JP5331830B2 - Electrode for electrochemical measurement and electrochemical analyzer - Google Patents
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- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
Abstract
Description
本発明は、血液・尿など液体試料中に含まれる微量の化学的成分を電気化学的に分析する電気化学測定用電極および電気化学的分析装置に関する。 The present invention relates to an electrode for electrochemical measurement and an electrochemical analyzer for electrochemically analyzing a trace amount of chemical components contained in a liquid sample such as blood and urine.
電気化学測定は、比較的簡単な装置構成で高感度測定が可能であり、分析化学の分野で多用されている。電気化学測定手法として、ポテンシオメトリ、アンペロメトリ、ボルタンメトリ、インピーダンス測定等、さらにこれらと他の検出手段、例えば光学素子等との組み合わせにより光子を検出する方法がある。 Electrochemical measurement enables high-sensitivity measurement with a relatively simple apparatus configuration, and is frequently used in the field of analytical chemistry. Electrochemical measurement methods include potentiometry, amperometry, voltammetry, impedance measurement, and the like, and a method of detecting photons by combining these with other detection means such as an optical element.
一般的に、電気化学測定に用いられる電極は、その化学的な安定性に優れた特性から白金族金属、とりわけ白金が多用されている。近年、血液・尿など液体試料に含まれる化学的成分の分析においてもフローセル内に組み込む電極として白金が用いられている。 In general, platinum group metals, especially platinum, are frequently used for electrodes used for electrochemical measurements because of their excellent chemical stability. In recent years, platinum has been used as an electrode incorporated in a flow cell in the analysis of chemical components contained in liquid samples such as blood and urine.
例えば、特許文献1に記載のように、血液や尿中の化学的成分を連続計測する場合、洗浄、本測定を始めとして、一分析毎に作用極、対極間に複数の電位印加するプロセスを経ることで繰り返し計測を可能としている。 For example, as described in Patent Document 1, when chemical components in blood and urine are continuously measured, a process of applying a plurality of potentials between the working electrode and the counter electrode for each analysis is performed, including washing and main measurement. Through this, repeated measurement is possible.
白金を含む電極材としては、特許文献2に、対電極、作用電極に白金族金属を用いることが記載されている。また、特許文献3には、チタン、タンタル、ジルコニウムなどの弁金属と白金とを熱プレスにより複合化した電気化学反応用の電極およびその製造方法が開示されている。
As an electrode material containing platinum,
さらに、特許文献4において、食塩水を電気分解して殺菌作用を持つ強酸性水を生成するための電極、有機物含有排水の電解清浄化処理等の用途に使用される不溶性電極として、チタン、ニオブ、タンタル基材上に白金合金被覆層、酸化イリジウム及び/又は酸化白金被覆層を順に形成した電極が開示されている。 Furthermore, in Patent Document 4, titanium, niobium are used as an insoluble electrode used for an electrode for electrolyzing salt water to produce strongly acidic water having a bactericidal action, and for electrolytic cleaning treatment of organic matter-containing wastewater. An electrode in which a platinum alloy coating layer, iridium oxide and / or a platinum oxide coating layer are sequentially formed on a tantalum substrate is disclosed.
白金族金属、特に白金が電極として使用された場合、実験的に行うような数十〜数百回の分析においては大変優れた特性を示す。 When a platinum group metal, particularly platinum, is used as an electrode, it exhibits very excellent characteristics in the analysis of several tens to several hundreds of times that is experimentally performed.
しかしながら、特許文献1に示したような分析系、例えば、血液・尿など液体試料に含まれる化学的成分の分析において、成分中に蛋白質やハロゲン元素を多く含む試料を長期間にわたり繰り返し測定する場合、あるいは電極表面を洗浄するための洗浄剤として水酸化カリウムなどの強アルカリ成分を含む試料を電極表面に接触させ、電圧を長期間反復印加した場合、電極表面が徐々に侵食される。その結果、電極の表面状態が変動し、測定結果に悪影響を与えるという問題があった。 However, in the analysis system shown in Patent Document 1, for example, in the analysis of chemical components contained in a liquid sample such as blood and urine, when a sample containing a large amount of protein or halogen element is repeatedly measured over a long period of time Alternatively, when a sample containing a strong alkali component such as potassium hydroxide is brought into contact with the electrode surface as a cleaning agent for cleaning the electrode surface, and the voltage is repeatedly applied for a long time, the electrode surface is gradually eroded. As a result, there is a problem that the surface state of the electrode fluctuates and adversely affects the measurement result.
また、周知の通り、白金は高価な金属であり、特許文献2および3に示すように、白金族金属、白金とチタン金属等との複合電極が公知である。
As is well known, platinum is an expensive metal, and as shown in
しかしながら、前記の複合電極において、白金層の結晶組織および配向性が制御された例は無い。 However, in the above composite electrode, there is no example in which the crystal structure and orientation of the platinum layer are controlled.
本願の発明者らが鋭意検討した結果、血液・尿など液体試料に含まれる極微量濃度の化学的成分を同一の電極を用いて複数回測定する分析においては、電極の表面状態、特に結晶配向性が分析データに影響を及ぼすことがわかってきた。 As a result of intensive studies by the inventors of the present application, the surface state of the electrode, particularly the crystal orientation, is analyzed in the case where an extremely small concentration of a chemical component contained in a liquid sample such as blood and urine is measured multiple times using the same electrode. It has been found that sex affects analytical data.
本発明の目的は、白金量を低減し、十分な機械的強度を有し、かつ電極表面状態の変動の少ない電気化学測定用電極、及びその電極を用いた、長期間にわたりデータが安定で適正な分析測定を行うことができる電気化学的分析装置を実現することである。 The purpose of the present invention is to reduce the amount of platinum, have sufficient mechanical strength, and have little fluctuation in the electrode surface state, and an electrode for electrochemical measurement, and using the electrode, the data is stable and appropriate over a long period of time. It is to realize an electrochemical analysis apparatus capable of performing various analytical measurements.
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成される。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
本発明の電気化学測定用電極は、Ti、Ta、Nb、Zr、Hf、V、Mo、Wのうちのいずれかの弁金属と白金とが積層され、上記白金部の板厚方向の断面結晶組織が電極表面に対して層状に形成されている。 The electrode for electrochemical measurement according to the present invention is formed by stacking a valve metal of any one of Ti, Ta, Nb, Zr, Hf, V, Mo, and W and platinum, and a sectional crystal in the plate thickness direction of the platinum part. The tissue is layered with respect to the electrode surface.
また、本発明の電気化学的分析装置は、作用極、対極、参照極が内部に配置される電解セルと、電解セル内の測定溶液及び緩衝溶液を注入する溶液注入機構と、作用極、対極、参照極に電位を印加する電位印加手段と、作用極、対極、参照極に接続され上記測定溶液の電気化学的特性を測定する測定手段とを備え、作用極は、Ti、Ta、Nb、Zr、Hf、V、Mo、Wのうちのいずれかの弁金属と白金とが積層され、上記白金部の板厚方向の断面結晶組織が電極表面に対して平行に層状に形成されている。 The electrochemical analysis apparatus of the present invention includes an electrolytic cell in which a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode are disposed, a solution injection mechanism for injecting a measurement solution and a buffer solution in the electrolytic cell, a working electrode, and a counter electrode. A potential applying means for applying a potential to the reference electrode; and a working electrode, a counter electrode, and a measuring means connected to the reference electrode for measuring the electrochemical characteristics of the measurement solution, wherein the working electrode comprises Ti, Ta, Nb, A valve metal of any one of Zr, Hf, V, Mo, and W and platinum are laminated, and the cross-sectional crystal structure in the plate thickness direction of the platinum portion is formed in layers in parallel to the electrode surface.
また、本発明の電気化学的分析装置に用いる電気化学測定用電極の製造方法は、 Ti、Ta、Nb、Zr、Hf、V、Mo、Wのうちのいずれかの弁金属と白金とを冷間圧延加工により板状に積層して、上記白金の板厚方向の断面結晶組織が電極表面に対して層状に形成され、上記白金の各層の厚みが5マイクロメートル以下である積層電極を形成し、形成した積層電極を鏡面研磨し、積層電極の表面変質層を電気化学的に除去する。 In addition, the method for producing an electrode for electrochemical measurement used in the electrochemical analysis apparatus of the present invention is a method of cooling any valve metal and platinum of Ti, Ta, Nb, Zr, Hf, V, Mo, and W. By laminating into a plate shape by hot rolling, a cross-sectional crystal structure in the plate thickness direction of the platinum is formed in a layer shape with respect to the electrode surface, and a laminated electrode in which the thickness of each layer of the platinum is 5 micrometers or less is formed. The formed laminated electrode is mirror-polished and the surface altered layer of the laminated electrode is removed electrochemically.
さらに、本発明の電気化学的分析装置に用いる電気化学測定用電極の製造装置は、白金を窒素雰囲気中で加圧し、加熱して熱間圧延加工し、所定の板厚の白金板を作製する白金板圧延加工部と、白金板を冷間圧延加工する白金板冷間圧延部と、白金板冷間圧延部で処理された白金板とチタン板とを真空中に配置し、チタン板表面をドライエッチングして、表面酸化層を除去する表面酸化膜除去部と、 白金板とチタン板とを積層し、真空雰囲気中で白金板の膜厚が所定厚さとなるように冷間圧延加工し、上記白金の板厚方向の断面結晶組織が電極表面に対して層状に形成され、上記白金の各層の厚みが5マイクロメートル以下である白金とチタンとの積層電極を形成する積層電極形成部と、作成された積層電極を所定の大きさに切断する切断部と、切断された積層電極の白金表面と導線とを電気的に接続する電極化部と、導線と接続された積層電極の白金表面だけが所定の面積で露出するように接着剤を用いて絶縁性樹脂へ埋め込む樹脂包埋部と、埋め込まれた積層電極の白金表面を機械研磨加工する機械研磨部と、機械研磨された積層電極を電解液中で所定の電位及び所定の電位走査速度で電位走査を繰り返す電解研磨部とを備える。 Furthermore, the electrochemical measuring electrode manufacturing apparatus used in the electrochemical analysis apparatus of the present invention pressurizes platinum in a nitrogen atmosphere, heats it, and hot-rolls it to produce a platinum plate having a predetermined thickness. A platinum plate rolling section, a platinum plate cold rolling section for cold rolling a platinum plate, and a platinum plate and a titanium plate processed in the platinum plate cold rolling section are placed in a vacuum, and the titanium plate surface is Surface etching film removal part that removes the surface oxide layer by dry etching, a platinum plate and a titanium plate are laminated, and cold rolled so that the thickness of the platinum plate becomes a predetermined thickness in a vacuum atmosphere, A cross-sectional crystal structure in the plate thickness direction of the platinum is formed in a layered manner with respect to the electrode surface, and a laminated electrode forming portion for forming a laminated electrode of platinum and titanium having a thickness of each platinum layer of 5 micrometers or less; Cutting that cuts the laminated electrode to a specified size Insulating with an adhesive so that only the platinum surface of the laminated electrode connected to the lead wire is exposed in a predetermined area, and an electrode forming portion for electrically connecting the platinum surface of the cut laminated electrode and the lead wire A resin-embedded portion embedded in a conductive resin, a mechanical polishing portion that mechanically polishes the platinum surface of the embedded laminated electrode, and a mechanically polished laminated electrode at a predetermined potential and a predetermined potential scanning speed in an electrolyte. And an electropolishing unit that repeats scanning.
本発明によれば、白金量を低減し、十分な機械的強度を有し、かつ電極表面状態の変動の少ない電気化学測定用電極、及びその電極を用いた長期間にわたりデータが安定で適正な分析測定を行うことができる電気化学的分析装置、電気化学測定用電極の製造方法、及び電気化学測定用電極の製造装置を実現することができる。 According to the present invention, the amount of platinum is reduced, the electrode has a sufficient mechanical strength, and has little fluctuation in the electrode surface state, and the data is stable and appropriate over a long period of time using the electrode. An electrochemical analyzer capable of performing analytical measurement, an electrochemical measurement electrode manufacturing method, and an electrochemical measurement electrode manufacturing apparatus can be realized.
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
本発明の実施例の説明に先立って、本発明の原理について説明する。 Prior to the description of the embodiments of the present invention, the principle of the present invention will be described.
血液・尿などの液体試料に含まれる化学的成分の分析において、長期間にわたり繰り返し測定する場合、測定結果が変動する原因について、本発明者らが種々解析を行った。その結果、分析の繰り返しに伴う電極表面状態の変化に主に起因することが判明した。 In the analysis of chemical components contained in liquid samples such as blood and urine, the present inventors have conducted various analyzes on the cause of fluctuations in the measurement results when repeatedly measuring over a long period of time. As a result, it was found that it was mainly caused by the change in the electrode surface state accompanying the repeated analysis.
すなわち、蛋白質などを含む液体試料中での電位印加過程、電極表面を洗浄するための洗浄剤として水酸化カリウムなどの強アルカリ成分を含む液体中での電位印加過程、前記両者を長期間反復した場合、電極表面が徐々にエッチングされ、繰り返し分析後の表面状態が分析初期のそれに対して変動する。結果的に測定結果に悪影響を与える。 That is, the process of applying a potential in a liquid sample containing protein, the process of applying a potential in a liquid containing a strong alkali component such as potassium hydroxide as a cleaning agent for cleaning the electrode surface, both of which were repeated for a long time. In this case, the electrode surface is gradually etched, and the surface state after repeated analysis varies with respect to that at the beginning of analysis. As a result, the measurement result is adversely affected.
白金表面のエッチング挙動を調べたところ、表面の結晶方位によりエッチング速度が変化するため、結晶方位の異なる組織単位で段差が生じることがわかった。白金の板厚方向の断面観察で見られる結晶層が5μmを越えると、分析繰り返し、すなわちエッチングの進行に伴い、電極表面の凹凸が顕在化し、電極表面積が変動することになる。 As a result of examining the etching behavior of the platinum surface, it was found that the etching rate varies depending on the crystal orientation of the surface, so that a level difference occurs in the structural unit having different crystal orientation. When the crystal layer observed in the cross-sectional observation of platinum in the plate thickness direction exceeds 5 μm, as the analysis is repeated, that is, with the progress of etching, the unevenness of the electrode surface becomes obvious and the electrode surface area changes.
