JP3186012U - 電気化学分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】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。
【選択図】図１

Description

本考案は、電気化学分析装置に関するものである。

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。

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。

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）

特開２０１０−６０３７６号公報 特開２００３−２５４９３０号公報

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。

本考案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。

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。

本考案に係る装置は、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考案を比較すると、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。
また本考案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。

本考案の概略構成を示すブロック図である。 本考案の電気化学分析装置を用いて、固定抵抗器（１００ｋΩ）のｉ−Ｖ特性を評価した結果である。 本考案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である。

図１に、本考案の構成を示すブロック図を示す。本考案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。

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、本考案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。

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、本考案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。

（実施例１）
本考案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。

図２は、本考案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。

（実施例２）
図３に、本考案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。

Claims (3)

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請求項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請求項１又は２に記載の電気化学分析装置。