブ 8a〜8c 基準電極側接続端子としてのプローブ 8d 共通電極接続端子としてのプローブ 11a、11b 入力値を増幅するインピーダンス変換
アンプ 11c 差動増幅信号を出力する差動増幅アンプ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−174945(JP,A) 特開 昭60−155961(JP,A) 特開 平2−247552(JP,A) 特開 昭63−187150(JP,A) 特開 昭52−41591(JP,A) 特開 昭60−143756(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 27/28 331 G01N 27/416

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 検体液を滴下される化学感応膜を被覆し
    た検体液測定電極と、基準液を滴下される基準電極とを
    一対にして複数組有し、かつ水溶性液の存在下に電離平
    衡が成り立つ電離平衡層を備えた共通電極を有する化学
    センサーの測定信号作成回路において、上記検体液測定
    電極と接離自在の検体液電極側接続端子と、上記基準電
    極と接離自在の基準電極側接続端子を一対にして当該検
    体液測定電極及び基準電極の複数組に対応して複数組有
    し、かつ上記共通電極に接離自在の共通電極接続端子を
    有し、上記各組の検体液測定電極と基準電極に発生する
    検体液及び基準液の電位信号を上記各組の検体液電極側
    接続端子と上記基準電極側接続端子により入力し、その
    入力値を増幅して得たそれぞれの増幅値の差動増幅信号
    を出力し、その出力信号をアースさせた上記共通電極接
    続端子との間で測定する化学センサーの測定信号作成回
    路。
  2. 【請求項2】 1組の検体液測定電極及び基準電極は塩
    素イオン検出電極であり、共通電極が塩化銀電極からな
    り、かつ当該基準電極と共通電極を兼用し、共通電極接
    続端子を当該基準電極の基準電極接続端子と兼用した請
    求項1記載の化学センサーの測定信号作成回路。
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