特に、フローセル内に作用極を設置する場合、電極表面の凹凸が大きいと、安定した液流を確保できなくなり、分析液、洗浄液の液置換を十分に行えず、適正な分析ができなくなってしまう。 In particular, when the working electrode is installed in the flow cell, if the unevenness of the electrode surface is large, it will not be possible to secure a stable liquid flow, and sufficient replacement of the analysis liquid and cleaning liquid will not be possible, making it impossible to perform proper analysis. .
結晶層を小さくすると、電極表面積の大きな変動を抑制できる。従って、長期間にわたり分析データを安定化するためには、板厚方向に均一にエッチングすることが有効であり、白金の結晶層の厚みを5μm以下、好ましくは3μm以下、より好ましくは1μm以下とすることが有効である。 When the crystal layer is made small, large fluctuations in the electrode surface area can be suppressed. Therefore, in order to stabilize the analysis data over a long period of time, it is effective to etch uniformly in the thickness direction, and the thickness of the platinum crystal layer is 5 μm or less, preferably 3 μm or less, more preferably 1 μm or less. It is effective to do.
つまり、液体試料中に含まれる化学的成分の電気化学的応答を測定する電気化学的分析装置に用いる電気化学測定用電極において、Ti、Ta、Nb、Zr、Hf、V、Mo、Wのうちいずれかの弁金属と白金とを積層し、白金部の板厚方向の断面結晶組織を電極表面に対して層状に形成し、白金部の各層の厚みを5μm以下とする。 That is, in the electrode for electrochemical measurement used in the electrochemical analyzer for measuring the electrochemical response of the chemical component contained in the liquid sample, among Ti, Ta, Nb, Zr, Hf, V, Mo, W One of the valve metals and platinum are laminated, and the cross-sectional crystal structure in the plate thickness direction of the platinum portion is formed in a layered manner with respect to the electrode surface, and the thickness of each layer of the platinum portion is 5 μm or less.
ただし、結晶粒を小さくしすぎると、材料が硬くなり加工性が損なわれるため、各層の厚みは、0.01μm以上が好ましい。本明細書にて「層状の結晶組織」とは、個々の結晶組織が電極平面方向に対して延伸した状態、すなわち圧延方向に引き延ばされた状態であり、かつ電極板厚方向に対して押し縮められた状態を指す。また、個々の層は単一の結晶構造で構成されることを意味するものではなく、実質的には複数の異なる延伸した結晶組織で構成されている。「結晶の層の厚み」とは、白金と弁金属との積層電極の板厚方向断面を観察したときに見られる白金部の個々の結晶の板厚方向における長さを指す。 However, if the crystal grains are too small, the material becomes hard and the workability is impaired, so the thickness of each layer is preferably 0.01 μm or more. In this specification, the “layered crystal structure” is a state in which each crystal structure is stretched in the electrode plane direction, that is, a state in which the crystal structure is stretched in the rolling direction, and in the electrode plate thickness direction. Refers to the compressed state. Further, the individual layers do not mean that they are composed of a single crystal structure, but are substantially composed of a plurality of different stretched crystal structures. “Crystal layer thickness” refers to the length in the plate thickness direction of the individual crystals of the platinum portion seen when the cross section in the plate thickness direction of the laminated electrode of platinum and valve metal is observed.
なお、個々の結晶は、粒界角度が2度未満の小傾角粒界で囲まれた組織を指す。結晶組織像は電子線後方散乱パターン法等により観察することが可能である。 Each crystal refers to a structure surrounded by a small-angle grain boundary having a grain boundary angle of less than 2 degrees. The crystal structure image can be observed by an electron beam backscattering pattern method or the like.
上記理由から、分析データ安定性の向上には、白金の結晶の層の厚みだけでなく、電極表面の結晶配向性の制御が有効である。好ましい面方位は特に限定されないが、白金表面のX線回折において(111)面、(200)面、(220)面、あるいは(311)面のいずれかの面を優先配向させた電極が好ましい。所定の面方位がピーク積分値で80%以上を占める白金が好ましい。尚、電極表面の結晶配向率は、次式(1)で定義されるものである。 For the above reasons, in order to improve the stability of the analytical data, it is effective to control not only the thickness of the platinum crystal layer but also the crystal orientation on the electrode surface. The preferred plane orientation is not particularly limited, but an electrode in which any one of the (111) plane, (200) plane, (220) plane, or (311) plane is preferentially oriented in X-ray diffraction of the platinum surface is preferable. Platinum in which the predetermined plane orientation occupies 80% or more of the peak integral value is preferable. The crystal orientation rate on the electrode surface is defined by the following formula (1).
(結晶方位の配向率)=I(hkl)/Si[I(hkl)]×100 ・・・(1)
但し、I(hkl)は電極表面のX線回析測定より得られる各面の回析強度積分値であり、Si[I(hkl)]は(hkl)の回析強度積分値の総和である。本明細書では、X線回析測定より得られる(111)面、(200)面、(220)面、あるいは(311)面のそれぞれの回析強度積分値から上式(1)に従って優先配向性を算出する。より好ましくは、熱間圧延、焼鈍処理、冷間圧延を組み合わせて作製して得られる(220)方位が優先配向した白金を用いることができる。白金の層の厚みを5μm以下にするには、白金の再結晶温度以下での冷間圧延加工において圧下率70%以上、好ましくは90%以上の条件で実施する。圧下率は次式(2)で定義する。
(Orientation ratio of crystal orientation) = I (hkl) / Si [I (hkl)] × 100 (1)
However, I (hkl) is the integrated value of diffraction intensity of each surface obtained from the X-ray diffraction measurement of the electrode surface, and Si [I (hkl)] is the total sum of integrated values of diffraction intensity of (hkl). . In this specification, the preferred orientation according to the above formula (1) from the respective diffraction intensity integrated values of the (111) plane, (200) plane, (220) plane, or (311) plane obtained by X-ray diffraction measurement. Calculate gender. More preferably, platinum having a preferentially oriented (220) orientation obtained by combining hot rolling, annealing, and cold rolling can be used. In order to make the thickness of the
(圧下率)=(t0−t)/t0×100 ・・・(2)
ただし、上記(2)式において、t0は圧延前の厚みであり、tは圧延後の厚みである。
(Rolling ratio) = (t 0 −t) / t 0 × 100 (2)
However, in the above (2), t 0 is the thickness before rolling, t is the thickness after rolling.
チタン等の弁金属との接合に関しては、チタン等の表面が酸素、炭素、窒素などと反応し、不活性皮膜を形成することから、チタンの金属表面を露出させて、速やかに白金と接合する必要がある。そのためには、例えば、チタン表面に形成された不活性皮膜を真空雰囲気下でドライエッチングなどにより除去した後、白金板と付き合わせ、白金の再結晶温度以下で鍛接することにより接合が可能である。 For joining with valve metals such as titanium, the surface of titanium reacts with oxygen, carbon, nitrogen, etc. to form an inactive film, so that the metal surface of titanium is exposed and quickly joined with platinum. There is a need. For this purpose, for example, after the inert film formed on the titanium surface is removed by dry etching or the like in a vacuum atmosphere, bonding is possible by bonding with a platinum plate and forging at or below the recrystallization temperature of platinum. .
また、公知の爆発圧接法によりチタンと白金を接合した後、冷間圧延加工することも可能である。また、冷間圧延加工した白金箔とチタン板を爆発圧接法により接合してもよい。 It is also possible to cold-roll after titanium and platinum are joined by a known explosive pressure welding method. Alternatively, the cold-rolled platinum foil and the titanium plate may be joined by an explosion pressure welding method.
さらに、冷間圧延加工した白金箔とチタン表面に白金メッキを施したものとを、白金表面同士を付き合わせ、再結晶温度以下で鍛接することにより作製することも可能である。チタン表面に白金メッキを施す場合、密着性を向上させるための前処理として、チタン表面をサンドブラスト法または化学エッチング法により処理してもよい。化学エッチング法においては、弗酸、弗化物含有弗酸、濃硫酸、塩酸、蓚酸など、またそれらの混合溶液を用いることができる。 Furthermore, it is also possible to produce a cold-rolled platinum foil and a titanium surface plated with platinum by bringing the platinum surfaces together and forging at a recrystallization temperature or lower. When platinum plating is performed on the titanium surface, the titanium surface may be treated by a sandblasting method or a chemical etching method as a pretreatment for improving adhesion. In the chemical etching method, hydrofluoric acid, fluoride-containing hydrofluoric acid, concentrated sulfuric acid, hydrochloric acid, oxalic acid, or a mixed solution thereof can be used.
また、弁金属に白金メッキを施した電極を用いることもできる。結晶粒径、配向性の制御には添加剤として有機物質を含むメッキ液中で電流密度を制御することにより白金メッキが可能となる。さらに、メッキ後、再結晶温度以下で圧延加工することにより白金の結晶の層の厚みおよび結晶配向性を調整することもできる。 Further, an electrode in which the valve metal is plated with platinum can also be used. For controlling the crystal grain size and orientation, platinum plating is possible by controlling the current density in a plating solution containing an organic substance as an additive. Furthermore, after plating, the thickness and crystal orientation of the platinum crystal layer can be adjusted by rolling at a recrystallization temperature or lower.
積層電極の下地電極である弁金属の板厚は特に限定されないが、曲げや切削等の加工性の観点から10〜5000μmが好ましい。積層電極の白金部の厚みとしては、10〜150μmであることが好ましい。より好ましくは、積層電極の白金部の厚みは、20〜100μmである。 Although the plate | board thickness of the valve metal which is a base electrode of a laminated electrode is not specifically limited, From viewpoint of workability, such as a bending and cutting, 10-5000 micrometers is preferable. The thickness of the platinum portion of the laminated electrode is preferably 10 to 150 μm. More preferably, the thickness of the platinum part of a laminated electrode is 20-100 micrometers.
圧延工程において表層にランダムな結晶配向性を有する層が形成される場合や熱集中により粗大な結晶組織が形成される場合があり、その深さは場合によっては表層から10μm程度に及ぶ。そのため、白金部の厚みは10μmを上回ることが好ましい。150μm以上の厚みでは電極単独で取り扱い上問題のない、十分な機械的強度を確保できるが、白金量が多くなり、高コストになる。白金部の厚みを100μmとすることで白金量を低減して低コスト化でき、かつ積層電極構造であるが故、取り扱い上問題のない十分な機械的強度を有する。 In the rolling process, a layer having random crystal orientation may be formed on the surface layer or a coarse crystal structure may be formed due to heat concentration, and the depth may reach about 10 μm from the surface layer in some cases. Therefore, the thickness of the platinum part is preferably more than 10 μm. When the thickness is 150 μm or more, sufficient mechanical strength can be secured with no problem in handling the electrode alone, but the amount of platinum increases and the cost increases. By setting the thickness of the platinum portion to 100 μm, the amount of platinum can be reduced and the cost can be reduced, and since it has a laminated electrode structure, it has sufficient mechanical strength with no handling problems.
白金と弁金属とを一体化して積層電極を作製した後、白金電極表面を機械的に研磨することが好ましい。さらに、機械的に研磨した電極を電解研磨することがより好ましい。電解研磨は、酸あるいは水酸化カリウムなどの強アルカリ成分を含む電解液中で水素発生領域と酸素発生領域間で繰り返し電位印加する方法が好ましい。印加電位波形は三角波、矩形波などを用いることができるが、本発明においては、特に限定する必要はない。 It is preferable to mechanically polish the surface of the platinum electrode after producing a laminated electrode by integrating platinum and the valve metal. Furthermore, it is more preferable to electropolish the mechanically polished electrode. For the electropolishing, a method in which a potential is repeatedly applied between the hydrogen generation region and the oxygen generation region in an electrolytic solution containing a strong alkali component such as acid or potassium hydroxide is preferable. The applied potential waveform may be a triangular wave, a rectangular wave, or the like, but is not particularly limited in the present invention.
上記の機械研磨および電解研磨は、圧延加工や爆発圧接法により作製した白金と弁金属との積層電極において特に有効な処理である。すなわち、特に熱間圧延加工を経た電極の表面近傍の結晶配向性は、比較的にランダムであったり、局所的に表面に熱が加わることにより板内部と表層部とでは結晶粒径および配向性が異なることがわかった。機械研磨後の電極では圧延加工により形成された表面変質層はある程度除去されるが、機械研磨時の加圧の影響や研磨砥粒によるキズなどが依然として存在している。 The above mechanical polishing and electrolytic polishing are particularly effective treatments for a laminated electrode of platinum and a valve metal produced by rolling or an explosive pressure welding method. In other words, the crystal orientation in the vicinity of the surface of the electrode that has undergone hot rolling is relatively random, or the grain size and orientation at the inside of the plate and the surface layer due to local heat applied to the surface. Was found to be different. In the electrode after mechanical polishing, the deteriorated surface layer formed by rolling is removed to some extent, but the influence of pressurization during mechanical polishing and scratches due to abrasive grains still exist.
本発明の製造方法においても、冷間圧延加工により白金の内部は結晶配向性を持った状態となるが、表面近傍には結晶配向性の乱れた表面変質層が形成されることが考えられる。電解研磨は前記表面変質層の除去に有効であり、電極内部の高い結晶配向性を有する白金部を露出させる工程と言える。 Also in the manufacturing method of the present invention, although the inside of platinum is in a state having crystal orientation by cold rolling, it is conceivable that a surface deteriorated layer having disordered crystal orientation is formed in the vicinity of the surface. Electropolishing is effective in removing the surface-affected layer, and can be said to be a step of exposing a platinum portion having high crystal orientation inside the electrode.
