JP3712716B2 - Method for detecting cadmium in food and apparatus therefor - Google Patents
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Description
発明の分野
本発明は、食品、特に米、に含まれるカドミウムをダイヤモンド電極を用いて検出する方法およびそのための装置に関する。
The present invention relates to a method and apparatus for detecting cadmium contained in food, particularly rice, using a diamond electrode.
背景技術
近年、米中のカドミウムが問題視されている。カドミウムは人体に吸収または蓄積されると腎障害等の種々の疾病を引き起こす。このため、米中のカドミウム量は行政において規制されている。例えば、米中のカドミウム濃度が0.40ppm以下であると食用米として利用され、0.40〜1.00ppmであると準カドミウム汚染米として工業用に利用され、1.00ppm以上であるとカドミウム汚染米として焼却処分に付されている。
Background Art In recent years, cadmium in rice has been regarded as a problem. When cadmium is absorbed or accumulated in the human body, it causes various diseases such as kidney damage. For this reason, the amount of cadmium in the US is regulated by the government. For example, when the cadmium concentration in rice is 0.40 ppm or less, it is used as edible rice, and when it is 0.40 to 1.00 ppm, it is used as industrial quasi-cadmium-contaminated rice, and when it is 1.00 ppm or more, cadmium is used. It is incinerated as contaminated rice.
米中のカドミウムの測定は、硝酸、硫酸、および水を用いて被検米を分解して試料液を調製し、この試料液を原子吸光法あるいはジチゾン・クロロホルム法に付することにより行われている。しかし、これらの方法にあっては、装置が大型であり、かつ簡便な測定法とは言い難い。従って、米中のカドミウムを簡便かつ正確に検出または定量することができる測定方法が求められている。 Cadmium in rice is measured by decomposing test rice using nitric acid, sulfuric acid, and water to prepare a sample solution, and subjecting this sample solution to atomic absorption method or dithizone / chloroform method. Yes. However, in these methods, the apparatus is large and it is difficult to say that it is a simple measurement method. Accordingly, there is a need for a measuring method that can detect and quantify cadmium in rice easily and accurately.
一方、ダイヤモンドは本来抵抗率が1013Ωcm程度の絶縁材料であるが、微量不純物のドープにより導電性を獲得する。この導電性ダイヤモンドには、種々の用途が期待されている。その一つに電気化学用の電極としての利用がある。導電性とされたダイヤモンドを電気化学用の電極として見ると、広い電位窓を有し、かつバックグラウンド電流が極めて小さいという優れた特長を有する。さらに、物理的、化学的に安定であり、耐久性に優れるとの特長もまた有する。導電性ダイヤモンド(好ましくはその薄膜)を有する電極は、ダイヤモンド電極と一般的に呼ばれるに至っている。 On the other hand, diamond is originally an insulating material having a resistivity of about 10 13 Ωcm, but acquires conductivity by doping with a small amount of impurities. Various uses are expected for this conductive diamond. One of them is the use as an electrode for electrochemical use. When the conductive diamond is viewed as an electrode for electrochemical use, it has excellent features of having a wide potential window and extremely low background current. Furthermore, it has the characteristics that it is physically and chemically stable and has excellent durability. Electrodes having conductive diamond (preferably a thin film thereof) have been commonly referred to as diamond electrodes.
ダイヤモンド電極に関する先駆的研究はIwakiらによって行われた(例えば、Iwaki et al., Nuclear Instruments and Methods, 209-210, 1129(1983)(非特許文献1)参照)。彼らは、アルゴンや窒素イオンを打ち込んで表面導電性を付与した単結晶ダイヤモンドの電気伝導材料としての性質を研究したものである。同時に、電解質溶液中におけるサイクリックボルタモグラムも示した。その後、ホットフィラメントを用いて気相合成した多結晶ダイヤモンド電極の特性が報告されている(Pleskov et al., J. Electroanal. Chem., 228, 19(1993)(非特許文献2)を参照)。 Pioneering research on diamond electrodes was performed by Iwaki et al. (See, for example, Iwaki et al., Nuclear Instruments and Methods, 209-210, 1129 (1983) (Non-patent Document 1)). They studied the properties of single-crystal diamond that was given surface conductivity by implanting argon or nitrogen ions as an electrically conductive material. At the same time, a cyclic voltammogram in the electrolyte solution is also shown. Thereafter, the characteristics of a polycrystalline diamond electrode synthesized by vapor phase using a hot filament have been reported (see Pleskov et al., J. Electroanal. Chem., 228, 19 (1993) (non-patent document 2)). .
本発明者らの一部は、気相合成したダイヤモンド電極を用いて、窒素酸化物の還元について先に報告した(例えば、Tenne et al., J. Electroanal. Chem., 347, 409(1993)(非特許文献3)を参照)。この研究では、ドーパントとしてホウ素を導入したp型半導体ダイヤモンドを電極として使用した。その後、ダイヤモンド電極としては、ホウ素をドーパントとするp型半導体またはより導電性の高い金属様導電性ダイヤモンドの利用が主流となるに至る。1990年代に入って、ダイヤモンド電極の研究が複数のグループにより行われ、1995年以降は、より大面積のダイヤモンド薄膜が得られるプラズマCVD(PCVD)装置を用いて得られたダイヤモンド電極の研究が、電気化学分野にも散見されるに至っている。 Some of the inventors have previously reported the reduction of nitrogen oxides using gas phase synthesized diamond electrodes (see, for example, Tenne et al., J. Electroanal. Chem., 347, 409 (1993)). (Refer nonpatent literature 3). In this study, p-type semiconductor diamond introduced with boron as a dopant was used as an electrode. After that, as diamond electrodes, the use of p-type semiconductors with boron as a dopant or metal-like conductive diamond having higher conductivity has become mainstream. In the 1990s, research on diamond electrodes was conducted by a plurality of groups. Since 1995, research on diamond electrodes obtained using a plasma CVD (PCVD) apparatus capable of obtaining a diamond thin film with a larger area has been conducted. It has also been found in the electrochemical field.
本発明者らの一部は、この導電性ダイヤモンド電極を用いて、簡便に水溶液中のカドミウムイオンの検出が可能であることを報告している(例えば、特開2001−91499号(特許文献1)参照)。この方法は、導電性ダイヤモンド電極を作用電極として、この電極上にまず水溶液中のカドミウムを電析させ、その後電位掃引してカドミウムを電極表面より溶出させ、このときに流れる電流を検出することにより、カドミウムイオンを検出するものである。しかし、この方法は、食品、特に米、に含まれるカドミウムを被検対象とするものではない。
本発明者らは、今般、食品を強酸で分解してなる試料液中のカドミウムイオンを導電性ダイヤモンド電極を用いて簡便かつ正確に検出または定量することができるとの知見を得た。そして、試料液中のカドミウムイオンの存在または濃度を知ることにより、食品中におけるカドミウムの存在または濃度も容易に知ることができる。
従って、本発明は、食品中のカドミウム、特に食品を強酸で分解してなる試料液中のカドミウムイオン、を簡便かつ正確に検出または定量できる方法およびそのための装置の提供をその目的としている。
The present inventors have recently found that cadmium ions in a sample solution obtained by decomposing food with a strong acid can be detected or quantified easily and accurately using a conductive diamond electrode. Then, by knowing the presence or concentration of cadmium ions in the sample solution, the presence or concentration of cadmium in the food can be easily known.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method and an apparatus therefor that can easily and accurately detect or quantify cadmium in foods, particularly cadmium ions in a sample solution obtained by decomposing foods with a strong acid.
そして、本発明による食品中のカドミウムの検出方法は、
食品を強酸で分解してなる試料液を用意し、
前記試料液に、作用電極としての導電性ダイヤモンド電極と、対電極とを共に接触させ、
前記作用電極と前記対電極との間に、作用電極上にカドミウムの析出が生じる電圧を印加し、前記作用電極上にカドミウムを析出させ、その後、
前記作用電極と前記対電極との間に、作用電極上に析出したカドミウムの溶出が生じる電圧を印加し、両電極の間に流れる電流を検出すること
を含んでなる。
And the detection method of cadmium in the foodstuff by this invention is the following.