電極の製造工程において、白金表面の変質層の除去の程度を判断するため、電解研磨処理中に所定の電解液中に上述した電極を浸漬し、サイクリックボルタンメトリにより表面状態を診断することが好ましい。すなわち、サイクリックボルタンメトリ結果より複数の水素吸脱着の電流ピークが得られる。これらの電流ピークは電極表面の面方位に依存した電流量となるため、圧延加工、鏡面加工により生じた表面変質層の除去の度合いを判断する基準となり得る。 In the electrode manufacturing process, in order to determine the degree of removal of the altered layer on the platinum surface, the above-mentioned electrode is immersed in a predetermined electrolyte during the electropolishing process, and the surface state is diagnosed by cyclic voltammetry. Is preferred. That is, a plurality of hydrogen adsorption / desorption current peaks are obtained from the cyclic voltammetry results. Since these current peaks are current amounts depending on the surface orientation of the electrode surface, they can be used as a reference for determining the degree of removal of the surface altered layer caused by rolling and mirror finishing.
得られたピークの内、少なくとも2つのピークの面積、ならびに面積比を計算する。その計算結果に基づき、所定の面積比になるまで電解研磨することにより、表面変質層を除去した電極を得ることができる。 Of the obtained peaks, the area of at least two peaks and the area ratio are calculated. Based on the calculation result, an electrode from which the surface-modified layer has been removed can be obtained by electropolishing until a predetermined area ratio is obtained.
なお、サイクリックボルタンメトリにおいて用いる電解液としては、例えば硫酸、燐酸、塩酸、過塩素酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア水などが挙げられる。 Examples of the electrolytic solution used in cyclic voltammetry include sulfuric acid, phosphoric acid, hydrochloric acid, perchloric acid, sodium hydroxide, potassium hydroxide, and aqueous ammonia.
上記した電極を作用極として用いた分析装置は、その電気化学応答が長期間にわたり変動が少なく、安定した測定結果を示すことがわかった。フローセル内に作用極を設置する場合においても、長期間にわたり電極の表面積の変動が小さく、また、表面凹凸の変動が小さく、分析液、洗浄液の液置換を安定して実施することが可能となり、結果的にデータ安定性を向上できる。 It has been found that an analytical apparatus using the above-described electrode as a working electrode shows stable measurement results with little fluctuation in its electrochemical response over a long period of time. Even when the working electrode is installed in the flow cell, the fluctuation of the surface area of the electrode is small over a long period of time, and the fluctuation of the surface unevenness is small, so that the liquid replacement of the analysis solution and the cleaning solution can be performed stably. As a result, data stability can be improved.
また、フローセルを含む電気化学的分析装置において、圧延加工を含む製造工程で作製した電極を作用極として用いる場合、電極の圧延方向を液体試料の流通方向に対する角度が45〜135度となるように配置することが好ましい。分析対象物質として、例えば磁性ビーズ等に吸着させた化学的成分の電気化学応答を分析する場合、圧延方向が流通方向と同方向であると、分析中ビーズが作用極上から流れやすくなり、データが変動しやすくなる。圧延方向が流通方向に対して角度45度未満および135度を超える場合、少なからず前記した影響が発現してしまう。圧延方向を流通方向に対して角度45〜135度となるように電極を配置すると、僅かな段差ではあるが、その結晶組織間に生じる段差が、例えば、直径がサブμm〜数μmサイズの磁性ビーズなどは作用極表面上に滞留しやすくなり、結果的にデータの安定性を向上できることがわかった。 In addition, in an electrochemical analyzer including a flow cell, when an electrode manufactured in a manufacturing process including rolling is used as a working electrode, the angle of the rolling direction of the electrode with respect to the flow direction of the liquid sample is 45 to 135 degrees. It is preferable to arrange. For example, when analyzing the electrochemical response of a chemical component adsorbed on a magnetic bead or the like as an analysis target substance, if the rolling direction is the same as the flow direction, the bead is likely to flow from the top of the working electrode, and the data is It tends to fluctuate. When the rolling direction is less than 45 degrees and exceeds 135 degrees with respect to the flow direction, the above-described influence is manifested. If the electrodes are arranged so that the rolling direction is at an angle of 45 to 135 degrees with respect to the flow direction, the step formed between the crystal structures is a slight step, for example, a magnetic having a diameter of sub-μm to several μm. It was found that beads and the like are likely to stay on the surface of the working electrode, resulting in improved data stability.
本発明の電極および電気化学測定装置を用いて、血液・尿など液体試料に含まれる化学的成分として、例えば以下に示す成分を分析することが可能である。 For example, the following components can be analyzed as chemical components contained in a liquid sample such as blood and urine using the electrode and the electrochemical measurement apparatus of the present invention.
つまり、例えば、グルコース、糖化ヘモグロビン、糖化アルブミン、乳酸、尿酸、尿素、クレアチニン、胆汁酸、コレステロール、中性脂肪、アンモニア、尿素窒素、ビリルビン、ヒスタミンなどが挙げられる。ただし、酵素やメディエータ等の作用により生じる酸化還元種の電気化学応答を示す成分であれば特に限定されない。 That is, for example, glucose, glycated hemoglobin, glycated albumin, lactic acid, uric acid, urea, creatinine, bile acid, cholesterol, neutral fat, ammonia, urea nitrogen, bilirubin, histamine and the like can be mentioned. However, there is no particular limitation as long as it is a component that exhibits an electrochemical response of a redox species generated by the action of an enzyme, mediator, or the like.
グルコースを検出する場合にあっては、例えばグルコースオキシダーゼを作用させることにより生成した過酸化水素を電極上で還元あるいは酸化することにより、グルコース濃度を定量することができる。 In the case of detecting glucose, for example, the glucose concentration can be quantified by reducing or oxidizing hydrogen peroxide generated by the action of glucose oxidase on the electrode.
糖化ヘモグロビンや糖化アルブミンなどの糖化タンパク質を検出する場合にあっては、例えばプロテアーゼにより糖化タンパク質より糖化ペプチドを遊離させた後、さらに糖化ペプチドオキシダーゼを作用させることにより生成した過酸化水素を電極上で還元あるいは酸化することにより、糖化タンパク質濃度を定量することができる。 In the case of detecting glycated proteins such as glycated hemoglobin and glycated albumin, for example, after releasing the glycated peptide from the glycated protein by protease, hydrogen peroxide generated by further action of glycated peptide oxidase on the electrode By reducing or oxidizing, the glycated protein concentration can be quantified.
乳酸を検出する場合にあっては、例えば乳酸オキシダーゼを作用させることにより生成した過酸化水素を電極上で還元あるいは酸化することにより、乳酸濃度を定量することができる。 In the case of detecting lactic acid, for example, the concentration of lactic acid can be quantified by reducing or oxidizing hydrogen peroxide generated by the action of lactate oxidase on the electrode.
尿酸を検出する場合にあっては、例えばウリカーゼを作用させることにより生成した過酸化水素を電極上で還元あるいは酸化することにより、尿酸濃度を定量することができる。 In the case of detecting uric acid, the concentration of uric acid can be quantified by, for example, reducing or oxidizing hydrogen peroxide generated by the action of uricase on the electrode.
尿素を検出する場合にあっては、例えばウレアーゼを作用させることにより生じたアンモニアに、β−ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NADH)およびフェリシアン化カリウム存在下でさらにグルタミン酸脱水素酵素を作用させることにより生成したフェロシアン化カリウムを電極上で酸化することにより、尿素濃度を定量することができる。 In the case of detecting urea, for example, it was produced by further acting glutamate dehydrogenase on ammonia produced by acting urease in the presence of β-nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) and potassium ferricyanide. The urea concentration can be quantified by oxidizing potassium ferrocyanide on the electrode.
クレアチニンを検出する場合にあっては、例えばクレアチニナーゼ、クレアチナーゼおよびザルコシンオキシダーゼを順次作用させることにより生成した過酸化水素を電極上で還元あるいは酸化することにより、クレアチニン濃度を定量することができる。 In the case of detecting creatinine, for example, creatinine concentration can be quantified by reducing or oxidizing hydrogen peroxide generated by sequentially acting creatininase, creatinase and sarcosine oxidase on the electrode. .
胆汁酸を検出する場合にあっては、例えば胆汁酸硫酸スルファターゼ、β−ヒドロキシステロイドデヒドロゲナーゼを還元型NADHおよびフェリシアン化カリウム存在下で順次作用させることにより生成したフェロシアン化カリウムを電極上で酸化することにより、胆汁酸濃度を定量することができる。 In the case of detecting bile acids, for example, by oxidizing potassium ferrocyanide produced by sequentially acting bile acid sulfate sulfatase, β-hydroxysteroid dehydrogenase in the presence of reduced NADH and potassium ferricyanide on the electrode, The bile acid concentration can be quantified.
コレステロールを検出する場合にあっては、例えばコレステロールオキシダーゼを作用させることにより生成した過酸化水素を電極上で還元あるいは酸化することにより、コレステロール濃度を定量することができる。 In the case of detecting cholesterol, for example, the cholesterol concentration can be quantified by reducing or oxidizing hydrogen peroxide generated by the action of cholesterol oxidase on the electrode.
中性脂肪を検出する場合にあっては、例えばグリセロフォスフェートオキシダーゼを作用させることにより生成した過酸化水素を電極上で還元あるいは酸化することにより、中性脂肪濃度を定量することができる。 In the case of detecting neutral fat, the concentration of neutral fat can be quantified by reducing or oxidizing, for example, hydrogen peroxide generated by the action of glycerophosphate oxidase on the electrode.
脂肪酸を検出する場合にあっては、例えばアシルCoAオキシダーゼを作用させることにより生成した過酸化水素を電極上で還元あるいは酸化することにより、脂肪酸濃度を定量することができる。 In the case of detecting a fatty acid, the fatty acid concentration can be quantified by, for example, reducing or oxidizing hydrogen peroxide generated by the action of acyl CoA oxidase on the electrode.
アンモニアを検出する場合にあっては、NADHおよびフェリシアン化カリウム存在下でグルタミン酸脱水素酵素を作用させることにより生成したフェロシアン化カリウムを電極上で酸化することにより、アンモニア濃度を定量することができる。 In the case of detecting ammonia, the ammonia concentration can be quantified by oxidizing potassium ferrocyanide produced by the action of glutamate dehydrogenase in the presence of NADH and potassium ferricyanide on the electrode.
ビリルビンを検出する場合にあっては、例えばフェリシアン化カリウム存在下でビリルビンオキシダーゼを作用させることにより生成したフェロシアン化カリウムを電極上で酸化することにより、尿素窒素濃度を定量することができる。 In the case of detecting bilirubin, for example, the concentration of urea nitrogen can be determined by oxidizing potassium ferrocyanide produced by the action of bilirubin oxidase in the presence of potassium ferricyanide on the electrode.
上記した酵素類は電極表面上に固定化される。酵素類の電極表面への固定化方法は特に限定されないが、例えば酵素類を溶解させた水溶液や緩衝液中に電極を浸漬する方法、あるいは電極上に酵素類を溶解させた水溶液や緩衝液を滴下することにより物理的あるいは化学的に酵素類を固定化する方法がある。また、末端基にカルボキシル基やアミノ基などの官能基を導入したチオールを含む溶液中に電極を浸漬して電極表面に前記チオールを吸着させた後に酵素などを反応させて固定化する方法がある。さらには、グルタルアルデヒドのような架橋試薬あるいはさらに牛血清アルブミンを用いて酵素などを電極上に固定化する方法、親水性高分子などのゲル膜を電極上に形成させた後に膜中に酵素などを固定化する方法またはポリチオフェンなどの導電性高分子膜を電極上に形成させた後に膜中に酵素などを固定化する方法などが挙げられる。 The enzymes described above are immobilized on the electrode surface. The method for immobilizing the enzyme on the electrode surface is not particularly limited. For example, a method of immersing the electrode in an aqueous solution or buffer solution in which the enzyme is dissolved, or an aqueous solution or buffer solution in which the enzyme is dissolved on the electrode is used. There is a method of physically or chemically immobilizing enzymes by dropping. In addition, there is a method in which an electrode is immersed in a solution containing a thiol into which a functional group such as a carboxyl group or an amino group is introduced as a terminal group, and the thiol is adsorbed on the electrode surface and then immobilized by reacting with an enzyme or the like. . Furthermore, a method of immobilizing an enzyme or the like on the electrode using a cross-linking reagent such as glutaraldehyde or further bovine serum albumin, an enzyme or the like in the membrane after forming a gel film such as a hydrophilic polymer on the electrode Or a method of immobilizing an enzyme or the like in the film after a conductive polymer film such as polythiophene is formed on the electrode.
分析対象を検出する際、必要に応じて、検出濃度範囲の拡張を目的としてメディエーター分子を利用することが有効である。メディエーター分子を利用する場合においては、電極上に形成させた酵素類の生理活性物質の固定化膜中あるいはこれとは分けて、メディエーター分子を電極上に配置することが好ましい。メディエーター分子の種類は特に限定されないが、例えばフェリシアン化カリウム、フェロシアン化カリウム、フェロセンおよびその誘導体、ビオローゲン類およびメチレンブルーなどの少くとも一種を用いることができる。 When detecting an analysis target, it is effective to use a mediator molecule for the purpose of extending the detection concentration range, if necessary. When using a mediator molecule, it is preferable to dispose the mediator molecule on the electrode in the immobilized membrane of the physiologically active substance of enzymes formed on the electrode or separately from it. The kind of the mediator molecule is not particularly limited, but for example, at least one kind such as potassium ferricyanide, potassium ferrocyanide, ferrocene and derivatives thereof, viologens and methylene blue can be used.
次に、以上の原理に基づく本発明の実施例について説明する。 Next, an embodiment of the present invention based on the above principle will be described.
以下、本発明の実施例による電気化学的分析装置の全体構成について説明する。 Hereinafter, the overall configuration of an electrochemical analyzer according to an embodiment of the present invention will be described.
図1は、本発明の実施例1による電気化学的分析装置の全体構成を示す図である。本発明の実施例1は、バッチ処理方式の形態を有する電気化学的分析装置である。 FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an electrochemical analyzer according to Embodiment 1 of the present invention. The first embodiment of the present invention is an electrochemical analyzer having a batch processing system.
図1において、電解セル1の中に、作用極2、対極3および参照極4を配置する。各電極2、3、4は、リード線7により電位印加手段5および測定手段6に接続されている。対極3は白金を板状に圧延加工し、表面を鏡面研磨したものを用いた。参照極4は、Ag|AgCl電極とした。尚、本明細書中において、銀|塩化銀(飽和塩化カリウム水溶液)電極をAg|AgClと記す。
In FIG. 1, a working
溶液分注機構11は、それぞれ測定溶液容器8から被測定対象化学的成分を含む測定溶液、緩衝液容器9から緩衝液を、溶液導入管13内に導入する。導入された測定溶液と緩衝液は、溶液導入管13内にて混合されて、混合液が溶液注入機構12により、電解セル1中に注入されて被測定対象物の電気化学的測定が行われる。
The
電位印加手段5は、ポテンシオスタット、ガルバノスタット、直流電源、交流電源あるいはそれらをファンクションジェネレータなどと接続したシステムを用いることができる。測定手段6は、被測定対象物の電気化学的特性を測定する。なお、電気化学的特性とは、ポテンシオメトリ、アンペロメトリ、ボルタンメトリ、インピーダンス測定等、公知の測定手法のいずれであってもよく、特に限定されることはない。電気化学反応に応じて生じる光子を光学素子により検出する方法等もある。
The
測定の終了した測定溶液は、溶液排出機構15によって吸引されて、溶液排出管14を通って廃液容器16に廃棄される。試料の測定終了後、溶液分注機構11によって、洗浄液容器10から洗浄液が吸入され、溶液注入機構12によって電解セル1中に供給される。電解セル1内を洗浄した洗浄液は、廃液容器16に廃棄される。
The measurement solution for which the measurement has been completed is sucked by the
ここで、典型例として、電圧印加手段5は、測定溶液の測定中に作用極に対して正の電位と負の電位を所定周期で繰り返すパルス状波形の電位を出力する。このパルス状波形の電位は、血液のような蛋白質、ハロゲン元素を多く含む測定溶液を電解セル内に長期間連続的に流す場合や、水酸化カリウムのような強アルカリ性の洗浄剤が測定容器内に流入する場合に、印加されるように構成されている。本実施例1では上記電位印加波形としたが、本発明は特にこれに限定されることはない。 Here, as a typical example, the voltage application means 5 outputs a pulse-shaped waveform potential that repeats a positive potential and a negative potential with a predetermined period with respect to the working electrode during measurement of the measurement solution. This pulse-like waveform potential is applied when a measurement solution containing a large amount of protein and halogen elements such as blood is continuously flowed into the electrolytic cell for a long period of time, or when a strong alkaline detergent such as potassium hydroxide is used in the measurement container. It is configured so that it is applied when it flows into the. In the first embodiment, the above-described potential application waveform is used. However, the present invention is not particularly limited to this.
ここで、作用極2は、図2に示す作用電極製造装置50により、以下の手順に従って作製した。
Here, the working
図2において、白金板加工部50aにより、白金が窒素雰囲気中で30MPaでプレスされる。そして、白金板加工部50aにおいて、白金板は1時間800度に加熱されるとともに、100MPaで熱間圧延加工され、板厚5mmの白金板が作製される。続いて、白金板冷間圧延部50bにおいて、圧延加工部50aにて加工された白金板が100MPaで冷間圧延加工され、板厚1mmの白金板が作製される。その後、表面酸化膜除去部50cにおいて、白金板冷間圧延部50bで処理された白金板と板厚0.5mmのチタン板とが真空チャンバ内に導入され、チタン板表面がドライエッチングされることにより表面酸化層が除去される。その後、積層電極形成部50dにより、速やかに白金板とチタン板とが積層され、真空雰囲気中450度で白金板の膜厚が100μmとなるように冷間圧延加工され、白金部において層厚みが5μm以下である層状の結晶組織を有する白金とチタンの積層電極が得られる。
In FIG. 2, platinum is pressed at 30 MPa in a nitrogen atmosphere by the platinum
次に、積層電極形成部50dにより作製された積層電極は、切断部50eにおいて、5mm×15mmの大きさに切断される。その後、切断された積層電極は、電極化部50fにおいて、端部が90度折り曲げられ、白金表面と導線とがハンダにより接続される。
Next, the laminated electrode produced by the laminated
次に、樹脂包埋部50gにおいて、積層電極の白金表面だけが5mm×10mmの面積で露出するように、接着剤を用いてフッ素系樹脂に埋め込まれる。
Next, in the
続いて、機械研磨部50hにおいて、白金表面を耐水研磨紙、ダイヤモンドペーストおよびアルミナ粒子を用いて順次機械研磨加工され、鏡面に仕上げられる。
Subsequently, in the
最後に、電解研磨部50iにおいて、0.2mol/L水酸化カリウム水溶液中で−1.2V〜1.0V vs Ag|AgClの電位間で電位走査速度0.1V/sで10000回電位走査が繰り返され、作用極2が得られる。
Finally, in the electropolishing unit 50i, in the 0.2 mol / L potassium hydroxide aqueous solution, the potential scanning is performed 10,000 times at a potential scanning speed of 0.1 V / s between potentials of −1.2 V to 1.0 V vs Ag | AgCl. Repeatedly, the working
本実施例1で用いた作用極2の電極表面のX線回折測定を実施した。X線源としてCu Kαを用い、出力40kV、20mAとし、白金表面上の異なる3点を測定した。白金表面における(111)面、(200)面、(220)面、(311)面の回折ピークの積分値(I)を算出して、各方位の配向率((%)=I(h kl)/ΣI(hkl)×100)を求めた。尚、各ピーク積分値の算出の際には、(111)面は37°≦2θ≦42°、(200)面は44°≦2θ≦4°、(220)面は65°≦2θ≦70°、(311)面は78°≦2θ≦83°(θは回折角度)の範囲で行った。測定の結果、図3に示す実施例1の結果のように、面指数(220)が優先的に配向しており、配向率97%であることがわかった。
X-ray diffraction measurement of the electrode surface of the working
同様にして作製した積層電極の板厚方向の断面を露出させ、白金部を電子線後方散乱パターンにより解析した。解析結果を図4に示す。 A cross section in the thickness direction of the laminated electrode produced in the same manner was exposed, and the platinum portion was analyzed by an electron beam backscattering pattern. The analysis results are shown in FIG.
図4の(a)に示すように、得られた作用極は電極表面に対して層状の結晶組織を有することがわかった。白金の結晶の層の厚みを算出するため、25μm×25μmの面積を0.075μmの間隔で3視野測定し、測定した表面の中で最大の層厚みを有する層の厚みを測定した。 As shown in FIG. 4A, it was found that the obtained working electrode had a layered crystal structure with respect to the electrode surface. In order to calculate the thickness of the platinum crystal layer, an area of 25 μm × 25 μm was measured with three visual fields at intervals of 0.075 μm, and the thickness of the layer having the maximum layer thickness among the measured surfaces was measured.
典型的な本電極の表面近傍の結晶組織像を図4(b)に示す。層厚みは最大でも5μm以下であることがわかった。 FIG. 4B shows a typical crystal structure image near the surface of the main electrode. It was found that the layer thickness was 5 μm or less at the maximum.
図5は、本発明の実施例1で採用している白金電極の効果を説明する図である。なお、図5に示すデータは、同一濃度のTSH(甲状腺刺激ホルモン)を分析対象として繰り返し測定を行った結果のデータである。図5の横軸は試験回数を示し、縦軸は各実測値を基準値で除した値を示す。また、基準値は既定濃度のTSH含有溶液を測定したときの出力値、実測値は実施例、比較例で用いた溶液それぞれを測定したときの測定値である。変動幅は分析60000回目と1回目の値の差と定義する。 FIG. 5 is a diagram for explaining the effect of the platinum electrode employed in Example 1 of the present invention. Note that the data shown in FIG. 5 is data obtained as a result of repeated measurement using the same concentration of TSH (thyroid stimulating hormone) as an analysis target. The horizontal axis in FIG. 5 indicates the number of tests, and the vertical axis indicates a value obtained by dividing each measured value by the reference value. Further, the reference value is an output value when a TSH-containing solution having a predetermined concentration is measured, and the actual measurement value is a measured value when each of the solutions used in Examples and Comparative Examples is measured. The fluctuation range is defined as the difference between the values of the 60000th analysis and the 1st analysis.
図5において、丸印を結ぶ線は本発明の実施例1の場合であり、三角印を結ぶ線は、本発明とは異なる比較例の場合である。 In FIG. 5, the line connecting the circle marks is the case of Example 1 of the present invention, and the line connecting the triangle marks is the case of a comparative example different from the present invention.
図1の電気化学的分析装置に用いて、測定溶液として、血清や尿など液体試料に含まれる化学的成分、例えば、血清中のTSHを免疫学的に分析し、洗浄液として、例えば水酸化カリウム水溶液を各測定の終了毎に電解セルに導入する方法で測定を行った。 1, the chemical component contained in a liquid sample such as serum and urine, for example, TSH in the serum, is immunologically analyzed as a measurement solution, and the washing solution is used as, for example, potassium hydroxide. Measurement was performed by introducing an aqueous solution into the electrolytic cell at the end of each measurement.
図5に示すように、比較例の電極を用いた場合の変動幅は10.3%であった。比較例の電極は、熱間圧延加工、再結晶化処理を施した白金とチタンの積層電極であり、白金表面を実施例1と同様に、鏡面研磨処理、電解処理を行った電極である。詳細は後述する比較例にて説明する。それに対して、本発明の実施例1の白金電極を用いた場合、変動幅が4.4%まで低減した。 As shown in FIG. 5, the fluctuation range when the electrode of the comparative example was used was 10.3%. The electrode of the comparative example is a laminated electrode of platinum and titanium that has been subjected to hot rolling and recrystallization treatment, and the platinum surface is an electrode that has been subjected to mirror polishing treatment and electrolytic treatment in the same manner as in Example 1. Details will be described in a comparative example described later. On the other hand, when the platinum electrode of Example 1 of the present invention was used, the fluctuation range was reduced to 4.4%.
本発明の実施例1の電極は、白金部の板厚方向の断面結晶組織が電極表面に対して層状に形成され、層の厚みが5μm以下である積層電極である。かつ、本発明の実施例1による電極は、圧延加工および機械研磨において生じた、結晶配向性の乱れた表面変質層が除去され、面方位(220)に配向率90%以上で優先配向している。本発明の実施例1による電極を作用極として用いた電気化学的測定装置においては、電極表面内におけるエッチング速度差が小さいため、エッチングにより生じる凹凸が小さく、また表面積の変動を抑制することが可能になり、電気化学応答が長期間にわたり変動が少なく、安定した測定結果が得られるという効果が認められた。 The electrode of Example 1 of the present invention is a laminated electrode in which the cross-sectional crystal structure in the plate thickness direction of the platinum portion is formed in a layer shape with respect to the electrode surface, and the thickness of the layer is 5 μm or less. In the electrode according to Example 1 of the present invention, the surface deteriorated layer with disordered crystal orientation generated in rolling and mechanical polishing was removed, and the surface orientation (220) was preferentially oriented at an orientation ratio of 90% or more. Yes. In the electrochemical measuring apparatus using the electrode according to Example 1 of the present invention as a working electrode, the difference in etching rate in the electrode surface is small, so that the unevenness caused by etching is small and the fluctuation of the surface area can be suppressed. As a result, the electrochemical response has little fluctuation over a long period of time, and an effect that a stable measurement result can be obtained was recognized.
次に、本発明の実施例2について説明する。この実施例2の電極およびそれを用いた電気化学的分析装置は、電極の製造の際、電解研磨処理中に所定の電解液中に前記電極を浸漬し、サイクリックボルタンメトリにより表面状態を診断しながら、白金表面の変質層を除去した点を除き、実施例1と同様である。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the electrode of Example 2 and the electrochemical analysis apparatus using the electrode, the electrode was immersed in a predetermined electrolyte during the electrolytic polishing process, and the surface state was determined by cyclic voltammetry. While diagnosing, the same as Example 1 except that the altered layer on the platinum surface was removed.
サイクリックボルタンメトリは、電解液として窒素置換したpH6.86の燐酸緩衝液を用い、作用極をPtワイヤ、参照極をAg|AgClとし、電位走査範囲−0.6〜1.1V、走査速度0.1V/sの条件で実施した。測定結果を図6に示す。 Cyclic voltammetry uses a phosphate buffer solution with pH 6.86 substituted with nitrogen as the electrolyte, the working electrode is Pt wire, the reference electrode is Ag | AgCl, and the potential scanning range is -0.6 to 1.1 V, scanning It implemented on the conditions of speed | rate 0.1V / s. The measurement results are shown in FIG.
サイクリックボルタンメトリ結果より得られた複数の水素吸脱着の電流ピークのうち、−0.37〜−0.31Vに見られるピークをaとし、−0.31〜−0.2Vに見られるピークをbとし、それらのピーク面積、面積比b/aを計算する。面積比が80%以下となるまで電解処理を行い、作用極2とした。
Among a plurality of hydrogen adsorption / desorption current peaks obtained from the cyclic voltammetry results, a peak at −0.37 to −0.31 V is defined as a, and the peak is −0.31 to −0.2 V. The peak is b, and the peak area and the area ratio b / a are calculated. Electrolytic treatment was performed until the area ratio became 80% or less, and working
本発明の実施例2による作用極を用いた電気化学的分析装置により実施例1と同様に繰り返し分析した結果、変動幅は4.2%と良好な結果が得られた。同様にして作製した本発明とは異なる電極をX線回折解析した結果、配向率98%で(220)方位に優先配向していることがわかった。電子線後方散乱パターン解析においても白金板厚断面の結晶組織層の厚みは5μm以下であった。本発明の実施例2による電極を作用極として用いた分析装置においては、電極表面内におけるエッチング速度差が小さいため、エッチングにより生じる凹凸が小さく、また表面積の変動を抑制することが可能になり、電気化学応答が長期間にわたり変動が少なく、安定した測定結果が得られるという効果が認められた。 As a result of repeated analysis in the same manner as in Example 1 by an electrochemical analyzer using a working electrode according to Example 2 of the present invention, a favorable result was obtained with a fluctuation range of 4.2%. As a result of X-ray diffraction analysis of an electrode different from that of the present invention produced in the same manner, it was found that the orientation was preferentially oriented in the (220) direction with an orientation rate of 98%. Also in the electron beam backscattering pattern analysis, the thickness of the crystal structure layer of the platinum plate thick section was 5 μm or less. In the analyzer using the electrode according to Example 2 of the present invention as a working electrode, the etching rate difference in the electrode surface is small, so that the unevenness caused by the etching is small, and the variation in the surface area can be suppressed. It was confirmed that the electrochemical response had little fluctuation over a long period of time and a stable measurement result was obtained.