Prepare a sample solution that decomposes food with strong acid,
The sample liquid is brought into contact with a conductive diamond electrode as a working electrode and a counter electrode together,
Between the working electrode and the counter electrode, a voltage at which cadmium deposition occurs on the working electrode is applied, cadmium is deposited on the working electrode, and then
A voltage that causes elution of cadmium deposited on the working electrode is applied between the working electrode and the counter electrode, and a current flowing between the two electrodes is detected.
また、本発明による上記方法を実施するための検出装置は、
食品を強酸で分解してなる試料液を収納する容器と、
該試料液に作用電極としての導電性ダイヤモンド電極と、対電極とを共に接触させる手段と、
前記作用電極と前記対電極との間に、作用電極上にカドミウムの析出が生じる電圧を印加する手段と、
前記作用電極と前記対電極との間に、作用電極上に析出したカドミウムの溶出が生じる電圧を印加する手段と、
該印加電圧下において前記作用電極と前記対電極との間に流れる電流を検出する手段と
を少なくとも備えてなる。
Further, a detection apparatus for carrying out the above method according to the present invention comprises:
A container for storing a sample solution obtained by decomposing food with a strong acid;
Means for bringing a conductive diamond electrode as a working electrode into contact with the sample solution and a counter electrode;
Means for applying a voltage that causes cadmium deposition on the working electrode between the working electrode and the counter electrode;
Means for applying a voltage at which elution of cadmium deposited on the working electrode occurs between the working electrode and the counter electrode;
And at least means for detecting a current flowing between the working electrode and the counter electrode under the applied voltage.
被検対象
本発明による方法の被検対象となるものは、食品(例えば米)を強酸で分解してなる試料液である。食品を強酸で処理すると炭水化物等の有機物は分解され、食品中にカドミウムが存在する場合、カドミウムがカドミウムイオン(Cd2+)として試料液中に存在することとなる。本発明にあっては、この試料液中のカドミウムイオンを検出または定量する。また、試料液中のカドミウムイオンの存在または濃度を知ることにより、米中におけるカドミウムの存在または濃度も容易に知ることができる。
Subject to be tested The subject to be tested in the method according to the present invention is a sample solution obtained by decomposing food (for example, rice) with a strong acid. When the food is treated with a strong acid, organic substances such as carbohydrates are decomposed, and when cadmium is present in the food, cadmium is present in the sample solution as cadmium ions (Cd 2+ ). In the present invention, cadmium ions in the sample solution are detected or quantified. Further, by knowing the presence or concentration of cadmium ions in the sample solution, the presence or concentration of cadmium in rice can be easily known.
本発明において被検対象に供される食品は、強酸で分解することによりカドミウムイオンを溶出できる食品であれば限定されず、その具体例としては、穀類、豆類、果実、野菜、種実類、茶、およびホップ等が挙げられる。本発明における食品の好ましい例としては、穀類、例えば米、大麦、小麦、ライ麦、えんばく、とうもろこし、ひえ、あわ、もろこし、きび等が挙げられ、より好ましくは米である。また、米の形態は、玄米、あるいは精米されたもののいずれであってもよい。 The food provided to the test subject in the present invention is not limited as long as it can dissolve cadmium ions by decomposing with a strong acid, and specific examples thereof include cereals, beans, fruits, vegetables, seeds, tea , And hops. Preferable examples of the food in the present invention include cereals such as rice, barley, wheat, rye, corn, corn, mushrooms, whey, corn, acne, and more preferably rice. Moreover, the form of rice may be either brown rice or polished rice.
本発明において、食品を強酸で分解してなる試料液は、公知の方法に従い作製することができる。例えば、強酸を用いた食品の分解処理は、従来より食品中のカドミウム濃度を測定する際に行われている手法であり、例えば、食品衛生法に基づいて制定された「食品、添加物等の規格基準(昭和34年12月28日 厚生省告示第370号)」における「第1 食品 D 各条 ○ 穀類,豆類,果実,野菜,種実類,茶及びホップ」の「2 穀類,豆類,果実,野菜,種実類,茶及びホップの成分規格の試験法 (36)カドミウム試験法」の項目に説明されている。 In the present invention, a sample solution obtained by decomposing food with a strong acid can be prepared according to a known method. For example, the decomposition treatment of foods using strong acids is a technique that has been conventionally performed when measuring the cadmium concentration in foods. For example, “Food, additives, etc. Standards (December 28, 1959, Ministry of Health and Welfare Notification No. 370) “First Food D Each Article ○ Cereals, Beans, Fruits, Vegetables, Seeds, Tea and Hops” “2 Cereals, Beans, Fruits, This is explained in the section “Testing methods for component standards of vegetables, seeds, tea and hops (36) Cadmium testing method”.
本発明において試料液の作製に用いられる強酸は、食品中のカドミウムを試料液中に溶出できるものであれば限定されず、好ましい例としては、硝酸および/または硫酸が挙げられ、より好ましくはその両方である。硝酸は、濃硝酸、希硝酸、または発煙硝酸であってよく、硫酸は濃硫酸、希硫酸、または発煙硫酸であってよい。また、強酸を用いて食品を分解する際、適宜、加熱を行ってもよい。このように、本発明による方法に用いる試料液は強酸を含んでいるために強酸性を有しており、そのpHは、1.00未満、あるいは0.90以下、さらには0.10以下であってよい。従って、本発明による方法にあっては、強酸性を有する試料液に対してpH調整のための特別な処理を行うことなく、測定に付することができる。 The strong acid used in the preparation of the sample solution in the present invention is not limited as long as it can elute cadmium in food into the sample solution, and preferred examples include nitric acid and / or sulfuric acid, more preferably Both. The nitric acid may be concentrated nitric acid, dilute nitric acid, or fuming nitric acid, and the sulfuric acid may be concentrated sulfuric acid, dilute sulfuric acid, or fuming sulfuric acid. In addition, when a food is decomposed using a strong acid, heating may be appropriately performed. Thus, the sample solution used in the method according to the present invention has strong acidity because it contains a strong acid, and its pH is less than 1.00, 0.90 or less, and further 0.10 or less. It may be. Therefore, in the method according to the present invention, the sample solution having strong acidity can be subjected to measurement without performing a special treatment for pH adjustment.
本発明の好ましい態様によれば、強酸として濃硝酸および濃硫酸の両方を用いる場合、穀物10gあたりに添加される濃硝酸の量は20〜40ml程度が好ましく、穀物10gあたりに添加される濃硝酸の量は30〜40ml程度が好ましい。また、強酸の添加と同時に水を添加してもよく、その添加量は添加後の試料液の全量が40〜200ml、好ましくは100ml、となる程度とするのが好ましい。 According to a preferred embodiment of the present invention, when both concentrated nitric acid and concentrated sulfuric acid are used as strong acids, the amount of concentrated nitric acid added per 10 g of cereal is preferably about 20 to 40 ml, and concentrated nitric acid added per 10 g of cereal. The amount is preferably about 30 to 40 ml. Further, water may be added simultaneously with the addition of the strong acid, and the addition amount is preferably such that the total amount of the sample solution after the addition is 40 to 200 ml, preferably 100 ml.
本発明の好ましい態様によれば、測定に先立ち、試料液に、Fe3+および/またはCu2+と錯形成しやすい錯形成剤を添加するのが好ましい。これは、米などの食品中には鉄または銅が含まれていることがあり、この含有量が多いと、カドミウムイオンの電気化学的検出を阻害することがあるためである。すなわち、ダイヤモンド電極にカドミウムを析出させ、その後電位掃引によりダイヤモンド電極上のカドミウムを溶出させる際に、鉄および/または銅はカドミウムと同様の電位で電流ピークを生じる傾向がある。従って、被検物質中に鉄および/または銅が比較的多く存在すると、カドミウムのみに起因する電流よりも高い電流が検出されてしまい、カドミウムの正確な検出が妨害されうる。そして、このような電流値の上昇が、試料液にFe3+および/またはCu2+と錯形成しやすい錯形成剤を添加することにより低減または解消される。つまり、錯形成剤を試料液に添加することにより、測定を妨害し得るFe3+および/またはCu2+の影響を予め低減または除去することが可能となる。 According to a preferred embodiment of the present invention, it is preferable to add a complexing agent that easily forms a complex with Fe 3+ and / or Cu 2+ to the sample solution prior to measurement. This is because foods such as rice may contain iron or copper, and if this content is high, electrochemical detection of cadmium ions may be inhibited. That is, when cadmium is deposited on the diamond electrode and then cadmium on the diamond electrode is eluted by potential sweep, iron and / or copper tends to generate a current peak at the same potential as cadmium. Therefore, when a relatively large amount of iron and / or copper is present in the test substance, a current higher than that due to cadmium alone is detected, and accurate detection of cadmium can be hindered. Such an increase in current value can be reduced or eliminated by adding a complexing agent that easily forms a complex with Fe 3+ and / or Cu 2+ to the sample solution. That is, by adding the complexing agent to the sample solution, it is possible to reduce or eliminate the influence of Fe 3+ and / or Cu 2+ that may interfere with the measurement.
本発明において用いることができる錯形成剤は、カドミウムイオンよりも、Fe3+および/またはCu2+と錯形成し易いものであれば限定されないが、その好ましい例としてはチオシアン酸カリウム(KSCN)が挙げられる。なお、カドミウムイオンよりもFe3+および/またはCu2+と錯形成し易いかどうか評価は、例えばカドミウムイオンおよびFe3+および/またはCu2+と錯形成剤との錯生成定数の大小を指標に行うことができる。 The complexing agent that can be used in the present invention is not limited as long as it is easier to complex with Fe 3+ and / or Cu 2+ than cadmium ions, but preferred examples include potassium thiocyanate (KSCN). It is done. It should be noted that the evaluation as to whether or not complex formation with Fe 3+ and / or Cu 2+ is easier than cadmium ions is based on, for example, the magnitude of the complex formation constant between cadmium ions and Fe 3+ and / or Cu 2+ and the complexing agent. Can do.
本発明において、この錯形成剤の添加量は、試料液に含まれると予想されるFe3+および/またはCu2+と十分に錯形成する量添加されればよい。本発明の好ましい態様によれば、試料液中における錯形成剤の濃度を、試料液に一般的に含まれると予想されるFe3+のモル濃度の等倍以上とするのが好ましく、好ましくは10倍以上、より好ましくは100倍以上、さらに好ましくは200倍以上である。なお、一般的に玄米100g中における鉄の含有量は2.1mg程度であることが知られており、このような既知のデータに基づいて試料液中に含まれると予想されるFe3+の量をある程度予測することが可能である。 In the present invention, the complexing agent may be added in an amount sufficient to form a complex with Fe 3+ and / or Cu 2+ that is expected to be contained in the sample solution. According to a preferred embodiment of the present invention, the concentration of the complexing agent in the sample solution is preferably equal to or more than the molar concentration of Fe 3+ expected to be generally contained in the sample solution, preferably 10 Double or more, more preferably 100 times or more, and further preferably 200 times or more. In general, the iron content in 100 g of brown rice is known to be about 2.1 mg, and the amount of Fe 3+ expected to be contained in the sample solution based on such known data. Can be predicted to some extent.
本発明の好ましい態様によれば、試料液中のカドミウムイオン濃度をnMあるいはppb程度のオーダーで測定することが可能となる。 According to a preferred aspect of the present invention, the cadmium ion concentration in the sample solution can be measured on the order of nM or ppb.
本発明の好ましい態様によれば、試料液に電解質をさらに添加しても良い。好ましい電解質としては、例えば硝酸カリウム、塩化カリウム、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム等が挙げられる。上記電解質は水溶液の形態で試料液に添加されてもよく、それにより、試料液を測定に適した濃度に希釈してもよい。また、本発明の好ましい態様によれば、試料液のpHを一定に保つために緩衝溶液をさらに添加しても良く、好ましい緩衝溶液としては酢酸緩衝液等が挙げられる。 According to a preferred embodiment of the present invention, an electrolyte may be further added to the sample solution. Examples of preferable electrolytes include potassium nitrate, potassium chloride, sodium chloride, sodium sulfate and the like. The electrolyte may be added to the sample solution in the form of an aqueous solution, whereby the sample solution may be diluted to a concentration suitable for measurement. Further, according to a preferred embodiment of the present invention, a buffer solution may be further added to keep the pH of the sample solution constant, and a preferable buffer solution includes an acetate buffer solution and the like.
測定系および測定方法
本発明による測定法において、カドミウムイオン測定のための電気化学的系は、ダイヤモンド電極を作用電極とした以外は、一般的な電気化学的な系であることが出来る。すなわち、本発明による方法にあっては、ダイヤモンド電極を作用電極とし、対電極とともに試料液に接触させ、この二つの電極間に、作用電極上にカドミウムの析出が生じる電圧を印加し、前記作用電極上にカドミウムを析出させる。この系を模式的に表せば図1の通りとなる。すなわち、試料液1を収納した容器2に、試料液1と接触するように、導電性ダイヤモンド電極3と対電極4とを備える。本発明の好ましい態様によれば、参照電極5を系に備えることにより、参照電極5を基準として作用電極3の電位を正確に制御できるように構成されるのが好ましい。
Measurement System and Measurement Method In the measurement method according to the present invention, the electrochemical system for cadmium ion measurement can be a general electrochemical system except that a diamond electrode is used as a working electrode. That is, in the method according to the present invention, the diamond electrode is used as a working electrode, the sample electrode is brought into contact with the counter electrode, and a voltage at which cadmium is deposited on the working electrode is applied between the two electrodes. Cadmium is deposited on the electrode. A schematic representation of this system is shown in FIG. That is, the
本発明において、作用電極である導電性ダイヤモンド電極と、対電極との間に印加される電圧は、ダイヤモンド電極上にカドミウムの析出が生じる電圧であれば電極の種類を考慮して適宜決定されてよいが、作用電極の電位が対電極に対して負となるようにされるのが一般的であろう。本発明の好ましい態様によれば、参照電極としてAg/AgCl電極を系内に備える場合、作用電極に−1.00〜−0.40V(対Ag/AgCl)の電圧を印加するのが好ましく、より好ましくは−0.70〜−0.45V(対Ag/AgCl)であり、さらに好ましくは−0.55〜−0.45V(対Ag/AgCl)である。また、本発明の好ましい態様によれば、カドミウムの析出が生じる電圧の印加時間を5分以上とするのが好ましく、より好ましくは5〜30分、さらに好ましくは10〜20分である。 In the present invention, the voltage applied between the conductive diamond electrode, which is a working electrode, and the counter electrode is appropriately determined in consideration of the type of the electrode as long as the cadmium is deposited on the diamond electrode. Although good, it will generally be such that the potential of the working electrode is negative with respect to the counter electrode. According to a preferred aspect of the present invention, when an Ag / AgCl electrode is provided in the system as a reference electrode, it is preferable to apply a voltage of −1.00 to −0.40 V (vs. Ag / AgCl) to the working electrode, More preferably, it is −0.70 to −0.45 V (vs. Ag / AgCl), and further preferably −0.55 to −0.45 V (vs. Ag / AgCl). Moreover, according to the preferable aspect of this invention, it is preferable to set the application time of the voltage which precipitates cadmium to 5 minutes or more, More preferably, it is 5 to 30 minutes, More preferably, it is 10 to 20 minutes.