本発明の実施例2では、ピークa、bを表面変質層除去度合いの判断基準として用いたが、−0.48〜−0.37Vに見られるピークcとピークbからb/cを計算し、判断基準としてb/cが35%以下とした場合においても同様の効果が得られることが確認できた。 In Example 2 of the present invention, peaks a and b were used as criteria for determining the degree of surface alteration layer removal, but b / c was calculated from peak c and peak b found at -0.48 to -0.37 V. It was confirmed that the same effect was obtained even when b / c was set to 35% or less as a criterion.
次に、図7、図8を用いて、本発明の実施例3による電気化学的分析装置について説明する。図7は、本発明の実施例3における電気化学的分析装置の概略構成図である。また、図8は、図7に示した電気化学的分析装置に用いるフローセルの分解構成図である。 Next, an electrochemical analyzer according to Example 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an electrochemical analyzer according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 8 is an exploded configuration diagram of a flow cell used in the electrochemical analyzer shown in FIG.
図7において、図1に示した電解セル1がフローセル20に置き換わっている点以外は、図1に示した例と図7に示した例とは同等となっている。 In FIG. 7, the example shown in FIG. 1 and the example shown in FIG. 7 are equivalent except that the electrolytic cell 1 shown in FIG.
図8において、電解セルとしてのフローセル20は、図8の(a)に示す2枚の電気絶縁性基板30、32と、シール部材31が、図8の(b)に示すように積層されて形成される。絶縁性基板30は、ポリエーテルエーテルケトンによって形成されている。この絶縁性基板30は、耐薬品性に優れた絶縁樹脂であれば材質は特に限定されず、ふっ素系樹脂、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポニフェニレンサルファイド、アクリル樹脂等を用いることができる。
In FIG. 8, a
絶縁性基板30の一方の面(電気絶縁性基板32に対向する側の面)には、作用極34が固定されている。作用極34の製造方法を以下に示す。
A working
すなわち、本発明の実施例1の機械研磨以前の工程までを実施し、白金とチタンの積層電極を得た。この積層電極を絶縁性基板30の表面に設けられた凹部に埋め込み、接着剤により固着した後、絶縁性基板30と積層電極との表面段差が無くなるまで耐水研磨紙、ダイヤモンドペースト、アルミナにより順次機械研磨し、鏡面にした。尚、接着剤としては、エポキシ系、アクリル系等の熱可塑性、熱硬化性あるいは光硬化性の樹脂を用いることができるが、絶縁性樹脂と同様、耐薬品性に優れたものであれば、特に限定されず適宜選択することができる。 その後、0.2mol/L水酸化カリウム水溶液中で−1.2V/0.5秒、3.0V/1.5秒の矩形パルス状の電位印加を10000回繰り返した。本発明の実施例3では、圧延方向と、分析時に液が流通する方向に対して垂直となるように作用極4を配置した。
That is, the steps up to mechanical polishing of Example 1 of the present invention were carried out to obtain a laminated electrode of platinum and titanium. After this laminated electrode is embedded in a recess provided on the surface of the insulating
絶縁性基板32は、透明なアクリル材によって形成されている。絶縁性基板32の一方の面(電気絶縁性基板30に対向する側の面)には、対極35が固定されている。対極35は、白金を電極の形状に加工した後、1000℃にて、一時間焼鈍処理を施したものを用いた。
The insulating
電気絶縁性基板32の表面には、凹部が形成されており、この凹部に焼鈍処理を施した対極35を埋め込み、接着剤により固着した後、対極35の表面を鏡面研磨した。なお、対極35の形状は、板状に限られるものではなく、櫛歯状、メッシュ状、棒状でもよい。また、電極材料は、白金に限るものでなく、他の白金族金属でもよい。対極35は、作用極34と同様に、鏡面研磨処理後、電解研磨処理を施した白金を用いてもよい。
A concave portion is formed on the surface of the electrically insulating
作用極34、対極35は、それぞれ絶縁性基板30、32に埋め込まれる前にリード線39、40とハンダ付けにより接続されており、リード線39、40は、絶縁性基板30、32に開けられた穴に通してある。
The working
シール部材31は、ふっ素系樹脂製であり、中央に開口部36を有している。絶縁性基板30には配管37、38と連結するための孔21、22が作用極34を間にして、形成されており、これら2つの孔21、22は開口部36の内周に位置するよう配置され、開口部36部分に溶液の出し入れが可能となる。作用極34と対極35は、シール部材31の開口部36を介して対向している。
The
絶縁性基板30、32およびシール部材31の4隅には、ネジ穴33が形成され、それぞれに、ネジを通し、絶縁性基板30とシール部材31と絶縁性基板32とを固定圧着して、フローセル20を形成する。
Screw holes 33 are formed at the four corners of the insulating
絶縁性基板30において、作用極34が配設される面と反対側の面には、ふっ素樹脂製の配管37、38が固定接続されている。配管37、38の一方は、後述するように、フローセル20に測定溶液などを導入する機構に接続され、他方は、測定済みの溶液を排出するための流路として用いる。また、参照極(図8には示さず)は、配管38、すなわち溶液の排出側配管部に配置され、作用極に電位印加する際の基準電極として利用する。
In the insulating
なお、本発明のフローセルは、図8に示した実施例に特に限定されず、他の構成が可能である。以下、その他の構成のフローセルの例について説明する。 In addition, the flow cell of this invention is not specifically limited to the Example shown in FIG. 8, Other structures are possible. Hereinafter, examples of flow cells having other configurations will be described.
図11は、フローセルの他の一例を示す図である。図11において、フローセル60は、図11の(a)に示す各部材、すなわち2枚の電気絶縁性基板70、72と、シール部材71が図11の(b)のように積層されて形成される。絶縁性基板70の一方の面(電気絶縁性基板72に対向する側の面)には、作用極74が固定されている。絶縁性基板72の一方の面(電気絶縁性基板70に対向する側の面)には、対極75が固定されている。
FIG. 11 is a diagram illustrating another example of the flow cell. 11, the
作用極74、対極75は、それぞれ絶縁性基板70、72に埋め込まれる前にリード線79、80とハンダ付けにより接続されており、リード線79、80は、絶縁性基板70、72に開けられた穴に通してある。
The working
シール部材71の中央には開口部76が形成されている。絶縁性基板72には配管77、78と連結するための孔21、22が対極75を間にして形成されており、これら2つの孔21、22は開口部76の内部に位置するよう配置され、開口部76部分に溶液の出し入れが可能となる。作用極74と対極75は、シール部材71の開口部76を介して対向している。
An
絶縁性基板70、72およびシール部材71の4隅にはネジ穴73が形成され、それぞれに、ネジを通し、絶縁性基板70とシール部材71と絶縁性基板72とを固定圧着して、フローセル60を形成する。
Screw holes 73 are formed in the four corners of the insulating
絶縁性基板72において、対極75が配設される面と反対側の面には、ふっ素樹脂製の配管77、78が固定接続されている。配管77、78の一方は、後述するように、フローセル60に測定溶液などを導入する機構に接続され、他方は、測定済みの溶液を排出するための流路として用いる。
In the insulating
また、参照極(図11には示さず)は、配管78、すなわち溶液の排出側配管部に配置され、作用極に電位印加する際の基準電極として利用する。
The reference electrode (not shown in FIG. 11) is disposed in the
図12は、フローセルのその他の例を示す図である。図12において、フローセル90は、図12の(a)に示す各部材、すなわち2枚の電気絶縁性基板100、102と、シール部材101が図12の(b)のように積層されて形成される。絶縁性基板100の一方の面(電気絶縁性基板102に対向する側の面)には、作用極104が固定されている。絶縁性基板102の一方の面(電気絶縁性基板100に対向する側の面)には、対極105が固定されている。
FIG. 12 is a diagram illustrating another example of the flow cell. In FIG. 12, a
作用極104、対極105は、それぞれ絶縁性基板100、102に埋め込まれる前にリード線109、110とハンダ付けにより接続されており、リード線109、110は、絶縁性基板100、102に開けられた穴に通してある。
The working
シール部材101の中央には開口部106が形成されている。開口部106の形状は図12に示す例は6角形であるが、フローセル内に供給される各種溶液が滞留することなく、円滑に液置換が行われる形状であれば、特に限定されない。
An
絶縁性基板100には配管107、108と連結するための孔21、22が作用極104を間にして形成されており、これら2つの孔21、22は、開口部106の内部に位置するよう配置され、開口部106部分に溶液の出し入れが可能となる。作用極104と対極105は、シール部材101の開口部106を介して対向している。
The insulating
絶縁性基板100、102およびシール部材101の4隅にはネジ穴103が形成され、それぞれに、ネジを通し、絶縁性基板100とシール部材101と絶縁性基板102とを固定圧着して、フローセル90を形成する。
Screw holes 103 are formed in the four corners of the insulating
絶縁性基板102において、側面には、ふっ素樹脂製の配管107、108が固定接続されている。配管107、108の一方は、後述するように、フローセル90に測定溶液などを導入する機構に接続され、他方は、測定済みの溶液を排出するための流路として用いる。
In the insulating
また、参照極(図12には示さず)は、配管108、すなわち溶液の排出側配管部に配置され、作用極に電位印加する際の基準電極として利用する。
A reference electrode (not shown in FIG. 12) is arranged in the
図13は、フローセルのその他の例を示す図である。図13において、フローセル120は、図13の(a)に示す各部材、すなわち2枚の電気絶縁性基板130、132と、シール部材131が図13の(b)のように積層されて形成される。絶縁性基板132の一方の面(電気絶縁性基板130に対向する側の面)には、対極135が固定されている。絶縁性基板130の中央部には図13の(c)に示すように作用極134を配置する凹部および作用極134との接続を可能にする通電用ボルト141のネジ溝143が形成されている。
FIG. 13 is a diagram illustrating another example of the flow cell. In FIG. 13, the
作用極134を絶縁性基板130に接着剤を用いて固着した後、鏡面研磨を行う。その後、通電用プレート142を介して通電用ボルト141をネジ溝143に締め込む。通電用プレート142は例えば金、錫やアルミニウムなど、軟らかく抵抗率の小さい金属であれば特に限定されない。通電用ボルト141はリート線139と接続されており、作用極134との電気的接続を可能にしている。
After the working
対極135は絶縁性基板132に埋め込まれる前にリード線140とハンダ付けにより接続されており、リード線140は、絶縁性基板132に開けられた穴に通してある。
The
シール部材131の中央には開口部136が形成されている。絶縁性基板132には配管137、138と連結するための孔21、22が対極135を間にして形成されており、これら2つの孔21、22は開口部136の内部に位置するよう配置され、開口部136部分に溶液の出し入れが可能となる。作用極134と対極135は、シール部材131の開口部136を介して対向している。
An
絶縁性基板130、132およびシール部材131の4隅にはネジ133が形成され、それぞれに、ネジを通し、絶縁性基板130とシール部材131と絶縁性基板132とを固定圧着して、フローセル120を形成する。
絶縁性基板132において、対極135が配設される面の側面の面には、ふっ素樹脂製の配管137、138が固定接続されている。配管137、138の一方は、後述するように、フローセル120に測定溶液などを導入する機構に接続され、他方は、測定済みの溶液を排出するための流路として用いる。また、参照極(図13には示さず)は、配管138、すなわち溶液の排出側配管部に配置され、作用極134に電位印加する際の基準電極として利用する。
In the insulating
図14は、フローセルのその他の例を示す図である。図14において、フローセル180は、絶縁性基板190、192で作用極194をO−リング191を介して積層することにより形成する。絶縁性基板190、192の外周には複数のネジ穴193が形成され、それぞれのネジ穴193にネジを通して締め込むことにより、絶縁性基板190、192を互いに固定してフローセル180を形成する。
FIG. 14 is a diagram illustrating another example of the flow cell. In FIG. 14, the
絶縁性基板192の中央部には対極195が埋め込まれており、フローセル180の内部に対極195が突出した構造となっている。また、絶縁性基板192には、ふっ素樹脂製の配管197、198が固定接続されている。配管197、198の一方は、後述するように、フローセル180に測定溶液などを導入する機構に接続され、他方は、測定済みの溶液を排出するための流路として用いる。また、参照極(図14には示さず)は、配管198、すなわち溶液の排出側配管部に配置され、作用極に電位印加する際の基準電極として利用する。
A
作用極194、対極195は、リード線199、200とハンダ付けにより接続されている。
The working
次に、図7を参照して、本発明の実施例3の電気化学的分析装置の全体構成について説明する。図1と同様な構成の部分は、重複するので詳細な説明は省略する。 Next, with reference to FIG. 7, the whole structure of the electrochemical analyzer of Example 3 of this invention is demonstrated. Since the same components as those in FIG. 1 are duplicated, a detailed description thereof will be omitted.