作用電極上にカドミウムを析出させた後、二つの電極間に、作用電極上に析出したカドミウムの溶出が生じる電圧を印加する。この電圧の印加は、例えば、作用電極の電位をカドミウムの固定電位から正電位方向に電位掃引しながら行なわれるのが好ましい。本発明の好ましい態様によれば、電位掃引の速度を300〜1200mV/sとするのが好ましく、より好ましくは500〜1000mV/sであり、さらに好ましくは600〜900mV/sである。この場合、ピーク電流を与える電圧における電流値を得て、カドミウムイオン濃度の測定の指標とすることが好ましいが、例えばこのピーク電流値を与える電圧以外の電圧における電流値を指標にすることも本発明から排除されるものではない。また、掃引範囲における積算電気量を指標とすることも可能である。また、本発明者らの得た知見によれば、このピーク電流を与える作用電極の電位は、試料液のpHにも依存するが、pH0.01の場合、−0.1V(対Ag/AgCl)付近に存在する傾向にある。よって、カドミウムの析出の後、この電圧を直ちに作用電極である導電性ダイヤモンド電極に印加し、その際の電流値または積算電気量をカドミウムイオン濃度の測定の指標とすることも無論可能である。 After cadmium is deposited on the working electrode, a voltage at which elution of cadmium deposited on the working electrode is applied between the two electrodes. This voltage application is preferably performed, for example, while sweeping the potential of the working electrode from the fixed potential of cadmium in the positive potential direction. According to a preferred embodiment of the present invention, the potential sweep rate is preferably 300 to 1200 mV / s, more preferably 500 to 1000 mV / s, and still more preferably 600 to 900 mV / s. In this case, it is preferable to obtain a current value at a voltage that gives a peak current and use it as an index for measurement of the cadmium ion concentration. For example, the current value at a voltage other than the voltage that gives this peak current value can also be used as an index. It is not excluded from the invention. It is also possible to use the accumulated amount of electricity in the sweep range as an index. Further, according to the knowledge obtained by the present inventors, the potential of the working electrode that gives this peak current also depends on the pH of the sample solution, but in the case of pH 0.01, −0.1 V (vs. Ag / AgCl). ) It tends to exist in the vicinity. Therefore, it is of course possible to immediately apply this voltage to the conductive diamond electrode as the working electrode after cadmium deposition, and use the current value or the accumulated electric quantity as an index for measuring the cadmium ion concentration.
以上のようにして測定された電流値および電気量は、正確に試料液中のカドミウムイオン濃度に正比例する。従って、上記電流値または電気量を得た時と同じ電圧値における、電流値または電気量とカドミウムイオン濃度との関係を求めておけば、その関係から、得られた電流値または電気量に対応する試料液中のカドミウムイオン濃度を容易に知ることが出来る。すなわち、本発明の好ましい態様にあっては、予め作成されたカドミウムイオン濃度と電流値または電気量との検量線と、得られた電流値または電気量とを対比することにより、試料液中のカドミウムイオン濃度を知ることができる。 The current value and the quantity of electricity measured as described above are directly proportional to the cadmium ion concentration in the sample solution. Therefore, if the relationship between the current value or quantity of electricity and the cadmium ion concentration at the same voltage value as when the current value or quantity of electricity was obtained, the current value or quantity of electricity obtained can be determined from that relationship. The cadmium ion concentration in the sample solution to be obtained can be easily known. That is, in a preferred embodiment of the present invention, a calibration curve between a cadmium ion concentration and a current value or an electric quantity prepared in advance is compared with the obtained current value or electric quantity to thereby obtain a sample solution. You can know the cadmium ion concentration.
さらに本発明の好ましい態様によれば、得られた試料液中のカドミウムイオン濃度から、食品中のカドミウム濃度を算出するのが好ましい。試料液中のカドミウムイオン濃度が判明していれば、試料液全体に含まれるカドミウムイオンの質量を算出することができる。そして、試料液全体に含まれるカドミウムイオンの質量と、試料液に供した食品の質量を基に、米中のカドミウム濃度を容易に算出することができる。 Furthermore, according to the preferable aspect of this invention, it is preferable to calculate the cadmium density | concentration in a foodstuff from the cadmium ion density | concentration in the obtained sample liquid. If the cadmium ion concentration in the sample solution is known, the mass of cadmium ions contained in the entire sample solution can be calculated. And the cadmium density | concentration in rice can be easily calculated based on the mass of the cadmium ion contained in the whole sample liquid, and the mass of the food provided to the sample liquid.
本発明において作用電極の形状等は特に限定されないが、後記する図2に示されるような板状のものであっても、またディスク上の電極を回転させながら用いるいわゆる回転電極であってもよい。特に、回転電極の利用は、測定感度を向上させ、また測定誤差を排除できるため有利である。 In the present invention, the shape or the like of the working electrode is not particularly limited, but may be a plate-like one as shown in FIG. 2 to be described later, or a so-called rotating electrode used while rotating the electrode on the disk. . In particular, the use of a rotating electrode is advantageous because it improves measurement sensitivity and eliminates measurement errors.
本発明において対電極としては、作用電極と同様のダイヤモンド電極、白金、炭素、ステンレス、金、ダイヤモンド、SnO2等の利用が好ましいが、試料液の有する強酸性に対して優れた耐性を有する点で、作用電極と同様のダイヤモンド電極を用いるのが特に好ましい。 In the present invention, as the counter electrode, it is preferable to use a diamond electrode similar to the working electrode, platinum, carbon, stainless steel, gold, diamond, SnO 2, etc., but it has excellent resistance to the strong acidity of the sample solution. Thus, it is particularly preferable to use a diamond electrode similar to the working electrode.
本発明において参照電極としては、公知のものを利用することが出来、飽和カロメル電極(SCE)、標準水素電極、銀塩化銀電極、水銀塩化水銀電極、水素パラジウム電極等が利用可能である。 In the present invention, a known electrode can be used as the reference electrode, and a saturated calomel electrode (SCE), a standard hydrogen electrode, a silver-silver chloride electrode, a mercury mercury chloride electrode, a hydrogen palladium electrode, and the like can be used.
本発明の好ましい態様によれば、参照電極が、試料液と直接接触することなく、試料液と電気的に接続されているのが好ましい。これにより、試料液の有する強酸性により参照電極およびそれに接続されうる塩橋の機能が損なわれることを防止して、より正確かつ安定な測定が可能となる。この態様の実施するための参照電極系の一例は図1に示される通りである。図1に示される系にあっては、試料液1が連通する連通管6、連通管6の末端が浸される電解質溶液7と、電解質溶液7に浸される塩橋9とを介して、試料液1と参照電極5とが電気的に接続されている。電解質溶液7は、電解質溶液槽8に収容されている。この参照電極系によれば、強酸性の試料液1と塩橋9とが直接接触することを防止されるので、塩橋9が強酸により損傷して参照電極5の機能が低下することを有効に防ぐことができる。従って、より正確かつ安定な測定が可能となる。
According to a preferred aspect of the present invention, it is preferable that the reference electrode is electrically connected to the sample solution without directly contacting the sample solution. This prevents the function of the reference electrode and the salt bridge that can be connected to it from being damaged by the strong acidity of the sample solution, thereby enabling more accurate and stable measurement. An example of a reference electrode system for carrying out this embodiment is as shown in FIG. In the system shown in FIG. 1, the
本発明に用いることができる連通管は、その内部に試料液を含むことができる管であれば限定されず、ガラス製の管であってよい。また、本発明に用いる塩橋は、管内の液がその両端に浸される液と混ざらないものであればよく、例えばKCl等の電解質を含む寒天で充填させたルギン管であってよい。 The communication pipe that can be used in the present invention is not limited as long as it can contain a sample solution therein, and may be a glass pipe. The salt bridge used in the present invention may be a Lugin tube filled with agar containing an electrolyte such as KCl, as long as the solution in the tube does not mix with the solution immersed at both ends.
ダイヤモンド電極およびその製造
本発明においてダイヤモンド電極は、2001−91499号公報に記載のものを利用することができる。その内容を説明すれば以下の通りです。
Diamond electrode and production thereof In the present invention, the diamond electrode described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-91499 can be used. The contents are as follows.
ダイヤモンドは本来優れた絶縁体である。しかしながら、3族や5族の不純物を添加することによって、半導体〜金属様の導電性を示すようになる。本発明にあっては、半導体〜金属様の導線性を示すダイヤモンドを電極として使用する。
Diamond is inherently an excellent insulator. However, by adding
このような導線性を付与するために添加される物質としては、上記の通り3族および5族の元素が挙げられ、さらに好ましくはホウ素、窒素、リン、硫黄が挙げられ、最も好ましくはホウ素である。この導電性を付与するために添加される物質の添加量は、ダイヤモンドに導電性を付与できる範囲で適宜決定されてよいが、例えば1×10−2〜10−6Ωcm程度の導電性を与える量添加されることが好ましい。この導電性を付与するために添加される物質の添加量は、導電性ダイヤモンドの製造工程における添加量により制御されることが一般的である。
Examples of the substance added to impart such conductivity include the elements of
本発明の好ましい態様によれば、基材上に導電性ダイヤモンドの薄膜を形成し、さらにこの導電性ダイヤモンド薄膜に、導線を接続させ、電極とすることが好ましい。基材としては、Si(例えば、単結晶シリコン)、Mo、W、Nb、Ti、Fe、Au、Ni、Co、Al2O3、SiC、Si3N4、ZrO2、MgO、黒鉛、単結晶ダイヤモンド、cBN、石英ガラス等が挙げられ、特に単結晶シリコン、Mo、W、Nb、Ti、SiC、単結晶ダイヤモンドの利用が好ましい。また、本発明の好ましい態様によれば、導電性ダイヤモンド薄膜が形成された基材からダイヤモンド薄膜を剥離して得た、厚さ0.5mm以上のダイヤモンド薄膜を電極として用いてもよい。 According to a preferred embodiment of the present invention, it is preferable that a conductive diamond thin film is formed on a substrate, and a conductive wire is connected to the conductive diamond thin film to form an electrode. As a base material, Si (for example, single crystal silicon), Mo, W, Nb, Ti, Fe, Au, Ni, Co, Al 2 O 3 , SiC, Si 3 N 4 , ZrO 2 , MgO, graphite, single Crystal diamond, cBN, quartz glass and the like can be mentioned, and it is particularly preferable to use single crystal silicon, Mo, W, Nb, Ti, SiC, or single crystal diamond. Moreover, according to the preferable aspect of this invention, you may use the diamond thin film 0.5 mm or more obtained by peeling a diamond thin film from the base material in which the electroconductive diamond thin film was formed as an electrode.