図7において、測定溶液容器8内の測定溶液と緩衝液容器9内の緩衝液は、溶液分注機構11により吸引され、溶液導入管13内にて混合されて、フローセル20中に注入される。混合液がフローセル20に貯液している間に、電圧印加手段5によりフローセル20内の作用極(34、74、104、134、194)に所定の電位が印加され、被測定対象物の電気化学的測定が行われる。フローセル20内の作用極(34、74、104、134、194)における電気化学的反応により得られた信号は、リード線7を介して信号処理のための測定手段6に伝達される。
In FIG. 7, the measurement solution in the measurement solution container 8 and the buffer solution in the
なお、透明な絶縁性樹脂製の基板32上部に検出器を配置することにより電気化学反応により生じる変化を光学的に測定することも可能である。
In addition, it is also possible to optically measure a change caused by an electrochemical reaction by disposing a detector on the transparent insulating
フローセル20にて測定の終了した測定溶液は、溶液排出機構15によって吸引されて、溶液排出管14を通って廃液容器16に廃棄される。
The measurement solution that has been measured in the
本実施例3で用いた作用極(34、74、104、134、194)の電極表面のX線回折測定を実施した結果、面指数(220)が優先的に配向しており、配向率92%であることがわかった。また、電子線後方散乱パターン解析より、作用極(34、74、104、134、194)は、電極表面に対して層状の結晶組織を有しており、白金の層厚みは最大でも5μm以下であることがわかった。
As a result of X-ray diffraction measurement of the electrode surface of the working electrode (34, 74, 104, 134, 194) used in Example 3, the plane index (220) was preferentially oriented, and the
図7に示した電気化学的分析装置を用いて、測定溶液として、血清や尿など液体試料に含まれる化学的成分、例えば、血清中のTSHを直径3μmの磁性ビーズ表面に吸着させた複合体を分析し、洗浄液として、例えば水酸化カリウム水溶液を各測定の終了毎に電解セルに導入する方法で測定を行った。 Using the electrochemical analyzer shown in FIG. 7, a complex in which a chemical component contained in a liquid sample such as serum or urine, for example, TSH in serum, is adsorbed on the surface of a magnetic bead having a diameter of 3 μm as a measurement solution. The measurement was performed by introducing, for example, an aqueous potassium hydroxide solution into the electrolytic cell as a cleaning solution at the end of each measurement.
実施例1と同様に、分析1回目と60000回目との変動幅を求めると、5.1%であった。本発明の実施例3による電極を作用極として用いた分析装置においては、電極表面内におけるエッチング速度差が小さいため、エッチングにより生じる凹凸が小さく、また表面積の変動を抑制することが可能になる。また、分析液、洗浄液の液置換を安定して実施することが可能となり、電気化学応答が長期間にわたり変動が少なく、安定した測定結果が得られるという効果が認められた。 As in Example 1, the fluctuation range between the first analysis and the 60,000th analysis was 5.1%. In the analyzer using the electrode according to Example 3 of the present invention as a working electrode, the difference in etching rate in the electrode surface is small, so that the unevenness caused by the etching is small, and the fluctuation of the surface area can be suppressed. In addition, it was possible to stably perform the liquid replacement of the analysis solution and the cleaning solution, and the effect that the electrochemical response was less varied over a long period of time and a stable measurement result was obtained was confirmed.
加えて、作用極の圧延方向を分析液の流通方向に対して垂直に作用極を配置することにより、ビーズが作用極から下流へ流出することを抑制し、長期間にわたり変動が少なく、安定し測定結果が得られるという効果が認められた。 In addition, by placing the working electrode in a direction perpendicular to the flow direction of the analysis liquid, the working electrode is restrained from flowing out of the working electrode to the downstream, and the fluctuation is stable and stable over a long period of time. The effect that a measurement result was obtained was recognized.
なお、本実施例3では、圧延方向を分析時液が流通する方向に対して垂直となるように作用極(34、74、104、134、194)を配置したが、圧延方向を流通方向に対して同一方向とした場合においても検討した結果、変動幅は7%となり、本実施例3より変動幅が僅かに増大した。また、短期間でのデータ安定性を評価した結果、本実施例に比べて、データのばらつきが大きくなった。これは、分析中磁性ビーズが作用極表面から下流にわずかに流出してしまった影響であると考えられる。 In Example 3, the working electrodes (34, 74, 104, 134, 194) are arranged so that the rolling direction is perpendicular to the direction in which the liquid during analysis flows, but the rolling direction is the flow direction. On the other hand, as a result of examination even in the case of the same direction, the fluctuation range was 7%, and the fluctuation range was slightly increased as compared with Example 3. In addition, as a result of evaluating the data stability in a short period, the variation in data was larger than that of the present example. This is considered to be the effect that the magnetic beads slightly flowed downstream from the working electrode surface during the analysis.
従って、本実施例3に示すように、圧延方向を分析時液が流通する方向に対して垂直となるように作用極34を配置することが、データ安定性の向上により好ましい形態であることがわかった。
Therefore, as shown in the third embodiment, it is preferable that the working
次に、本発明の実施例4について説明する。実施例4では、実施例1の電極表面上に酵素を固定化し、下地金属をNbとしている。その他の構成は実施例1と同様となっている。実施例4において、既知濃度のグルコースを分析対象とし、実施例1と同様に繰り返し測定を行った。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In Example 4, an enzyme is immobilized on the electrode surface of Example 1, and the base metal is Nb. Other configurations are the same as those in the first embodiment. In Example 4, glucose of a known concentration was used as an analysis target, and measurement was repeated as in Example 1.
測定した結果、図10に示すように、分析1回目と60000回目との変動幅を求めると、4.1%であり、グルコースを分析対象とした比較例2に比べて変動幅が小さくなっていることがわかった。これは、本発明の実施例4による電極を作用極として用いた分析装置においては、電極表面内におけるエッチング速度差が小さいため、エッチングにより生じる凹凸が小さく、表面積の変動を抑制することが可能になり、結果的に電極表面に修飾する酵素量を安定に制御することができるからである。また、本発明の実施例4によれば、分析液、洗浄液の液置換を安定して実施することが可能となり、電気化学応答が長期間にわたり変動が少なく、安定した測定結果が得られるという効果が認められた。 As a result of the measurement, as shown in FIG. 10, when the fluctuation range between the first analysis and the 60000th analysis is obtained, it is 4.1%, which is smaller than that in Comparative Example 2 in which glucose is analyzed. I found out. This is because, in the analyzer using the electrode according to Example 4 of the present invention as a working electrode, the etching rate difference in the electrode surface is small, so that the unevenness caused by the etching is small and the fluctuation of the surface area can be suppressed. As a result, the amount of enzyme that modifies the electrode surface can be stably controlled. In addition, according to Example 4 of the present invention, it is possible to stably perform the liquid replacement of the analysis solution and the cleaning solution, and the electrochemical response has little fluctuation over a long period of time, and a stable measurement result can be obtained. Was recognized.
なお、図10に示した比較例については後述する。 The comparative example shown in FIG. 10 will be described later.
次に、本発明の実施例5について説明する。実施例5では既知濃度の尿素を分析対象としたことを除き、実施例1の測定方法に準拠して繰り返し分析測定を行った。すなわち、測定溶液容器8において、検体試料とウレアーゼ、次にβ−ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NADH)、フェリシアン化カリウム存在下でさらにグルタミン酸脱水素酵素を作用させることによりフェロシアン化カリウムを生成させた。 Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In Example 5, analysis was repeatedly performed according to the measurement method of Example 1 except that urea of a known concentration was used as an analysis target. That is, in the measurement solution container 8, potassium ferrocyanide was generated by further causing glutamate dehydrogenase to act in the presence of the specimen sample and urease, then β-nicotinamide adenine dinucleotide (NADH), and potassium ferricyanide.
測定溶液容器8からのフェロシアン化カリウムを含む測定溶液と、緩衝液溶液容器9からの緩衝液とを溶液導入管13内に導入して混合し、溶液注入機構12により電解セル1中に注入し、電気化学測定を行った。繰り返し測定を行った結果、図10に示すように、分析1回目と60000回目との変動幅を求めると、2.8%であり、分析対象が同一である比較例3に比べて変動幅が小さくなっていることがわかった。
The measurement solution containing potassium ferrocyanide from the measurement solution container 8 and the buffer solution from the
これは、本電極を作用極として用いた分析装置においては、電極表面内におけるエッチング速度差が小さいため、エッチングにより生じる凹凸が小さく、表面積の変動を抑制することが可能だからである。 This is because an analyzer using the present electrode as a working electrode has a small etching rate difference in the electrode surface, so that unevenness caused by etching is small, and variation in surface area can be suppressed.
また、本発明の実施例5によれば、分析液、洗浄液の液置換を安定して実施することが可能となり、電気化学応答が長期間にわたり変動が少なく、安定した測定結果が得られるという効果が認められた。 In addition, according to Example 5 of the present invention, it is possible to stably perform the liquid replacement of the analysis solution and the cleaning solution, and the electrochemical response has little fluctuation over a long period of time, and a stable measurement result can be obtained. Was recognized.
次に、本発明の実施例6について説明する。実施例6は、下地金属をZrとしている。その他の構成は実施例1と同様となっている。実施例6において、既知濃度のコレステロールを分析対象とし、実施例1の測定方法に準拠して繰り返し分析測定を行った。 Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. In Example 6, the base metal is Zr. Other configurations are the same as those in the first embodiment. In Example 6, a known concentration of cholesterol was used as an analysis target, and repeated analysis measurement was performed according to the measurement method of Example 1.
すなわち、図1の測定溶液容器8において、検体試料とコレステロールオキシダーゼを作用させることにより過酸化水素を生成した。そして、測定溶液容器8からの過酸化水素を含む測定溶液と、緩衝液容器9からの緩衝液とを溶液導入管13内に導入して混合し、溶液注入機構12により電解セル1中に注入し、電気化学測定を行った。
That is, hydrogen peroxide was generated by allowing the sample sample and cholesterol oxidase to act in the measurement solution container 8 of FIG. Then, the measurement solution containing hydrogen peroxide from the measurement solution container 8 and the buffer solution from the
繰り返し測定を行った結果、図10に示すように、分析1回目と60000回との変動幅を求めると、5.8%であり、分析対象が同一である比較例4に比べて変動幅が小さくなっていることがわかった。これは、本電極を作用極として用いた分析装置においては、電極表面内におけるエッチング速度差が小さいため、エッチングにより生じる凹凸が小さく、表面積の変動を抑制することが可能となるからである。 As a result of the repeated measurement, as shown in FIG. 10, when the fluctuation range between the first analysis and 60000 times is obtained, it is 5.8%, which is a fluctuation range compared to Comparative Example 4 in which the analysis target is the same. I found it getting smaller. This is because an analyzer using this electrode as a working electrode has a small etching rate difference on the surface of the electrode, so that unevenness caused by etching is small, and variation in surface area can be suppressed.
また、本発明の実施例6によれば、分析液、洗浄液の液置換を安定して実施することが可能となり、電気化学応答が長期間にわたり変動が少なく、安定した測定結果が得られるという効果が認められた。 In addition, according to Example 6 of the present invention, it is possible to stably perform the liquid replacement of the analysis solution and the cleaning solution, and the electrochemical response has little fluctuation over a long period of time, and a stable measurement result can be obtained. Was recognized.
次に、本発明の実施例7について説明する。実施例7では既知濃度の尿酸を分析対象としたことを除き、実施例1の測定方法に準拠して繰り返し分析測定を行った。 Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. In Example 7, analysis was repeatedly performed according to the measurement method of Example 1 except that uric acid having a known concentration was used as an analysis target.
すなわち、測定溶液容器8において、検体試料とウリカーゼを作用させることにより過酸化水素を生成した。測定溶液容器8からの過酸化水素を含む測定溶液と、緩衝液溶液容器9からの緩衝液とを溶液導入管13内に導入して混合し、溶液注入機構12により電解セル1中に注入し、電気化学測定を行った。
That is, in the measurement solution container 8, hydrogen peroxide was generated by allowing the sample sample and uricase to act. The measurement solution containing hydrogen peroxide from the measurement solution container 8 and the buffer solution from the
繰り返し測定を行った結果、図10に示すように、分析1回目と60000回目との変動幅を求めると、6.5%であり、分析対象が同一である比較例5に比べて変動幅が小さくなっていることがわかった。これは、本電極を作用極として用いた分析装置においては、電極表面内におけるエッチング速度差が小さいため、エッチングにより生じる凹凸が小さく、表面積の変動を抑制することが可能となるからである。 As a result of repeated measurement, as shown in FIG. 10, when the fluctuation range between the first analysis and the 60000th analysis is obtained, it is 6.5%, and the fluctuation range is larger than that of Comparative Example 5 in which the analysis target is the same. I found it getting smaller. This is because an analyzer using this electrode as a working electrode has a small etching rate difference on the surface of the electrode, so that unevenness caused by etching is small, and variation in surface area can be suppressed.
また、本発明の実施例7によれば、分析液、洗浄液の液置換を安定して実施することが可能となり、電気化学応答が長期間にわたり変動が少なく、安定した測定結果が得られるという効果が認められた。 Further, according to Example 7 of the present invention, it is possible to stably perform the liquid replacement of the analysis solution and the cleaning solution, and the electrochemical response has little fluctuation over a long period of time, and a stable measurement result can be obtained. Was recognized.
次に、本発明の実施例8について説明する。実施例8では既知濃度のクレアチニンを分析対象としたことを除き、実施例1の測定方法に準拠して繰り返し分析測定を行った。 Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. In Example 8, repeated analysis measurement was performed according to the measurement method of Example 1, except that a known concentration of creatinine was used as an analysis target.
すなわち、測定溶液容器8において、検体試料とクレアチニナーゼ、ザルコシンオキシターゼを、順次作用させることにより過酸化水素を生成した。測定溶液容器8からの過酸化水素を含む測定溶液と、緩衝液溶液容器9からの緩衝液を溶液導入管13内に導入して混合し、溶液注入機構12により電解セル1中に注入し、電気化学測定を行った。
That is, in the measurement solution container 8, hydrogen peroxide was generated by sequentially causing the specimen sample, creatininase, and sarcosine oxidase to act. The measurement solution containing hydrogen peroxide from the measurement solution container 8 and the buffer solution from the
繰り返し測定を行った結果、図10に示すように、分析1回目と60000回目との変動幅を求めると、7.9%であり、分析対象が同一である比較例6に比べて変動幅が小さくなっていることがわかった。これは、本電極を作用極として用いた分析装置においては、電極表面内におけるエッチング速度差が小さいため、エッチングにより生じる凹凸が小さく、表面積の変動を抑制することが可能となるからである。 As a result of the repeated measurement, as shown in FIG. 10, when the fluctuation range between the first analysis and the 60000th analysis is obtained, it is 7.9%, which is a fluctuation range compared to Comparative Example 6 in which the analysis target is the same. I found it getting smaller. This is because an analyzer using this electrode as a working electrode has a small etching rate difference on the surface of the electrode, so that unevenness caused by etching is small, and variation in surface area can be suppressed.