この態様の電極を図2を用いて更に説明する。図2(a)は、ダイヤモンド電極21の断面図であり、この電極は、基材22の上に形成された導電性ダイヤモンド薄膜23とからなり、さらにこの導電性ダイヤモンド薄膜23には導線24が例えば金コーティング25を介して接続される。図2(b)は、ダイヤモンド電極21の斜視図であり、基材22の上に形成された導電性ダイヤモンド薄膜23からなり、さらにこの導電性ダイヤモンド薄膜23を電極とするための金コーティング25を介して導線24が接続される。また、図2(b)に点線で示されるように、ダイヤモンド電極21の最表面の外縁および端部側面を保護膜26で被覆してもよい。この保護膜26の材質は、強酸性の試料液に対して耐性を有する絶縁性の樹脂であれば限定されないが、好ましい例としては、ポリテトラフルオロエチレンが挙げられる。これにより、ダイヤモンド電極21の端部側面、金コーティング25、および導線24を強酸性によらず電気化学的に安定な状態が確保されるように保護して、より安定かつ正確な測定を可能にする。
The electrode of this aspect will be further described with reference to FIG. FIG. 2A is a cross-sectional view of the
基材付き電極として使用する場合、導電性ダイヤモンド薄膜の厚さは、特に限定されないが、ピンホールがなくドーピングが安定する厚みである1〜100μm程度の厚さが好ましく、より好ましくは5〜50μm程度である。 When used as an electrode with a substrate, the thickness of the conductive diamond thin film is not particularly limited, but is preferably about 1 to 100 μm, more preferably 5 to 50 μm, which is a thickness where there is no pinhole and the doping is stable. Degree.
さらに本発明の好ましい態様によれば、本発明によるダイヤモンド電極は、マイクロ電極の形態をとることが出来る。マイクロ電極の概念は既に公知であり、本発明においてマイクロ電極形態のダイヤモンド電極とは、Pt、W、Mo等の細線の末端を鋭利に切断し、電解研磨により末端をさらに鋭利にした後、その末端表面に導電性ダイヤモンドの薄膜を形成した構成のものを意味する。 Further in accordance with a preferred embodiment of the present invention, the diamond electrode according to the present invention can take the form of a microelectrode. The concept of a microelectrode is already known, and in the present invention, a diamond electrode in the form of a microelectrode is obtained by sharply cutting the end of a fine wire such as Pt, W, Mo, etc. It means a structure in which a conductive diamond thin film is formed on the end surface.
本発明の好ましい態様によれば、導電性ダイヤモンド薄膜は、化学気相成長法により好ましく製造される。化学気相成長法とは、気相中で気体原料を化学反応させて物質を合成する方法であり、CVD(Chemical Vapor Deposition )法と一般に呼ばれる。この方法は、半導体製造プロセスにおいて広く利用されており、本発明における導電性ダイヤモンド薄膜の製造にも合目的的な改変のもと利用可能である。 According to a preferred embodiment of the present invention, the conductive diamond thin film is preferably produced by a chemical vapor deposition method. The chemical vapor deposition method is a method of synthesizing substances by chemically reacting gas raw materials in a gas phase, and is generally called a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. This method is widely used in the semiconductor manufacturing process, and can be used for manufacturing the conductive diamond thin film in the present invention under a purposeful modification.
ダイヤモンドの化学気相合成は、メタンなどの含炭素気体と水素を混合したものを原料気体として、それを励起源により励起させ、基板上に供給して堆積させることにより行われる。 The chemical vapor synthesis of diamond is performed by using a mixture of a carbon-containing gas such as methane and hydrogen as a source gas, exciting it with an excitation source, supplying it on a substrate, and depositing it.
励起源としては、熱フィラメント、マイクロ波、高周波、直流グロー放電、直流アーク放電、燃焼炎などが挙げられる。また、これらを複数組み合わせて核生成密度を調整したり、大面積化や均一化を図ることも可能である。 Examples of the excitation source include a hot filament, microwave, high frequency, direct current glow discharge, direct current arc discharge, and combustion flame. It is also possible to adjust the nucleation density by combining a plurality of these, and to increase the area and make it uniform.
原料としては、炭素の含まれている多くの種類の、励起源により分解、励起されて、C、C2などの活性な炭素、およびCH、CH2、CH3、C2H2などの炭化水素ラジカルを生じさせる化合物を利用可能である。好ましい具体例としては、気体としてCH4、C2H2、C2H4、C10H16、CO、CF4、液体としてCH3OH、C2H5OH、(CH3)2CO、固体として黒鉛、フラーレンなどが挙げられる。 As raw materials, many kinds of carbon containing carbon are decomposed and excited by an excitation source, and active carbon such as C and C 2 and carbonization such as CH, CH 2 , CH 3 and C 2 H 2 are used. Compounds that generate hydrogen radicals can be used. Preferred examples include CH 4 , C 2 H 2 , C 2 H 4 , C 10 H 16 , CO, CF 4 as gas, CH 3 OH, C 2 H 5 OH, (CH 3 ) 2 CO as liquid, Examples of the solid include graphite and fullerene.
気相合成法にあって、ダイヤモンドに導電性を付与する物質の添加は、例えば添加物質のディスクを系内に置き、炭素源原料と同様に励起させ、炭素気相に添加物質を導入する方法、炭素源に予め添加物質を添加し、系内に炭素源と共に導入し、励起源により励起し、炭素気相に添加物質を導入する方法等により行うことが出来る。本発明の好ましい態様によれば、後者の方法が好ましい。とりわけ、炭素源としてアセトン、メタノールなどの液体を用いる場合、これに酸化ホウ素(B2O3)を溶解してホウ素源とする方法が、ホウ素の濃度の制御が容易で、かつ簡便であることから好ましい。例えば、気相合成法にあって、炭素源にホウ素を添加する場合、10〜12,000ppm程度が一般的であり、また1,000〜10,000ppm程度が好ましい。 In the gas phase synthesis method, for example, a method for adding a substance that imparts conductivity to diamond is a method of introducing an additive substance into a carbon gas phase by, for example, placing a disk of the additive substance in the system and exciting the same as the carbon source material. Alternatively, an additive substance may be added in advance to the carbon source, introduced into the system together with the carbon source, excited by the excitation source, and introduced into the carbon gas phase. According to a preferred embodiment of the present invention, the latter method is preferred. In particular, when a liquid such as acetone or methanol is used as the carbon source, the method of dissolving boron oxide (B 2 O 3 ) in the liquid to form a boron source is easy to control the boron concentration and simple. To preferred. For example, in the gas phase synthesis method, when boron is added to the carbon source, it is generally about 10 to 12,000 ppm, and preferably about 1,000 to 10,000 ppm.
本発明の好ましい態様によれば、導電性ダイヤモンド薄膜の製造はプラズマ化学気相合成法により行われることが好ましい。このプラズマ化学気相合成法は、化学反応を引き起こす活性化エネルギーが大きく、反応が速いとの利点を有する。さらに、この方法によれば、熱力学的に高温でなければ存在しない化学種を生成して、低い温度での反応が可能となる。プラズマ化学気相合成法による導電性ダイヤモンド薄膜の製造は、本発明者らの一部を含めいくつかの報告が既にあり(例えば、Yano et al., J. Electrochem. Soc., 145(1998) 1870)、これら報告に記載の方法に従って行うことが好ましい。 According to a preferred embodiment of the present invention, the conductive diamond thin film is preferably produced by a plasma chemical vapor synthesis method. This plasma chemical vapor synthesis method has the advantage that the activation energy causing a chemical reaction is large and the reaction is fast. Furthermore, according to this method, a chemical species that does not exist unless it is thermodynamically high is generated, and a reaction at a low temperature is possible. There have already been several reports on the production of conductive diamond thin films by the plasma chemical vapor synthesis method, including some of the present inventors (eg, Yano et al., J. Electrochem. Soc., 145 (1998)). 1870), preferably according to the methods described in these reports.
測定装置
さらに、本発明の別の態様によれば、試料液中のカドミウムイオン濃度を測定する装置が提供される。この装置の基本構成は図3に示される通りである。図3の装置において、電源・電流計(ポテンシオスタット)31には、図1に記載の系より、導電性ダイヤモンド電極3に接続される導線A、対電極4に接続される導線B、および参照電極5に接続される導線Cが接続される。従って、本発明による装置は、図1の系と、図3の基本構成との組み合わせより成る。この電源・電流計31は、ダイヤモンド電極と対電極との間にダイヤモンド電極上でカドミウムを析出させるために電圧を印加する手段と、析出したカドミウムを溶出させるために電圧を印加する手段と、この印加電圧下における電流値または電気量を測定する手段とを兼ねるものである。すなわち、この電源・電流計31によって、作用電極と対電極との間に、作用電極上にカドミウムの析出が生じる電圧を印加し、作用電極上にカドミウムを析出させ、その後、作用電極と対電極との間に、作用電極上に析出したカドミウムの溶出が生じる電圧を印加し、両電極との間に流れる電流値または電気量を測定する。この電流値または電気量は、濃度算出装置32に送られる。この装置32には、検量線データ33が送られ、この装置内において、電源・電流計31から送られた電流値または電気量と、検量線データを比較し、試料液中のカドミウムイオン濃度を算出する。すなわち、装置32は、得られた電流値または電気量から試料液中のカドミウムイオン濃度を算出する手段である。得られたカドミウムイオン濃度は、表示装置34により表示される。
Measuring device According to yet another aspect of the present invention, an apparatus for measuring the cadmium ions concentration in the sample liquid is provided. The basic configuration of this apparatus is as shown in FIG. In the apparatus of FIG. 3, a power source / ammeter (potentiostat) 31 is connected to a conductive wire A connected to the
本発明の好ましい態様によれば、濃度算出装置32には、試料液の調製条件が入力され、この調製条件と、上記得られた試料液中のカドミウムイオン濃度とから、食品中のカドミウム濃度を算出する。得られた食品中のカドミウム濃度は、表示装置34により表示される。
According to a preferred embodiment of the present invention, the preparation condition of the sample solution is input to the
以下の実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.
例1:ダイヤモンド電極の調製
公知の方法に従い、n型シリコン(111)面上に、ホウ素を高濃度(10,000ppm、B/C比)で導入したダイヤモンド薄膜を、マイクロ波プラズマCVD装置を用いて形成した。
得られたダイヤモンド薄膜付シリコン基板から、有効面積0.13cm2のダイヤモンド電極を得た。
Example 1: Preparation of diamond electrode According to a known method, a diamond thin film in which boron is introduced at a high concentration (10,000 ppm, B / C ratio) on an n-type silicon (111) surface is used using a microwave plasma CVD apparatus. Formed.
A diamond electrode having an effective area of 0.13 cm 2 was obtained from the obtained silicon substrate with a diamond thin film.
例2:試料液の調製
市販される玄米を用いて試料液の作製を下記の通り行った。なお、下記に示される方法は、食品衛生法に基づいて制定された、食品、添加物等の規格基準(昭和34年12月28日 厚生省告示第370号)における「2 穀類,豆類,果実,野菜,種実類,茶及びホップの成分規格の試験法 (36)カドミウム試験法」の記載に基づく方法である。まず、検体としての玄米約10〜30gを精密に量り採り,300mlのケールダールフラスコに入れた。このケールダールフラスコに水10〜40ml及び濃硝酸40mlをさらに加え、よく混和した後、穏やかに加熱した。内容物を暫時加熱した後、放冷し、濃硫酸20mlを加え、再び加熱した。その間、必要に応じて時々少量ずつ濃硝酸を加えた。内容物が淡黄色から無色の透明な液になった時点で分解が完了したものと判断した。内容物を放冷した後、水を加えて全量を100mlとして、試料液を得た。得られた試料液のpHは0.01であった。
Example 2: Preparation of sample solution A sample solution was prepared as follows using commercially available brown rice. The method shown below is based on “2 Cereals, Beans, Fruits, Standards for Foods, Additives, etc. (December 28, 1959, Ministry of Health and Welfare Notification No. 370) established based on the Food Sanitation Law. This is a method based on the description of “Testing methods for component standards of vegetables, seeds, tea and hops (36) Cadmium testing method”. First, about 10-30 g of brown rice as a sample was accurately weighed and placed in a 300 ml Kjeldahl flask. 10-40 ml of water and 40 ml of concentrated nitric acid were further added to the Kjeldahl flask, mixed well, and then gently heated. The contents were heated for a while and then allowed to cool, 20 ml of concentrated sulfuric acid was added and heated again. During that time, concentrated nitric acid was added in small portions as needed. It was judged that the decomposition was complete when the content turned from pale yellow to a colorless transparent liquid. After the contents were allowed to cool, water was added to bring the total volume to 100 ml to obtain a sample solution. The pH of the obtained sample solution was 0.01.
得られた試料液についてICP−AES分析を行った。その結果、試料液中のカドミウム、鉄、銅の各濃度は以下の通りであった:
Cd:0.002ppm未満(検出限界未満)、
Fe:2.344ppm、
Cu:0.212ppm。
このように、入手した玄米はカドミウムを実質的に含有していないが、鉄を比較的多く含有していることを確認した。
The obtained sample solution was subjected to ICP-AES analysis. As a result, the concentrations of cadmium, iron, and copper in the sample solution were as follows:
Cd: less than 0.002 ppm (less than detection limit),
Fe: 2.344 ppm,
Cu: 0.212 ppm.
Thus, although the obtained brown rice did not contain cadmium substantially, it confirmed that it contained iron comparatively much.
例3:カドミウムの検出
例2で作製した玄米含有試料液に、カドミウム標準溶液を加えて、カドミウムイオン濃度40ppbおよび50ppbの、疑似的にカドミウムを含有させた玄米試料液を調製した。この試料液のpHは0.02であった。この試料液に0.1M(1/10N)KSCN水溶液2mlを添加して、試料液中のKSCNのモル濃度がFe3+のモル濃度の100倍程度となるようにした。なお、カドミウム標準溶液は、0.1M HNO3水溶液中にCd(NO3)2を100ppm含有する市販される溶液である。
Example 3: Detection of cadmium A cadmium standard solution was added to the brown rice-containing sample solution prepared in Example 2 to prepare a brown rice sample solution containing cadmium in a pseudo manner with cadmium ion concentrations of 40 ppb and 50 ppb. The pH of this sample solution was 0.02. To this sample solution, 2 ml of a 0.1 M (1/10 N) KSCN aqueous solution was added so that the molar concentration of KSCN in the sample solution was about 100 times the molar concentration of Fe 3+ . The cadmium standard solution is a commercially available solution containing 100 ppm of Cd (NO 3 ) 2 in a 0.1 M HNO 3 aqueous solution.