また、本発明の実施例8によれば、分析液、洗浄液の液置換を安定して実施することが可能となり、電気化学応答が長期間にわたり変動が少なく、安定した測定結果が得られるという効果が認められた。 In addition, according to Example 8 of the present invention, it is possible to stably perform the liquid replacement of the analysis solution and the cleaning solution, and the electrochemical response has little fluctuation over a long period of time, and a stable measurement result can be obtained. Was recognized.
次に、本発明の実施例9について説明する。実施例9では既知濃度のクレアチニンを分析対象としたことを除き、実施例1の測定方法に準拠して繰り返し分析測定を行った。 Next, a ninth embodiment of the present invention will be described. In Example 9, repeated analysis measurement was performed according to the measurement method of Example 1, except that a known concentration of creatinine was used as an analysis target.
すなわち、測定溶液容器8において、検体試料と胆汁酸硫酸スルファターゼ、β−ヒドロキシステロイドデヒドロゲナーゼを還元型NADHおよびフェリシアン化カリウム存在下で順次作用させることによりフェロシアン化カリウムを生成した。 That is, in the measurement solution container 8, potassium ferrocyanide was generated by sequentially causing a specimen sample, bile acid sulfate sulfatase, and β-hydroxysteroid dehydrogenase to act in the presence of reduced NADH and potassium ferricyanide.
測定溶液容器8からのフェロシアン化カリウムを含む測定溶液と、緩衝液溶液容器9からの緩衝液とを溶液導入管13内に導入して混合し、溶液注入機構12により電解セル1中に注入し、電気化学測定を行った。
The measurement solution containing potassium ferrocyanide from the measurement solution container 8 and the buffer solution from the
繰り返し測定を行った結果、図10に示すように、分析1回目と60000回目との変動幅を求めると、9.8%であり、分析対象が同一である比較例7に比べて変動幅が小さくなっていることがわかった。これは、本電極を作用極として用いた分析装置においては、電極表面内におけるエッチング速度差が小さいため、エッチングにより生じる凹凸が小さく、表面積の変動を抑制することが可能になるからである。 As a result of repeated measurement, as shown in FIG. 10, when the fluctuation range between the first analysis and the 60000th analysis is obtained, it is 9.8%, which is a fluctuation range compared to Comparative Example 7 in which the analysis target is the same. I found it getting smaller. This is because an analyzer using this electrode as a working electrode has a small etching rate difference in the surface of the electrode, so that unevenness caused by etching is small, and variation in surface area can be suppressed.
また、実施例9によれば、分析液、洗浄液の液置換を安定して実施することが可能となり、電気化学応答が長期間にわたり変動が少なく、安定した測定結果が得られるという効果が認められた。 Further, according to Example 9, it is possible to stably perform the liquid replacement of the analysis liquid and the cleaning liquid, and the effect that the electrochemical response is less fluctuated over a long period of time and a stable measurement result can be obtained. It was.
次に、本発明の実施例10について説明する。実施例10では既知濃度の脂肪酸を分析対象としたことを除き、実施例1の測定方法に準拠して繰り返し分析測定を行った。 Next, Example 10 of the present invention will be described. In Example 10, repeated analysis measurement was performed according to the measurement method of Example 1 except that a fatty acid having a known concentration was used as an analysis target.
すなわち、測定溶液容器8において、検体試料とアシルCoAオキシダーゼを作用させることにより過酸化水素を生成した。測定溶液容器8からの過酸化水素を含む測定溶液と、緩衝液溶液容器9から緩衝液とを溶液導入管13内に導入して混合し、溶液注入機構12により電解セル1中に注入し、電気化学測定を行った。
That is, in the measurement solution container 8, hydrogen peroxide was generated by allowing the sample sample and acyl CoA oxidase to act. The measurement solution containing hydrogen peroxide from the measurement solution container 8 and the buffer solution from the
繰り返し測定を行った結果、図10に示すように、分析1回目と60000回目との変動幅を求めると、5.9%であり、分析対象が同一である比較例8に比べて変動幅が小さくなっていることがわかった。 As a result of the repeated measurement, as shown in FIG. 10, when the fluctuation range between the first analysis and the 60000th analysis is obtained, it is 5.9%, and the fluctuation range is larger than that of Comparative Example 8 where the analysis target is the same. I found it getting smaller.
これは、本電極を作用極として用いた分析装置においては、電極表面内におけるエッチング速度差が小さいため、エッチングにより生じる凹凸が小さく、表面積の変動を抑制することが可能となるからである。 This is because an analyzer using this electrode as a working electrode has a small etching rate difference on the surface of the electrode, so that unevenness caused by etching is small, and variation in surface area can be suppressed.
また、実施例10によれば、分析液、洗浄液の液置換を安定して実施することが可能となり、電気化学応答が長期間にわたり変動が少なく、安定した測定結果が得られるという効果が認められた。 In addition, according to Example 10, it is possible to stably perform the liquid replacement of the analysis solution and the cleaning solution, and the effect that the electrochemical response is less fluctuated over a long period of time and a stable measurement result can be obtained. It was.
次に、本発明の実施例11について説明する。実施例11では既知濃度のビリルビンを分析対象としたことを除き、実施例1の測定方法に準拠して繰り返し分析測定を行った。 Next, Example 11 of the present invention will be described. In Example 11, repeated analysis measurement was performed in accordance with the measurement method of Example 1 except that bilirubin having a known concentration was used as an analysis target.
すなわち、測定溶液容器8において、検体試料とフェリシアン化カリウム存在下でビリルビンオキシダーゼを作用させることによりフェロシアン化カリウムを生成した。測定溶液容器8からのフェロシアン化カリウムを含む測定溶液と、緩衝液溶液容器9からの緩衝液とを溶液導入管13内に導入して混合し、溶液注入機構12により電解セル1中に注入し、電気化学測定を行った。
That is, potassium ferrocyanide was produced in the measurement solution container 8 by allowing bilirubin oxidase to act in the presence of the specimen sample and potassium ferricyanide. The measurement solution containing potassium ferrocyanide from the measurement solution container 8 and the buffer solution from the
繰り返し測定を行った結果、図10に示すように、分析1回目と60000回目との変動幅を求めると、4.3%であり、分析対象が同一である比較例9に比べて変動幅が小さくなっていることがわかった。 As a result of the repeated measurement, as shown in FIG. 10, when the fluctuation range between the first analysis and the 60000th analysis is obtained, it is 4.3%, and the fluctuation range is larger than that of the comparative example 9 in which the analysis target is the same. I found it getting smaller.
これは、本電極を作用極として用いた分析装置においては、電極表面内におけるエッチング速度差が小さいため、エッチングにより生じる凹凸が小さく、表面積の変動を抑制することが可能となるからである。 This is because an analyzer using this electrode as a working electrode has a small etching rate difference on the surface of the electrode, so that unevenness caused by etching is small, and variation in surface area can be suppressed.
また、実施例11によれば、分析液、洗浄液の液置換を安定して実施することが可能となり、電気化学応答が長期間にわたり変動が少なく、安定した測定結果が得られるという効果が認められた。 Further, according to Example 11, it is possible to stably perform the liquid replacement of the analysis liquid and the cleaning liquid, and the effect that the electrochemical response is less fluctuated over a long period of time and a stable measurement result can be obtained. It was.
次に、図10に記載した比較例1〜9について説明する。
(比較例1)
比較例1の電極は、白金とチタンの積層電極である。この電極は板厚1mmの白金板と板厚0.5mmのチタン板とを真空雰囲気中において30MPaでプレスした。1時間800度に加熱するとともに、白金部の厚みが100μmとなるように、100MPaで熱間圧延加工した。冷却後、本発明の実施例1と同様に、ふっ素系樹脂に埋め込み、白金表面を耐水研磨紙、ダイヤモンドペースト、アルミナを用いて順次機械研磨し、引き続き電解研磨を施し、作用極とした。
Next, Comparative Examples 1 to 9 described in FIG. 10 will be described.
(Comparative Example 1)
The electrode of Comparative Example 1 is a laminated electrode of platinum and titanium. For this electrode, a platinum plate having a thickness of 1 mm and a titanium plate having a thickness of 0.5 mm were pressed at 30 MPa in a vacuum atmosphere. While heating at 800 ° C. for 1 hour, hot rolling was performed at 100 MPa so that the thickness of the platinum portion was 100 μm. After cooling, as in Example 1 of the present invention, it was embedded in a fluorine-based resin, the platinum surface was sequentially mechanically polished with water-resistant abrasive paper, diamond paste, and alumina, followed by electrolytic polishing to obtain a working electrode.
この作用極を用いて、実施例1と同様に図1の電気化学的分析装置に用いて、測定溶液として、血清中のTSHを免疫学的に分析し、洗浄液として、例えば水酸化カリウム水溶液を各測定の終了毎に電解セルに導入する方法で測定を行った。 Using this working electrode, as in Example 1, it was used in the electrochemical analyzer of FIG. 1 to immunologically analyze TSH in serum as a measurement solution, and for example, a potassium hydroxide aqueous solution as a washing solution. The measurement was carried out by introducing it into the electrolytic cell at the end of each measurement.
その結果、図5に示すように、比較例1の電極を用いた場合の変動幅は約10.3%であった。比較例1の電極をX線回折で解析したところ、図3に示すように、(220)および(200)に優先配向していることがわかったが、最大強度を示した(220)方位の配向率は54%であった。 As a result, as shown in FIG. 5, the fluctuation range when the electrode of Comparative Example 1 was used was about 10.3%. When the electrode of Comparative Example 1 was analyzed by X-ray diffraction, it was found that (220) and (200) were preferentially oriented as shown in FIG. The orientation rate was 54%.
また、電子線後方散乱パターン解析により白金部の板厚方向断面の結晶組織を観察したところ、白金は層状をなしておらず、図9に示すように、粒径も非常に粗大であることがわかった。 Further, when the crystal structure of the cross section in the plate thickness direction of the platinum portion was observed by electron beam backscattering pattern analysis, the platinum was not layered, and the particle size was very coarse as shown in FIG. all right.
このような電極を用いた場合、分析繰り返し、すなわち表面エッチングの進行に伴い、電極表面内におけるエッチング速度差が大きく、エッチングにより生じる凹凸、また表面積の変動が大きくなり、結果的に電気化学応答の変動が大きくなったと考えられる。
(比較例2)
比較例2は、比較例1の白金部の結晶組織が粗大化した積層電極を作用極として用い、実施例4と同様にグルコースを分析対象として繰り返し測定を行った。測定した結果、図10に示すように、分析1回目と60000回目との変動幅を求めると4.2%であり、実施例4と比較して変動幅が大となっている。
(比較例3)
比較例3は、比較例1の白金部の結晶組織が粗大化した積層電極を作用極として用い、実施例5と同様に尿素を分析対象として繰り返し測定を行った。測定した結果、図10に示すように、分析1回目と60000回目との変動幅を求めると、3.7%であり、実施例5と比較して変動幅が大となっている。
(比較例4)
比較例4は、比較例1の白金部の結晶組織が粗大化した積層電極を作用極として用い、実施例6と同様にコレステロールを分析対象として繰り返し測定を行った。測定した結果、図10に示すように、分析1回目と60000回目との変動幅を求めると、7.3%であり、実施例6と比較して変動幅が大となっている。
(比較例5)
比較例5は、比較例1の白金部の結晶組織が粗大化した積層電極を作用極として用い、実施例7と同様に尿酸を分析対象として繰り返し測定を行った。測定した結果、図10に示すように、分析1回目と60000回目との変動幅を求めると、8.8%であり、実施例7と比較して変動幅が大となっている。
(比較例6)
比較例6は、比較例1の白金部の結晶組織が粗大化した積層電極を作用極として用い、実施例8と同様にクレアチニンを分析対象として繰り返し測定を行った。測定した結果、図10に示すように、分析1回目と60000回目との変動幅を求めると、11.2%であり、実施例8と比較して変動幅が大となっている。
(比較例7)
比較例7は、比較例1の白金部の結晶組織が粗大化した積層電極を作用極として用い、実施例9と同様にクレアチニンを分析対象として繰り返し測定を行った。測定した結果、図10に示すように、分析1回目と60000回目との変動幅を求めると、12.6%であり、実施例9と比較して変動幅が大となっている。
(比較例8)
比較例8は、比較例1の白金部の結晶組織が粗大化した積層電極を作用極として用い、実施例10と同様に脂肪酸を分析対象として繰り返し測定を行った。測定した結果、図10に示すように、分析1回目と60000回目との変動幅を求めると、7.2%であり、実施例10と比較して変動幅が大となっている。
(比較例9)
比較例9は、比較例1の白金部の結晶組織が粗大化した積層電極を作用極として用い、実施例11と同様にビリルビンを分析対象として繰り返し測定を行った。測定した結果、図10に示すように、分析1回目と60000回目との変動幅を求めると、6.6%であり、実施例11と比較して変動幅が大となっている。
た。
When such an electrode is used, as the analysis repeats, that is, with the progress of surface etching, the etching rate difference within the electrode surface increases, and the unevenness and surface area variation caused by etching increase, resulting in an electrochemical response. The fluctuation is thought to have increased.
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, the measurement was repeated using glucose as an analysis object in the same manner as in Example 4 using the laminated electrode with a coarse crystal structure of the platinum part of Comparative Example 1 as the working electrode. As a result of the measurement, as shown in FIG. 10, the fluctuation range between the first analysis and the 60000th analysis is 4.2%, which is larger than that of Example 4.
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, the laminated electrode in which the crystal structure of the platinum portion of Comparative Example 1 was coarse was used as a working electrode, and the measurement was repeated using urea as an analysis target in the same manner as in Example 5. As a result of the measurement, as shown in FIG. 10, the fluctuation range between the first analysis and the 60000th analysis is 3.7%, which is larger than that in Example 5.
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 4, the measurement was repeated using cholesterol as an analysis target in the same manner as in Example 6 using the laminated electrode with a coarse crystal structure of the platinum part of Comparative Example 1 as the working electrode. As a result of the measurement, as shown in FIG. 10, the fluctuation range between the first analysis and the 60000th analysis is 7.3%, which is larger than that in Example 6.
(Comparative Example 5)
In Comparative Example 5, the measurement was performed repeatedly using uric acid as an analysis target in the same manner as in Example 7 using the laminated electrode in which the crystal structure of the platinum portion of Comparative Example 1 was coarse as the working electrode. As a result of the measurement, as shown in FIG. 10, when the fluctuation range between the first analysis and the 60000th analysis is obtained, it is 8.8%, which is larger than that in Example 7.
(Comparative Example 6)
In Comparative Example 6, the laminated electrode in which the crystal structure of the platinum portion in Comparative Example 1 was coarse was used as a working electrode, and the measurement was repeated using creatinine as an analysis target in the same manner as in Example 8. As a result of the measurement, as shown in FIG. 10, the fluctuation range between the first analysis and the 60000th analysis is 11.2%, which is larger than that of Example 8.
(Comparative Example 7)
In Comparative Example 7, the laminated electrode in which the crystal structure of the platinum portion in Comparative Example 1 was coarse was used as a working electrode, and the measurement was repeated using creatinine as an analysis target in the same manner as in Example 9. As a result of the measurement, as shown in FIG. 10, the fluctuation range between the first analysis and the 60000th analysis is 12.6%, which is larger than that of Example 9.
(Comparative Example 8)
In Comparative Example 8, the laminated electrode in which the crystal structure of the platinum portion in Comparative Example 1 was coarse was used as a working electrode, and the measurement was repeated using fatty acid as an analysis target in the same manner as in Example 10. As a result of the measurement, as shown in FIG. 10, the fluctuation range between the first analysis and the 60000th analysis is 7.2%, which is larger than that of Example 10.
(Comparative Example 9)
In Comparative Example 9, the measurement was repeated with bilirubin as the analysis target in the same manner as in Example 11 using the laminated electrode with a coarse crystal structure of the platinum part of Comparative Example 1 as the working electrode. As a result of the measurement, as shown in FIG. 10, the fluctuation range between the first analysis and the 60000th analysis is 6.6%, which is larger than that of Example 11.
It was.
比較例2から9の積層電極を用いた場合、分析繰り返し、すなわち表面エッチングの進行に伴い、電極表面内におけるエッチング速度差が大きく、エッチングにより生じる凹凸、また表面積の変動が大きくなり、結果的に電気化学応答の変動が大きくなったと考えられる。 When the laminated electrodes of Comparative Examples 2 to 9 were used, as the analysis was repeated, that is, with the progress of surface etching, the etching rate difference in the electrode surface was large, and the unevenness caused by the etching and the variation of the surface area increased, It is thought that the fluctuation of electrochemical response became large.
なお、上述した本発明の実施例は、本発明を電気化学的分析装置の作用極に適用した場合の例であるが、作用極のみならず、対極にも本発明を適用することができる。対極にも本発明を適用すれば、さらに分析データの高精度化を図ることができる。 In addition, although the Example of this invention mentioned above is an example at the time of applying this invention to the working electrode of an electrochemical analyzer, this invention can be applied not only to a working electrode but to a counter electrode. If the present invention is also applied to the counter electrode, the analysis data can be made more accurate.
1・・・電解セル、2・・・作用極、3・・・対極、4・・・参照極、5・・・電位印加手段、6・・・測定手段、7・・・リード線、8・・・測定溶液容器、9・・・緩衝液容器、10・・・洗浄液容器、11・・・溶液分注機構、12・・・溶液注入機構、13・・・溶液導入管、14・・・溶液排出管、15・・・溶液排出機構、16・・・廃液容器、20、60、90、120、180・・・フローセル、21、22・・・孔、30、32、70、72、100、102、130、132、190、192・・・絶縁性基板、31、71、101、131・・・シール部材、33、73、103、133、193・・・ネジ穴、34、74、104、134、194・・・作用極、35、75、105、135、195・・・対極、36、76、106、136・・・開口部、37、38、77、78、107、108、137、138、197、198・・・配管、39、40、79、80、109、110、139、140、199、200・・・リード線、50・・・作用電極製造装置、50a・・・白金板加工部、50b・・・白金板冷間圧延部、50c・・・表面酸化膜除去部、50d・・・積層電極作成部、50e・・・切断部、50f・・・電極化部、50g・・・樹脂包埋部、50h・・・機械研磨部、50i・・・電位走査部141・・・通電用ボルト、142・・・通電用プレート、143・・・ネジ溝、191・・・Oリング DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrolytic cell, 2 ... Working electrode, 3 ... Counter electrode, 4 ... Reference electrode, 5 ... Potential application means, 6 ... Measuring means, 7 ... Lead wire, 8 ... Measurement solution container, 9 ... Buffer container, 10 ... Washing liquid container, 11 ... Solution dispensing mechanism, 12 ... Solution injection mechanism, 13 ... Solution introduction tube, 14 ... -Solution discharge pipe, 15 ... Solution discharge mechanism, 16 ... Waste liquid container, 20, 60, 90, 120, 180 ... Flow cell, 21, 22 ... Hole, 30, 32, 70, 72, 100, 102, 130, 132, 190, 192 ... Insulating substrate, 31, 71, 101, 131 ... Seal member, 33, 73, 103, 133, 193 ... Screw hole, 34, 74, 104, 134, 194 ... working electrode, 35, 75, 105, 135, 195 ... counter electrode, 6, 76, 106, 136 ... opening, 37, 38, 77, 78, 107, 108, 137, 138, 197, 198 ... piping, 39, 40, 79, 80, 109, 110, 139 140, 199, 200 ... lead wire, 50 ... working electrode manufacturing apparatus, 50a ... platinum plate processing section, 50b ... platinum plate cold rolling section, 50c ... surface oxide film removal section , 50d... Laminated electrode creation unit, 50e... Cutting unit, 50f... Electrodeization unit, 50g... Resin embedding unit, 50h. ... Energization bolts, 142 ... Energization plates, 143 ... Thread grooves, 191 ... O-rings
Claims (14)
Ti、Ta、Nb、Zr、Hf、V、Mo、Wのうちのいずれかの弁金属と白金部とが積層され、
前記白金部の板厚方向の断面結晶組織が電極表面に対して層状に形成されていることを特徴とする電気化学測定用電極。 In an electrode for electrochemical measurement used in an electrochemical analyzer for measuring an electrochemical response of a chemical component contained in a liquid sample,
A valve metal of any one of Ti, Ta, Nb, Zr, Hf, V, Mo, W and a platinum part are laminated,
Electrochemical measurement electrode thickness direction of the cross-section crystal structure of the platinum portion is characterized in that it is formed in layers with respect to the electrode surface.
電極表面のX線回折で検出される白金の回折ピークのうち面方位(220)が優先配向していることを特徴とする電気化学測定用電極。 The electrode for electrochemical measurement according to claim 1,
An electrode for electrochemical measurement, wherein the plane orientation (220) is preferentially oriented among the diffraction peaks of platinum detected by X-ray diffraction on the electrode surface.
各方位の配向率(%)を、I(hkl)/Si[I(hkl)]×100(但し、I(hkl)は各面の回折強度積分値であり、
Si[I(hkl)]はI(hkl)の総和)とすると、面方位(220)の配向率が80%以上であることを特徴とする電気化学測定用電極。 The electrode for electrochemical measurements according to claim 2,
The orientation ratio (%) in each direction is I (hkl) / Si [I (hkl)] × 100 (where I (hkl) is the integrated value of diffraction intensity of each surface,
An electrode for electrochemical measurements, wherein the orientation ratio of the plane orientation (220) is 80% or more, where Si [I (hkl)] is the sum of I (hkl).
前記白金部の各層の厚みが5μm以下であることを特徴とする電気化学測定用電極。 The electrode for electrochemical measurements according to any one of claims 1 to 3,
An electrode for electrochemical measurement, wherein the thickness of each layer of the platinum portion is 5 μm or less.
前記白金部の厚みが10〜100μmであることを特徴とする電気化学測定用電極。 The electrode for electrochemical measurements according to any one of claims 1 to 4,
An electrode for electrochemical measurement, wherein the platinum portion has a thickness of 10 to 100 µm.
前記作用極が請求項1乃至5のいずれかに記載の電極であることを特徴とする電解セル。 In the electrolytic cell in which the working electrode, counter electrode, and reference electrode are arranged,
An electrolytic cell, wherein the working electrode is an electrode according to any one of claims 1 to 5.
前記電解セルがフローセルであることを特徴とする電解セル。 The electrolysis cell according to claim 6,
An electrolysis cell, wherein the electrolysis cell is a flow cell.
作用極、対極、参照極が内部に配置される電解セルと、
前記電解セル内の測定溶液及び緩衝溶液を注入する溶液注入機構と、
前記作用極、前記対極、前記参照極に電位を印加する電位印加手段と、
前記作用極、前記対極、前記参照極に接続され前記測定溶液の電気化学的特性を測定する測定手段と、を備え、
前記作用極は、Ti、Ta、Nb、Zr、Hf、V、Mo、Wのうちのいずれかの弁金属と白金部とが積層され、
前記白金部の板厚方向の断面結晶組織が電極表面に対して層状に形成されていることを特徴とする電気化学的分析装置。 In an electrochemical analyzer for analyzing a liquid sample,
An electrolytic cell in which a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode are disposed; and
A solution injection mechanism for injecting a measurement solution and a buffer solution in the electrolytic cell;
The working electrode, and potential applying means for applying a potential to the counter electrode, the reference electrode,
The working electrode, the counter electrode, is connected to the reference electrode and a measuring means for measuring the electrochemical properties of the sample solution,
The working electrode is formed by stacking a valve metal and a platinum part of any one of Ti, Ta, Nb, Zr, Hf, V, Mo, and W,
An electrochemical analyzer characterized in that the cross-sectional crystal structure in the plate thickness direction of the platinum portion is formed in a layered manner with respect to the electrode surface.
電極表面のX線回折で検出される白金の回折ピークのうち面方位(220)が優先配向していることを特徴とする電気化学的分析装置。 The electrochemical analyzer according to claim 8, wherein
An electrochemical analyzer characterized in that the plane orientation (220) is preferentially oriented among the platinum diffraction peaks detected by X-ray diffraction on the electrode surface.
前記白金部の各層の厚みが5μm以下であることを特徴とする電気化学的分析装置。 The electrochemical analyzer according to claim 8 or 9,
The electrochemical analyzer is characterized in that each layer of the platinum portion has a thickness of 5 μm or less.
前記電解セルはフローセルであり、
前記作用極の圧延方向が前記フローセル内の測定溶液の流通方向に対して45〜135度の角度をなすように配置されていることを特徴とする電気化学的分析装置。 The electrochemical analyzer according to any one of claims 8 to 10,
The electrolysis cell is a flow cell;
The electrochemical analyzer is arranged such that the rolling direction of the working electrode forms an angle of 45 to 135 degrees with respect to the flow direction of the measurement solution in the flow cell.
Ti、Ta、Nb、Zr、Hf、V、Mo、Wのうちのいずれかの弁金属の表面に白金部を被覆し、
前記弁金属の白金被覆面と前記白金部と対面させた状態で冷間圧延加工により板状に積層して、
前記白金部の板厚方向の断面結晶組織を電極表面に対して層状に形成し、
前記白金部の各層の厚みが5μm以下である積層電極を形成し、
前記積層電極を機械研磨した後に電解研磨し、
前記積層電極の表面変質層を除去することを特徴とする電気化学測定用電極の製造方法。 In the method for producing an electrode for electrochemical measurement used in an electrochemical analyzer for measuring an electrochemical response of a chemical component contained in a measurement solution,
The platinum part is coated on the surface of the valve metal of any one of Ti, Ta, Nb, Zr, Hf, V, Mo, W,
Laminated into a plate by cold rolling while being facing the platinum portion and platinum-coated surface of said valve metal,
Forming a cross-sectional crystal structure in the plate thickness direction of the platinum portion in a layered manner with respect to the electrode surface;
Forming a laminated electrode in which the thickness of each layer of the platinum part is 5 μm or less,
Electropolishing after mechanically polishing the laminated electrode,
A method for producing an electrode for electrochemical measurement, comprising removing a surface alteration layer of the laminated electrode.
前記電解研磨は、電解液中で電位を水素発生領域から酸素発生領域の電位間で複数回繰り返し印加する工程であることを特徴とする電気化学測定用電極の製造方法。 In the manufacturing method of the electrode for electrochemical measurements according to claim 12,
The method of manufacturing an electrode for electrochemical measurement, wherein the electropolishing is a step of repeatedly applying a potential multiple times between a hydrogen generation region and an oxygen generation region in an electrolytic solution.
前記表面変質層を除去した後、サイクリックボルタンメトリにより得られる複数の水素吸脱着ピークのうち少なくとも2つのピークの面積比から電極表面状態を診断し、
所定ピーク比となるまで電解研磨を繰り返すことを特徴とする電気化学測定用電極の製造方法。 In the manufacturing method of the electrode for electrochemical measurements according to claim 12 or 13,
After removing the surface alteration layer, the electrode surface state is diagnosed from the area ratio of at least two of the plurality of hydrogen adsorption / desorption peaks obtained by cyclic voltammetry,
A method for producing an electrode for electrochemical measurement, characterized by repeating electropolishing until a predetermined peak ratio is obtained.
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