この試料液に、作用電極として例1で調製したダイヤモンド電極を浸け、また対電極として同様のダイヤモンド電極を浸けた。また、試料液から離して、電解質溶液を収納した槽と、参照電極としてのAg/AgCl電極を配置した。連通管の両端を試料液中の作用電極の近傍と電解質溶液とにそれぞれ浸し、連通管内に試料液を連通させた。また、塩橋の両端を電解質溶液と参照電極とにそれぞれ浸した。こうして、図1に示されるような電気化学測定用セルを構成した。なお、塩橋としてはKClを含ませたルギン管を用い、電解質溶液としては0.2M KCl溶液を用いた。 In this sample solution, the diamond electrode prepared in Example 1 was immersed as a working electrode, and a similar diamond electrode was immersed as a counter electrode. In addition, a tank containing an electrolyte solution and an Ag / AgCl electrode as a reference electrode were disposed apart from the sample solution. Both ends of the communication tube were immersed in the vicinity of the working electrode and the electrolyte solution in the sample solution, respectively, and the sample solution was connected to the communication tube. Moreover, both ends of the salt bridge were immersed in the electrolyte solution and the reference electrode, respectively. Thus, an electrochemical measurement cell as shown in FIG. 1 was constructed. In addition, a Lugin tube containing KCl was used as the salt bridge, and a 0.2M KCl solution was used as the electrolyte solution.
作用電極に−1.00V(対Ag/AgCl)の電圧を15分間印加し、作用電極上にカドミウムを析出させた。その後、300mV/sで正方向に電位を掃引してカドミウムを溶出させ、その際の電流変化を測定した。その結果は、図4に示される通りであった。図4に示されるように、カドミウムイオンに起因するとみられるピークが−0.20V(対Ag/AgCl)辺りに検出された。 A voltage of -1.00 V (vs. Ag / AgCl) was applied to the working electrode for 15 minutes to deposit cadmium on the working electrode. Thereafter, the potential was swept in the positive direction at 300 mV / s to elute cadmium, and the current change at that time was measured. The result was as shown in FIG. As shown in FIG. 4, a peak considered to be caused by cadmium ions was detected around −0.20 V (vs. Ag / AgCl).
例4:検量線の作成
0.2M KCl溶液に、カドミウム標準溶液、鉄標準溶液、および銅標準溶液を加えて、カドミウムイオン濃度40、80、100、および150ppb、鉄イオン濃度2.0ppm、銅イオン濃度0.3ppmのカドミウム含有試料液を調製した。この試料液に濃硝酸を添加して、試料液のpHが0.01になるように調整した。この試料液に0.1M(1/10N)KSCN溶液6mlを添加して、試料液中のKSCNのモル濃度がFe3+のモル濃度の約300倍程度となるようにした。なお、調製した試料液中のFe3+濃度およびCu2+濃度は、例2において玄米から得た試料液に含まれるFe3+濃度およびCu2+濃度と同程度の濃度である。
Example 4: Preparation of calibration curve A cadmium standard solution, an iron standard solution, and a copper standard solution were added to a 0.2 M KCl solution, and cadmium ion concentrations of 40, 80, 100, and 150 ppb, an iron ion concentration of 2.0 ppm, copper A cadmium-containing sample solution having an ion concentration of 0.3 ppm was prepared. Concentrated nitric acid was added to the sample solution to adjust the pH of the sample solution to 0.01. To this sample solution, 6 ml of a 0.1M (1 / 10N) KSCN solution was added so that the molar concentration of KSCN in the sample solution was about 300 times the molar concentration of Fe 3+ . Incidentally, Fe 3+ concentration and Cu 2+ concentration in the sample solution as prepared is a Fe 3+ concentration and Cu 2+ concentration and the concentration of the same order contained in the sample liquid obtained from brown rice in the example 2.
なお、鉄標準溶液は、硝酸水溶液中にFe(NO3)2を2.0ppm含有する市販される溶液である。また、銅標準溶液は、硝酸水溶液中にCu(NO3)2を0.3ppm含有する市販される溶液である。 The iron standard solution is a commercially available solution containing 2.0 ppm of Fe (NO 3 ) 2 in an aqueous nitric acid solution. The copper standard solution is a commercially available solution containing 0.3 ppm of Cu (NO 3 ) 2 in an aqueous nitric acid solution.
この試料液を用いて、例3と同様の電気化学測定用セルを構成した。作用電極に−0.50V(対Ag/AgCl電極)の電圧を15分間印加し、作用電極上にカドミウムを析出させた。その後、900mV/sで正方向に電位を掃引してカドミウムを溶出させ、その際の電流変化を測定した。その結果の一部は、図5に示される通りであった。 An electrochemical measurement cell similar to that in Example 3 was constructed using this sample solution. A voltage of −0.50 V (vs. Ag / AgCl electrode) was applied to the working electrode for 15 minutes to deposit cadmium on the working electrode. Thereafter, the potential was swept in the positive direction at 900 mV / s to elute cadmium, and the current change at that time was measured. Some of the results were as shown in FIG.
得られた電流ピークの面積から算出される積算電気量とカドミウムイオン濃度から、図6に示される検量線が得られた。したがって、この検量線を用いることにより、玄米を強酸で分解してなる試料液中のカドミニウムイオン濃度を測定することができる。 A calibration curve shown in FIG. 6 was obtained from the integrated electric quantity calculated from the area of the obtained current peak and the cadmium ion concentration. Therefore, by using this calibration curve, the cadmium ion concentration in the sample solution obtained by degrading brown rice with a strong acid can be measured.
例5:錯形成剤の添加による影響
0.2M KCl溶液に、カドミウム標準溶液、鉄標準溶液、および銅標準溶液を加えて、カドミウムイオン濃度0.08ppm、鉄イオン濃度2.0ppm、銅イオン濃度0.3ppmのカドミウム含有試料液を調製した。この試料液に濃硝酸を添加して、試料液のpHが0.01になるように調整した。この試料液に0.1M(1/10N)KSCN溶液200μlを添加して、試料液中のKSCNのモル濃度がFe3+のモル濃度の約10倍程度となるようにした。
Example 5: Effect of addition of complexing agent A cadmium standard solution, an iron standard solution, and a copper standard solution were added to a 0.2 M KCl solution to obtain a cadmium ion concentration of 0.08 ppm, an iron ion concentration of 2.0 ppm, and a copper ion concentration. A sample solution containing 0.3 ppm of cadmium was prepared. Concentrated nitric acid was added to the sample solution to adjust the pH of the sample solution to 0.01. To this sample solution, 200 μl of a 0.1 M (1/10 N) KSCN solution was added so that the molar concentration of KSCN in the sample solution was about 10 times the molar concentration of Fe 3+ .
作用電極に−0.60V(対Ag/AgCl)の電圧を15分間印加し、作用電極上にカドミウムを析出させた。その後、300mV/sで正方向に電位を掃引してカドミウムを溶出させ、その際の電流変化を測定した。その結果は、図7に示される通りであった。 A voltage of −0.60 V (vs. Ag / AgCl) was applied to the working electrode for 15 minutes to deposit cadmium on the working electrode. Thereafter, the potential was swept in the positive direction at 300 mV / s to elute cadmium, and the current change at that time was measured. The result was as shown in FIG.
比較のため、錯形成剤としてKSCNを添加しなかったこと以外は上記同様にして、測定を行った。その結果は、図7に示される通りであった。 For comparison, measurement was performed in the same manner as above except that KSCN was not added as a complexing agent. The result was as shown in FIG.
図7の結果から以下のことが分かる。図7に示されるように、KSCNを添加しない場合には、−0.05V(対Ag/AgCl)の辺りにCd2+、Fe3+、およびCu2+に起因する重複する高いピークが観察される。一方、KSCNを添加した場合には、−0.05V(対Ag/AgCl)の辺りのピークが低くなるとともに、+0.10V(対Ag/AgCl)の辺りに錯形成されたFe3+およびCu2+に起因するとみられる新たなピークが観察された。この結果から、錯形成剤を添加することにより、Fe3+およびCu2+に起因するピークを移動させて、カドミウムイオンに起因するピーク電流をより正確に検出できることが分かる。 The following can be understood from the results of FIG. As shown in FIG. 7, when KSCN is not added, overlapping high peaks due to Cd 2+ , Fe 3+ , and Cu 2+ are observed around −0.05 V (vs. Ag / AgCl). On the other hand, when KSCN is added, the peak around −0.05 V (vs. Ag / AgCl) is lowered, and Fe 3+ and Cu 2+ complexed around +0.10 V (vs. Ag / AgCl). A new peak that was attributed to was observed. From this result, it can be seen that by adding the complexing agent, the peak caused by Fe 3+ and Cu 2+ can be moved, and the peak current caused by cadmium ions can be detected more accurately.
例6:錯形成剤の添加量による影響
0.1M(1/10N)KSCN溶液の添加量を2、4、および6mlとして、試料液中のKSCNのモル濃度がFe3+のモル濃度の約100倍、約200倍、および約300倍のモル濃度となるようにしたこと、およびカドミウム固定電位を−0.5V(対Ag/AgCl電極)としたこと以外は、例5と同様にして、測定を行った。その結果は、図8に示される通りであった。図8の結果から、KSCNの添加量が鉄イオンの約200倍以上のモル濃度になると、Fe3+およびCu2+による影響が大幅に低減できることが分かる。
Example 6 Influence of Complexing Agent Addition Amount The 0.1 M (1 / 10N) KSCN solution addition amount was 2, 4, and 6 ml, and the KSCN molar concentration in the sample solution was about 100 times the molar concentration of Fe 3+. Measured in the same manner as in Example 5 except that the molar concentration was about 200 times, about 300 times, and about 300 times, and the cadmium fixed potential was -0.5 V (vs. Ag / AgCl electrode). Went. The result was as shown in FIG. From the results of FIG. 8, it can be seen that when the amount of KSCN added is about 200 times or more that of iron ions, the influence of Fe 3+ and Cu 2+ can be greatly reduced.
例7:カドミウム固定電位による影響
0.1M(1/10N)KSCN溶液の添加量を2mlとして、試料液中のKSCNのモル濃度がFe3+のモル濃度の約100倍程度となるようにしたこと、およびカドミウム固定電位を−0.40、−0.50、−0.60、および−0.70V(対Ag/AgCl)としたこと以外は、例5と同様にして、測定を行った。その結果は、図9に示される通りであった。図9に示されるように、カドミウム固定電位が−0.50V(対Ag/AgCl電極)の場合に、Fe3+イオンおよびCu2+イオンの影響が大幅に低減されるとともに、カドミウムイオンに起因すると見られる高いピークが観察された。
Example 7: Effect of cadmium fixed potential The amount of 0.1M (1 / 10N) KSCN solution added was 2 ml, and the molar concentration of KSCN in the sample solution was about 100 times the molar concentration of Fe 3+. The cadmium fixed potential was −0.40, −0.50, −0.60, and −0.70 V (vs. Ag / AgCl), and the measurement was performed in the same manner as in Example 5. The result was as shown in FIG. As shown in FIG. 9, when the cadmium fixed potential is −0.50 V (vs. Ag / AgCl electrode), the influence of Fe 3+ ions and Cu 2+ ions is greatly reduced, and it is considered to be caused by cadmium ions. A high peak was observed.
例8:カドミウム固定電位の印加時間による影響
0.2M KCl溶液に、カドミウム標準溶液を加えて、カドミウムイオン濃度10ppbのカドミウム含有試料液を調製した。この試料液に濃硝酸を添加して、試料液のpHが0.01になるように調整した。この試料液を用いて、例3と同様に電気化学測定用セルを構成した。
Example 8: Influence of application time of cadmium fixed potential A cadmium standard solution was added to a 0.2 M KCl solution to prepare a cadmium-containing sample solution having a cadmium ion concentration of 10 ppb. Concentrated nitric acid was added to the sample solution to adjust the pH of the sample solution to 0.01. Using this sample solution, an electrochemical measurement cell was constructed in the same manner as in Example 3.
作用電極に−1.00V(対Ag/AgCl)の電圧を0、5、10、15、20、および30分間印加し、作用電極上にカドミウムを析出させた。その後、400mV/sで正方向に電位を掃引してカドミウムを溶出させ、その際の電流ピーク面積の変化を測定した。その結果は、図10に示される通りであった。図10に示されるように、カドミウム析出電位の印加時間が10〜15分に達すると、ピーク電気量はほとんど飽和することが分かる。 A voltage of -1.00 V (vs. Ag / AgCl) was applied to the working electrode for 0, 5, 10, 15, 20, and 30 minutes to deposit cadmium on the working electrode. Thereafter, the potential was swept in the positive direction at 400 mV / s to elute cadmium, and the change in the current peak area at that time was measured. The result was as shown in FIG. As shown in FIG. 10, when the application time of the cadmium precipitation potential reaches 10 to 15 minutes, it can be seen that the peak electric quantity is almost saturated.
例9:電位掃引速度による影響
0.1M(1/10N)KSCN溶液の添加量を6mlとして試料液中のKSCNのモル濃度がFe3+のモル濃度の300倍程度となるようにしたこと、カドミウム固定電位を−0.50V(対Ag/AgCl)としたこと、およびカドミウム溶出時における電位掃引速度を300、600、および900mV/sとしたこと以外は、例5と同様にして、測定を行った。その結果は、図11に示される通りであった。図11に示されるように、電位掃引速度を高めると、電流ピークが高くなり、検出精度が高くなることが分かる。
Example 9: Effect of potential sweep rate The amount of 0.1 M (1 / 10N) KSCN solution added was 6 ml, and the KSCN molar concentration in the sample solution was about 300 times the molar concentration of Fe 3+ , cadmium Measurement was performed in the same manner as in Example 5 except that the fixed potential was set to -0.50 V (vs. Ag / AgCl) and the potential sweep rate at the time of elution of cadmium was set to 300, 600, and 900 mV / s. It was. The result was as shown in FIG. As shown in FIG. 11, it can be seen that when the potential sweep rate is increased, the current peak increases and the detection accuracy increases.
Claims (21)
食品を強酸で分解してなる、pHが1.00未満である試料液を用意し、
前記試料液に、作用電極としての導電性ダイヤモンド電極と、対電極とを共に接触させ、
前記作用電極と前記対電極との間に、作用電極上にカドミウムの析出が生じる電圧を印加し、前記作用電極上にカドミウムを析出させ、その後、
前記作用電極と前記対電極との間に、作用電極上に析出したカドミウムの溶出が生じる電圧を印加し、両電極の間に流れる電流を検出すること
を含んでなる、方法。 A method for detecting cadmium in food,
Prepare a sample solution having a pH of less than 1.00, which is obtained by decomposing food with a strong acid,
The sample liquid is brought into contact with a conductive diamond electrode as a working electrode and a counter electrode together,
Between the working electrode and the counter electrode, a voltage at which cadmium deposition occurs on the working electrode is applied, cadmium is deposited on the working electrode, and then
Applying a voltage between the working electrode and the counter electrode to cause elution of cadmium deposited on the working electrode, and detecting a current flowing between the two electrodes.
食品を強酸で分解してなる、pHが1.00未満である試料液を収納する容器と、
該試料液に作用電極としての導電性ダイヤモンド電極と、対電極とを共に接触させる手段と、
前記作用電極と前記対電極との間に、作用電極上にカドミウムの析出が生じる電圧を印加する手段と、
前記作用電極と前記対電極との間に、作用電極上に析出したカドミウムの溶出が生じる電圧を印加する手段と、
該印加電圧下において前記作用電極と前記対電極との間に流れる電流を検出する手段と
を少なくとも備えてなる、装置。 An apparatus for carrying out the method for detecting cadmium in food according to any one of claims 1 to 17 ,
A container containing a sample solution having a pH of less than 1.00, which is obtained by decomposing food with a strong acid;
Means for bringing a conductive diamond electrode as a working electrode into contact with the sample solution and a counter electrode;
Means for applying a voltage that causes cadmium deposition on the working electrode between the working electrode and the counter electrode;
Means for applying a voltage at which elution of cadmium deposited on the working electrode occurs between the working electrode and the counter electrode;
An apparatus comprising at least means for detecting a current flowing between the working electrode and the counter electrode under the applied voltage.
前記容器と前記電解質溶液槽とを連結し、前記試料液が連通する連通管と、
前記電解質溶液槽と前記参照電極とを連結し、前記電解質溶液と前記参照電極とを電気的に接続する塩橋と
をさらに備えてなる、請求項20に記載の装置。 An electrolyte solution tank for storing the electrolyte solution;
Connecting the container and the electrolyte solution tank, and a communication pipe through which the sample solution communicates;
21. The apparatus according to claim 20 , further comprising a salt bridge that connects the electrolyte solution tank and the reference electrode and electrically connects the electrolyte solution and the reference electrode.
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